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空气静压导轨气膜波动的辨识

机械工程学报 2010年第21期46卷 187-193页

作者：陈东菊张飞虎付鹏强哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

空气静压导轨的气膜波动已成为超精密加工工件波纹度的主要影响因素。为分析空气静压导轨性能,利用雷诺方程推导出双排节流孔结构形式的空气静压导轨气膜刚度计算公式,并对相应空气静压导轨进行静态刚度检测试验以验证建立的导轨气膜刚... 详细信息

空气静压导轨的气膜波动已成为超精密加工工件波纹度的主要影响因素。为分析空气静压导轨性能,利用雷诺方程推导出双排节流孔结构形式的空气静压导轨气膜刚度计算公式,并对相应空气静压导轨进行静态刚度检测试验以验证建立的导轨气膜刚度模型的正确性与可行性。结合静压导轨的模态分析结果,建立空气静压导轨的动力学模型。根据气浮导轨系统的动力学方程,给出气浮溜板刚度及其在加工过程中随气膜厚度变化的波动频率的仿真步骤和结果,根据引起的振动幅值分析气膜波动对加工结果的影响。利用小波变换把加工工件面形检测结果分解为各尺度下低频信号和高频信号,并把各尺度下高频信号做功率谱密度分析,从导轨气膜波动频率出发辨识出导轨气膜波动信号所在的尺度,根据相应的功率谱密度幅值推导出对加工结果的影响程度。

关键词：空气静压导轨动态误差气膜波动功率谱密度小波变换

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空气静压导轨设计与分析

制造技术与机床 2019年第8期 140-143页

作者：夏欢雷大江张新疆中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

首先介绍了空气静压导轨的材料选择、结构选型、以及提升静态性能的方法;再根据实际应用需求,设计了一套偏载情况下单边封闭式的空气静压导轨;然后给出了平面类导轨的Reynolds方程及其求解方法;最后采用基于MATLABPDE工具箱的标准椭圆... 详细信息

首先介绍了空气静压导轨的材料选择、结构选型、以及提升静态性能的方法;再根据实际应用需求,设计了一套偏载情况下单边封闭式的空气静压导轨;然后给出了平面类导轨的Reynolds方程及其求解方法;最后采用基于MATLABPDE工具箱的标准椭圆型偏微分方程求解方法,仿真分析并获得了最优的气膜间隙和导轨的承载能力及刚度值,为改善空气静压导轨的性能设计提供了依据。

关键词：空气静压导轨节流静态性能仿真分析

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空气静压导轨的精度研究

光学机械 1989年第1期 1-7页

作者：庄夔柴青上海科学技术大学南方CAD中心

本文根据精密机械的精度理论和空气静压的工作方程,对影响导轨总精度的各个因素进行了较详细的探讨,并推导出了空气静压导轨的精度计算方程式。同时,对精度的综合和分配也提出了看法。

关键词：空气静压导轨精密机械导轨

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空气静压导轨的应用研究

光学精密工程 1995年第3期3卷 73-77页

作者：庄夔薛洪俊柴青上海大学五系无锡减振器公司南方CAD中心

对小型三座标测量机的导轨进行改型设计，将原来的滚动导轨改为空气静压导轨，提出了一种新的空气静压导轨的优化设计方法，给出计算结果。介绍了气垫压力分布的理论分析和试验研究，其理论计算与试验结果趋向一致。

关键词：空气静压导轨三座标测量机气垫

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空气静压导轨内气体流动分析及稀薄特性研究

空气静压导轨内气体流动分析及稀薄特性研究

作者：刘岩昆明理工大学

学位级别：硕士

精密空气静压导轨具有高刚度,低摩擦,清洁无污染等优点,被广泛应用于精密机床、三坐标测量机等设备中。而导轨的高精度、稳定性与气膜状态紧密相连,通常导轨内气体的流态被简化成从节流器的进气口到气腔,形成一个高压区,从此区域以层流... 详细信息

