闭式T形工作台结合面结构对气浮导轨性能的影响

闭式T形工作台在加工过程中选择不同的工艺方法导致结合面结构变化对气浮导轨性能的影响是不容忽视的。通过建立一体式和组合式两种结构的气浮导轨气膜面有限元模型,对其压力场分布、承载力、刚度和耗气量进行分析、对比。通过分析发现:砂轮越程槽会影响气膜结合面处的压力场分布,进而造成导轨承载能力的变化,但对耗气量的影响并不明显;与一体式导轨结构相比,组合式导轨结构明显提高了各气膜及导轨的承载力。结果表明:使用组合式的结合面结构形式不但能降低加工难度和材料成本,还能获得较大的承载力。     

直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台

建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定。运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。     

矩形空气静压导轨气浮垫的实验性能对比

提出并设计了一种具有弹性薄板可变截面积均压槽的高刚度空气静压导轨气浮垫,用以提高气浮垫的刚度。通过气浮垫性能测试试验台。对新结构气浮垫的承载能力和气膜间隙进行了测定,得到气浮垫的承载力和刚度。通过实验分析,结果表明,在气体压力的作用下,环形弹性薄板产生弹性变形,引起节流面积和均压槽深度的变化,使得新结构气浮垫的刚度较之传统已有气浮垫得到明显提高。新结构矩形空气静压导轨气浮垫具有较广的应用推广空间。     

梯形均压槽对气浮支承静承载特性的影响研究

为提高气浮支承承载力和刚度,设计了一种梯形均压槽表面节流气浮支承。建立梯形均压槽气浮支承流场的CFD模型,进行数值仿真。研究了梯形均压槽的半径、深度、数目、角度和供气压力对静压气浮支承静态特性的影响规律。结果表明:梯形均压槽可以提高气浮支承的静承载特性;在相同气膜厚度下,气浮支承的承载力随梯形均压槽深度、数目、角度、半径及供气压力的增加而提高;刚度随着均压槽深度、数目、半径及供气压力的增加而增大;刚度峰值所对应的气膜厚度随着均压槽的半径、深度、数目增加而增加。因此,合理设计均压槽可以有效提高气浮支承的静态性能。     

基于阻抗法的径向均压槽气浮支承承载力研究

为提高气浮支承计算效率,以气浮表面布置径向均压槽的气浮支承为研究对象,提出一种计算径向均压槽气浮支承承载力的阻抗模型,利用CFD数值仿真验证阻抗模型的可行性,并分析均压槽深度、半径及角度对阻抗模型的影响。结果表明：该阻抗模型可计算不同截面形状的径向均压槽和无均压槽2种模型的承载力,且利用阻抗模型计算气浮支承承载力与CFD数值仿真计算结果具有较好的一致性;在气膜较小时,气浮支承表面布置均压槽结构能提高系统的阻抗系数,可有效提高气浮支承承载力;均压槽的深度、半径对系统的阻抗系数影响较大,而均压槽角度对系统的阻抗系数影响较小。     

均压槽与静压气体轴颈轴承承载特性的关系研究

主要研究通过开设不同结构形式的均压槽来提高静压气体轴颈轴承的承载能力和刚度,利用加权余量法和有限元离散化方法求解雷诺方程进行数值计算和仿真,针对单排孔和双排孔轴颈轴承,分析不同长度的周向均压槽,以及不同数量、不同位置和不同长度的轴向均压槽对轴承承载能力和刚度的影响规律。结果发现:开设周向均压槽和轴向均压槽都可以提高轴承的承载能力,相比开设周向均压槽,开设轴向均压槽对提高轴承的承载能力更为有效,而且只开设一条或两条轴向均压槽就能显著提高轴承的承载能力,通常将轴向均压槽置于气膜间隙较小的位置时能使轴承的承载能力和刚度最大。数值仿真结果通过试验进行验证,研究结果可用以指导高承载和高刚性静压气体轴颈轴承的设计。     

含均压槽静压止推气体轴承的气膜特性

采用ICEM建立含均压槽的静压止推气体轴承的气膜二维计算模型,分析不同供气压力和气膜厚度下的气膜压力、速度分布,并计算不同供气压力和气膜厚度下的承载力和气体质量流量。结果表明:随着供气压力和气膜厚度的增大,均压槽内的气旋现象越来越明显;随着供气压力的减小和气膜厚度的增大,气膜压力趋近于线性分布;轴承的承载力随着供气压力的增大而增大,气体流量随着供气压力和气膜厚度的增大而增大。均压槽是影响气膜压力和速度分布的关键因素,而均压槽内的气旋现象是影响均压槽内部流场的主要原因之一,而随着气膜厚度的增大均压槽的这种影响会而逐渐减小。     

空气静压导轨气膜波动的辨识

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.     

