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高刚度气浮垫动态性能研究

作　者: 任凯
导　师: 张君安；刘波
学　校: 西安工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 气浮垫高刚度均压槽阻尼系数动态刚度
分类号: TH133.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 63次
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内容摘要

精密、超精密技术的发展日益进步,对气浮垫的刚度、精度及稳定性都提出更高的要求。由于气体的可压缩性,对提高气浮垫性能的研究带来很大的困难,因此,研究气浮垫的刚度及稳定性是气浮垫研究领域的难点问题。本课题组在前期通过用弹性薄板来实现可变均压槽、可变节流器复合作用的方法对新型气浮垫进行研究,并发现用弹性薄板来实现可变均压槽的结构的气浮垫,其在静态性能(即刚度和承载力)上明显要强过刚性均压槽气浮垫。本文所研究气浮垫是以工程应用为最终目的来研究的,在此基础上本论文选择以弹性均压槽气浮垫作为研究内容,提出对弹性均压槽气浮垫动态性能进行研究,并比较弹性均压槽气浮垫和刚性均压槽气浮垫的动态性能,为气浮垫的动力学研究和稳定性研究提供有力的数据依据。由于气浮垫通常工作在低速状态下,此时气浮垫的动态刚度和静态刚度大小基本相等,所以本文只需研究其阻尼系数变化即可。本文首先介绍了气浮垫的工作原理,并利用ANSYS仿真软件对气浮垫弹性变形情况和气腔槽宽变化情况进行了一定研究与探索,得到气腔槽宽规律性结论,为气浮垫的结构设计提供参考数据。其次,推导并化简了适宜于上述气浮垫的动态雷诺方程,随后使用FLUENT软件对稳态方程进行求解,并将解得的压力分布数据和前人用MATLAB求得的数据进行对比确认,以此来保证求解数据的真实性和正确性,随后又对瞬态方程求解进行初步的探索与研究。最后,在现有的实验台上对新型气浮垫的阻尼系数进行测试,测量了气膜厚度及其对应的载荷,并对实验台的工作原理、使用方法和实验数据的处理进行了深入研究,并将弹性均压槽气浮垫和刚性均压槽气浮垫的实验结果进行了对比分析,从实验上证明了弹性均压槽气浮垫动态阻尼系数高于刚性均压槽气浮垫,得出弹性均压槽气浮垫稳定性高的结论。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
主要符号表  6-9
1 绪论  9-19
  1.1 综述  9-11
  1.2 高刚度气浮垫的国内外研究现状  11-16
  1.3 本文研究的主要内容  16-17
  1.4 本章小结  17-19
2 高刚度气浮垫的槽宽研究  19-30
  2.1 气浮垫的工作原理  19-21
  2.2 高刚度气浮垫的结构  21-24
  2.3 槽宽研究  24-29
    2.3.1 计算模型  24
    2.3.2 计算结果与分析  24-26
    2.3.3 计算实例  26-29
    2.3.4 结论  29
  2.4 小结  29-30
3 高刚度气浮垫的动态性能研究  30-50
  3.1 数值计算方法的选择  30-31
  3.2 高刚度气浮垫的气体润滑控制方程  31-37
    3.2.1 基本假设  31-32
    3.2.2 雷诺方程式的推导  32-34
    3.2.3 控制方程的推导  34-35
    3.2.4 扰动方程  35-36
    3.2.5 边界条件  36
    3.3.6 动态刚度和阻尼系数  36-37
  3.3 动态雷诺方程数值分析  37-43
    3.3.1 稳态方程求解  37-38
    3.3.2 计算结果与分析  38-43
  3.4 瞬态方程的离散及边界条件的处理  43-44
  3.5 瞬态方程的数值分析步骤  44-46
  3.6 误差分析  46-49
  3.7 小结  49-50
4 高刚度气浮垫的实验研究  50-59
  4.1 实验原理与实验装置  50-53
    4.1.1 实验台的结构和工作原理  50
    4.1.2 实验台的调平与标定  50-51
    4.1.3 实验原理  51-52
    4.1.4 数学模型  52-53
  4.2 实验方法与数据处理  53
    4.2.1 实验方法  53
    4.2.2 数据处理  53
  4.3 实验内容  53-58
    4.3.1 实验结果与分析  53-55
    4.3.2 实验结果  55-58
  4.4 误差分析  58
  4.5 小结  58-59
5 高刚度气浮垫的应用  59-61
  5.1 气浮垫的应用  59-60
  5.2 小结  60-61
6 结论与展望  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 本课题工作展望  61-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表的论文  66-67
致谢  67-70
附录A 弹性薄板变形部分数据(P=0.65MPa)  70-72
附录B 气体压力分布部分数据(P=0.65MPa)  72-73

高刚度气浮垫动态性能研究

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