精密空气静压导轨具有高刚度,低摩擦,清洁无污染等优点,被广泛应用于精密机床、三坐标测量机等设备中。而导轨的高精度、稳定性与气膜状态紧密相连,通常导轨内气体的流态被简化成从节流器的进气口到气腔,形成一个高压区,从此区域以层流形式进入导轨形成间隙气膜。但实际上在节流器的气腔位置,有可能产生涡旋等现象,对导轨的稳定性,气膜压力产生很大的影响;同时导轨的气膜厚度仅为微米、亚微米级,此时气膜内流态会呈现稀薄效应,分子的微观运动特征明显,在边界处会产生速度滑移和温度跳跃现象,影响导轨的承载能力和散热。本文首先通过对比选择合适的节流器形式,从分子动力学角度分别解释从进气口到气腔,气腔到出口的气体流动状态以及气腔中的气旋现象,并采用数值仿真结合分子碰撞研究方法进行验证;在分析气体流动的过程中提出分层假设,并仿真观察其特征;对于导轨间隙出现的稀薄效应从Boltzmann方程出发,推导格子Boltzmann方程进行研究,得到对应速度分布、温度分布、压力分布。通过分析发现,随着Kn数的增大,速度滑移量逐渐增大,在靠近壁面区域压力值会降低;温度跳跃在滑流区较为平缓,随着Kn的增大,至过渡区后温度跳跃程度会更加剧烈。分析发现：速度滑移有利于导轨散热;而温度跳跃,相当于在气膜和壁面之间附加了一个热阻,不利于导轨散热。本文在理论分析的基础上进一步通过仿真压力分布和分子运动轨迹,进一步完善分层理论,并初步探索分层中了速度、压力关系。

关键词：空气静压导轨微尺度格子Boltzmann 稀薄效应分层现象

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空气静压导轨静态性能的解析计算及分析

机械设计与制造 2005年第1期 40-42页

作者：孙西芝陈时锦程凯哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001

空气静压导轨是空气静压止推轴承的一种,在直线气浮导轨中被广泛采用。本文利用线性气源假设,将气膜中气体的二维流动化为一维流动,使雷诺方程得到简单的解析解,推导出空气静压导轨的解析计算公式,并利用该计算公式分析导轨参数对其静... 详细信息

空气静压导轨是空气静压止推轴承的一种,在直线气浮导轨中被广泛采用。本文利用线性气源假设,将气膜中气体的二维流动化为一维流动,使雷诺方程得到简单的解析解,推导出空气静压导轨的解析计算公式,并利用该计算公式分析导轨参数对其静态性能的影响,从而为空气静压导轨找到了一种快捷方便的设计方法。

关键词：空气静压止推轴承空气静压导轨承载能力

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空气静压导轨气浮支撑振动特性研究

空气静压导轨气浮支撑振动特性研究

作者：公玲昆明理工大学

学位级别：硕士

空气静压导轨具有低摩擦,高精度,清洁无污染等优点,被广泛应用于IC制造、三坐标测量机、精密制造等设备中。传统对空气静压导轨的研究主要对空气静压导轨的静态特性(如承载力、静刚度等)进行研究。通过求解气膜流动的N-S方程,得到满足... 详细信息

