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昆明理工大学学报（自然科学版） 2018年第5期43卷 52-59页

作者：柴辉龙威杨绍华雷基林毕玉华昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 昆明理工大学云南省内燃机重点实验室云南昆明650500

当空气静压轴承工作气膜处在微米尺度时,气膜内压力分布具有显著的温度敏感性,严重影响轴承系统的承载能力和刚度特性.本文基于气体润滑理论和稀薄气体动力学,结合边界滑移和热耦合分析技术,通过数值分析的方法研究考虑温度影响所引起... 详细信息

当空气静压轴承工作气膜处在微米尺度时,气膜内压力分布具有显著的温度敏感性,严重影响轴承系统的承载能力和刚度特性.本文基于气体润滑理论和稀薄气体动力学,结合边界滑移和热耦合分析技术,通过数值分析的方法研究考虑温度影响所引起的空气静压轴承气膜局部变形问题,对系统的承载能力和刚度特性进行理论分析和实验研究.研究结果表明:气固热耦合效应会使微米级气膜内部发生不均匀的膨胀变形,导致空气静压轴承内部流场发生变化.气膜的最大变形量随温度升高呈线性增长,当温度达到250℃后趋于稳定;随着气膜厚度的增加,空气静压轴承气膜内部对温度的敏感性逐渐减小;考虑热耦合效应的轴承压力分布和承载能力低于传统层流假设下理论计算所得结果,因而在高精密、微米级气膜和极端温度条件等场合设计使用空气静压轴承时,必须要考虑环境温度和系统工作温升带来的热耦合效应影响.

关键词：空气静压轴承微尺度气膜气固热耦合承载特性

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气固热耦合对微尺度气浮轴承微振动的影响

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航空动力学报 2018年第5期33卷 1121-1129页

作者：柴辉龙威杨绍华雷基林毕玉华昆明理工大学机电工程学院昆明650500 昆明理工大学交通工程学院云南省内燃机重点实验室昆明650224

基于气体润滑理论和稀薄气体动力学,结合边界滑移和气固热耦合分析技术,研究考虑温度影响引起的气浮轴承气膜局部变形问题对气旋与微振动的影响。研究结果表明:气膜的最大形变量随温度升高呈线性增长;考虑热耦合的气旋移动速度要明显小... 详细信息

基于气体润滑理论和稀薄气体动力学,结合边界滑移和气固热耦合分析技术,研究考虑温度影响引起的气浮轴承气膜局部变形问题对气旋与微振动的影响。研究结果表明:气膜的最大形变量随温度升高呈线性增长;考虑热耦合的气旋移动速度要明显小于传统数值分析方法所得结果,且耦合条件下不同工作温度对气浮轴承微振动的影响也不相同;结合实验可得,随温度的升高,微振动强度逐渐降低,但温度升高并不改变其固有频率;不同气体环境影响着气旋的移动速度和微振动强度,其中分子数大小起主要影响作用。实际工作过程中应充分考虑环境因素带来的影响以减小微振动。

关键词：气浮轴承微尺度气膜气固热耦合温度敏感性气旋与微振动

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温度热耦合效应对空气静压轴承的影响分析

温度热耦合效应对空气静压轴承的影响分析

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作者：柴辉昆明理工大学

学位级别：硕士

空气静压轴承因其特有的低摩擦,高精密和洁净无污染等优点被广泛应用在半导体制造、超精密测试设备和高精密加工机床等设备领域中。目前,对空气静压轴承的研制重点是研究空气静压轴承的静承载力和静刚度等特性。例如,通过求解传统气膜... 详细信息

空气静压轴承因其特有的低摩擦,高精密和洁净无污染等优点被广泛应用在半导体制造、超精密测试设备和高精密加工机床等设备领域中。目前,对空气静压轴承的研制重点是研究空气静压轴承的静承载力和静刚度等特性。例如,通过求解传统气膜流动下的纳维斯托克斯方程,得到满足工程要求的结构参数和工作条件。然而在实际工作过程中,随着气膜厚度的不断减小与零件精度要求的不断提高,空气静压轴承内部气膜在微尺度下的流动形式将呈现从层流流动向滑移流流动过渡的趋向,这时气膜内部的压力分布会具有显著的温度敏感性,这将严重限制轴承系统的承载能力和刚度等特性。使得空气静压轴承的自激微振动现象成为制约着轴承进一步提升和发展的重要问题。本文主要研究内容如下:(1)基于气体润滑原理与稀薄气体动力学,导入边界滑移理论和温度热耦合的概念,构建空气静压轴承温度热耦合模型。采用有限元分析软件,研究分析在理想条件下,空气静压轴承气膜内部气体流动特性和压力分布情况。阐明了空气静压轴承气膜中气体流场和热传导特性,且列出了对应的控制方程,明确指出引起气膜自激微振动现象的形成原因与气旋现象和涡量之间的关系;(2)研究分析在温度热耦合条件下,空气静压轴承承载特性和自激微振动现象。采用Ansys Workbench中Fluent模块和Static Structural模块先后分别对该模型中的流体域与固体域进行初始化设置。获得了气膜内气旋的产生与扩散和涡脱发展的瞬态过程,从动态角度揭示了空气静压轴承气膜内部自激微振动的产生缘由。而后,在Static Structural模块中改变环境温度,得到空气静压轴承在不同温度下的微小变形。进一步研究在受温度的影响下,气膜变形后形成的气旋强度、移动速度和运动轨迹对空气静压轴承静动态特性和气膜内部自激微振动现象的影响;最后对比得到不同工作温度和工作环境对气膜微振动强度的作用效果和影响规律;(3)设计并搭建了对空气静压轴承微振动测试的实验平台,采用实验的方法证实了理论推导与数值分析结果的准确性与可靠性,并与实验测得结果进行分析校对,总结引起误差的原因。同时观测了不同的环境温度和不同方位下气膜内自激微振动的幅频特性和固有频率,研究和证实了气膜内气旋的发展与轴承微幅自激振动的影响关系。为以后在轴承结构设计与研究分析提供理论方法和研究经验,对高精密仪器加工精度的提高起到一定的指导作用。

关键词：温度热耦合微尺度气膜空气静压轴承承载特性气旋与微振动

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