均压槽气体静压轴承数值计算与静态性能分析

针对气体静压导轨承载力和刚度较低的问题,在导轨的工作面上设计横截面为矩形的直线形均压槽,分别研究均压槽的尺寸、节流孔的尺寸和个数以及供气压力对轴承静态性能的影响;建立轴承气膜的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,通过仿真计算得到轴承的质量流量,利用差膜计算方法得到轴承的承载力和刚度,分析不同结构参数下轴承承载力、刚度和质量流量的变化规律。分析结果表明:增加均压槽可以有效提高气体静压轴承的承载力和刚度,但轴承的耗气量也会增加;随着轴承偏心率的增大,轴承的承载力逐渐增大,轴承的刚度则先增大后减小,轴承的耗气量逐渐减小;均压槽的深度、节流孔的直径和个数以及供气压力对轴承承载性能的影响较大,而均压槽宽度和节流孔高度的影响则较小。     

基于静压气浮导轨的直线电机高性能工作台的研制

精密定位技术是精密工程领域的关键技术,由直线电机驱动的气浮直线导轨工作台在超精密运动领域得到广泛应用。本文介绍了静压气浮导轨的设计方法,开发了止推气浮轴承设计软件;为了提高气浮导轨的承载能力和刚度,总结提出了几种适用于不同结构气浮导轨的预加载技术;运用气浮轴承设计系统和适合的预加载技术,研制了能满足大惯量、高速度、高精度要求的H型直线电机气浮工作台。     

气浮式测力传感器静特性的影响因素

采用理论、仿真及实验相结合的方法研究了气膜厚度、供气压力变化以及测压孔的设置对气浮测力传感器静特性的影响。叙述了喷嘴浮板机构的工作原理,建立了静特性方程。在不同气膜层厚度、不同供气压力和有无测压孔条件下,运用Fluent软件仿真出流场的气膜层速度和压力分布曲线,根据曲线分析了它们各自对气膜流场静特性的影响。最后,在气浮喷嘴实验平台上进行了实验验证。实验结果表明:气膜层厚度为5~100μm,供气压力分别为303、505、707kPa,软件仿真和实验所得到的线性度曲线、灵敏度曲线走向一致;有无测压孔对气膜层的承载力、速度没有太大影响。结果表明气膜厚度、供气压力的变化会影响气浮测力传感器静特性,而测压孔的设置对测力传感器的静特性无影响。     

均压槽尺寸对空气静压导轨静态性能的影响

引入有限体积法,采用理想气体等温条件下的k—ε模型封闭流动控制方程组,对均压槽尺寸改变条件下空气静压导轨润滑气膜流场分布进行数值模拟,得到导轨工作面压力分布图及承载力、刚度变化曲线,数值模拟结果表明：导轨承载力及气膜刚度随均压槽尺寸的增大而先增大后减小,存在一个最佳值;随均压槽尺寸增大,导轨工作面压强分布趋于均匀;但当均压槽大于一定尺寸时,气膜湍动随机性引发导轨工作面压强不规则分布,易造成偏载、导致导轨性能不稳。该结论为空气静压导轨均压槽设计及导轨系统静态性能的提高提供依据。     

闭式C型静压气浮导轨承载力的CFD数值仿真和实验研究

对不同供气压力与不同偏心率情况下的闭式C型气浮导轨进行CFD(计算流体力学)分析,得到其压力、速度的分布图,以及偏心率和供气压力对气浮导轨承载能力和刚度的影响规律。结果表明:偏心率越大,上气浮面的压力值会越大,下气浮面的压力值越小,上下气膜速度的差值越大;随着偏心率的增加,承载力呈增大趋势,刚度会有所降低;相同偏心率情况下,供气压力增大,承载力和刚度都会增加。对闭式C型气浮导轨的承载性能进行实验研究,实验结果与数值仿真结果吻合较好,证明了该仿真分析方法的可行性和有效性。     