空气静压导轨具有低摩擦,高精度,清洁无污染等优点,被广泛应用于IC制造、三坐标测量机、精密制造等设备中。传统对空气静压导轨的研究主要对空气静压导轨的静态特性(如承载力、静刚度等)进行研究。通过求解气膜流动的N-S方程,得到满足使用要求的结构参数和工作条件。随着精度要求的不断提高,当空气静压导轨气膜间隙降至10μm以下时,基于稳态流动和层流假设的研究方 ·法受到挑战,气浮支撑内部的自激振动成为制约静压导轨进一步发展的关键问题。本文基于冲击射流理论,建立单自由度轴承自激振动模型,求得系统的振动微分方程,利用大涡模拟(LES)方法结合实验研究,对润滑气膜内的流态进行分析。通过对气浮微振动形成机理的深入研究,丰富空气静压导轨设计和分析的理论方法和研究经验。本文主要研究内容如下:(1)基于冲击射流理论,建立空气静压导轨湍流高压区的流动分区模型。根据流场内速度矢量特征和压力分布规律,将进气孔附近高压湍流区域划分为:自由射流区、滞止区、过渡区和出口壁面射流区。明确各区域的流动特性和能量传递特征,给出各区域相应的控制方程。并明确提出引起气膜波动的成因与主旋、次旋和出口涡量之间的关系。(2)借助有限元分析软件,对气膜微振动问题进行数值分析。首先,利用雷诺平均数值模拟(RANS)方法求得气浮支撑流场稳态解,作为保证流场迭代稳定收敛的初始值;然后,利用三维大涡模拟(3DLES)方法分析不同时刻流场的特征,将气旋形成和涡脱的瞬态过程与气膜波动联系到一起,从动态的角度揭示微振动成因;接下来分析气旋的强度、移动速度和稳定位置对气膜微振动的影响;最后得到不同工作参数和结构参数对气膜微振动强度的作用效果和影响规律。(3)搭建空气静压导轨微振动实验测试平台,验证理论分析和数值计算结果的可靠性和有效性,并对实验误差进行了分析。观测不同工作参数和结构参数下轴承内部非线性自激微振动的固有频率、时均振幅,验证气膜内气旋现象与轴承非线性自激振动之间的关系。

关键词：空气静压导轨自激振动冲击射流大涡模拟气旋

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微尺度下速度滑移对空气静压导轨性能影响

北京工业大学学报 2015年第11期41卷 1688-1692页

作者：陈东菊周帅董丽华范晋伟北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性,引入气体稀薄效应中的速度滑移算法到Navier-Stokes方程,推导出体现微尺度条件下空气膜流动特点的雷诺方程,进而对气膜内的压强分布进行了仿真分析,根据得到的压强分布计算气膜... 详细信息

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性,引入气体稀薄效应中的速度滑移算法到Navier-Stokes方程,推导出体现微尺度条件下空气膜流动特点的雷诺方程,进而对气膜内的压强分布进行了仿真分析,根据得到的压强分布计算气膜承载力和刚度随气膜厚度变化的规律,通过试验对得出的结论进行了间接验证,与分析结果吻合.

关键词：微尺度空气静压导轨气膜波动承载力刚度

稀薄效应对空气静压导轨速度边界和温度特性的影响

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机械强度 2018年第3期40卷 602-606页

作者：龙威公玲杨绍华昆明理工大学机电工程学院昆明650500

当空气静压导轨气膜厚度为微米级别时,依据Kn数定义可知此时气膜内流动可能处于滑移区,气浮支撑的内部压力和承载特性会受到稀薄效应的影响,最典型的表现为边界速度滑移和温度跃迁现象。将基于格子Boltzmann方法研究稀薄效应对空气静压... 详细信息

当空气静压导轨气膜厚度为微米级别时,依据Kn数定义可知此时气膜内流动可能处于滑移区,气浮支撑的内部压力和承载特性会受到稀薄效应的影响,最典型的表现为边界速度滑移和温度跃迁现象。将基于格子Boltzmann方法研究稀薄效应对空气静压导轨速度边界和温度特性的影响,得到气膜径向速度和温度分布。通过机理分析和数值计算发现:随着Kn数的增大,速度滑移程度增大;而速度滑移间接引起黏温效应,导致边界温度跳跃现象。温度跳跃相当于在导轨与气膜之间的一个附加热阻,增加流动的摩擦损耗,影响散热。

关键词：空气静压导轨稀薄效应格子Boltzmann 速度滑移