单排节流孔气浮导轨承载力的数学模型改进与校验分析

以单排节流孔形式的气浮导轨为研究对象,在当前工程上常用的数学模型基础上提出把导轨分为主承载区和端部承载区的改进方案,并编写了相应的承载性能计算器;建立气浮导轨的有限元模型对改进方案的端部压力场进行校验,通过实验对改进方案计算的承载力进行校验。结果表明:改进方案能获得更准确的气膜压力和流场工况;改进前后的气浮导轨承载力数学模型求得承载力随气膜厚度变化的趋势与实验数据一致,但对比实验结果发现,改进后的数学模型平均偏差为13.3%,较改进前的计算精度提高约6.1%;尤其当导轨面宽度、节流孔到端部间距、节流孔间距三者有较大差值时,改进模型能更好地指导气浮平台设计。     

泵入型平面螺旋槽气体止推轴承气膜特性的研究

采用CFD数值模拟方法研究气体润滑泵入型螺旋槽止推轴承内气膜的压力场和承载力等静态特性参数,分析台槽宽度比、气膜厚度和转速变化等参数对气膜承载能力的影响。数值计算结果表明,槽端密封区域的压力明显高于气膜内的其他区域,密封区的设计参数对承载力具有很大影响;随着气膜厚度的减小和转速的升高,气膜的承载能力逐渐增大,同时台槽宽度比在0.6~0.8范围内时承载力最大,最佳槽深与气膜厚度比接近于3.0,与经验设计值一致。     

空气静压导轨气膜波动主要影响因素分析

针对空气静压导轨运动过程中出现的气膜波动问题,研究溜板气腔结构、节流器直径、供气压强对气膜内气旋及气膜波动的影响。通过仿真数据的对比分析发现气旋现象与气膜波动存在紧密的联系。从仿真结果得到了对气膜波动产生影响的因素有:节流孔的直径、气腔的结构形状和供气压强的大小。在上述的这些影响因素中供气压强的大小对气膜波动影响较大,最后试验对得出的这一结论进行了验证,与仿真结果吻合。这些分析为从导轨结构和工艺参数上对空气静压导轨的气膜波动进行抑制,提高导轨的稳定性及加工精度提供了理论依据。     

三坐标测量机气浮导轨滑块结构设计与仿真

静压气浮导轨采用气体润滑,具有无摩擦、热变形小、寿命长等优点,且气膜的误差均化作用显著提高了其运动精度,满足三坐标测量机高精度、高平稳运动需求。为探究三坐标测量机中静压气浮导轨滑块的承载性能,建立了矩形气浮滑块结构模型,滑块内置小孔节流型气浮垫,运用COMSOL有限元仿真软件对其气浮静态承载特性进行仿真分析,验证了结构设计的合理性。     

高刚度气浮垫气腔槽宽变化规律研究

对具有弹性薄板可变截面积均压槽的高刚度空气静压导轨气浮垫进行分析研究,在气体压力的作用下,环形弹性薄板产生弹性变形,引起节流面积和均压槽深度的变化,使得新结构气浮垫的刚度较之传统已有气浮垫得到明显提高.而节流面积受到气浮垫气腔槽宽的影响,因此,十分有必要研究分析一下弹性薄板和气浮垫气腔槽宽的关系.     

气浮导轨性能测试实验台设计与分析

在超精密气浮定位平台研究工作中,对静压空气轴承的安装位置对系统影响的研究相对较少,文中介绍了一种新型机械结构的气浮导轨性能测试实验台,实验台导轨滑架采用焊接框架组合结构,实现不同类型气浮轴承的更换及不同数量的气浮轴承的安装,形成不同结构布局的气浮导轨,能够满足多种气浮导轨的实验研究,提高了气浮导轨实验台的利用率和使用范围。此实验台具有机械精度高、系统刚度大、结构稳定性好,安装使用方便等特点。     

可倾瓦径向节流器静态特性的仿真分析

利用COMSOL仿真软件建立可倾瓦径向节流器气体流域仿真模型,在供气压力为0.3～0.6 MPa,气膜厚度为5～25μm条件下,研究可倾瓦径向节流器的结构参数和供气压力对节流器静态性能的影响,结果表明：均压槽能够明显提高节流器的承载能力;承载力和刚度随着供气压力的增大而增大;承载力随偏心率(0～0.9)、节流孔孔径(0.1～0.3 mm)的增大表现为先增大后减小,刚度表现为先减小后增大;气膜间隙较小时(5～10μm),槽长、槽深的增加可以明显提高承载力和刚度;槽宽(0.2～0.6 mm)对节流器承载力和刚度的影响效果不显著。