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一种基于复合节流的气浮直线运动基准设计方法

作　者: 闻荣伟
导　师: 谭久彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 气体润滑 复合节流 气浮导轨 均压槽
分类号: TG83
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 82次
引　用: 2次
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内容摘要


直线度测量是几何量测量领域中最基本、最重要的内容之一。它同时也是平面度、平行度、垂直度、同轴度等几何量测量的基础。气体润滑技术是实现超精密运动基准的主要手段,是超精加工装备、超精检测系统和超精密光机电一体化仪器与装备的关键技术之一。随着超精密仪器装备技术的发展,精度水平进一步提高,对运动基准技术提出了更高的要求,主要体现在超精密、高刚度和大载荷等方面。首先本文在综述了国内、外气体润滑技术的发展历史和研究现状的基础上,对气体静压润滑基本原理进行了概述。将气垫与导轨间气体简化为两平板间气流一维流动,对闭式气浮导轨进行理论分析,推导出其承载能力与刚度表达式。具体设计了带有均压槽的复合节流气浮导轨和传统的小孔节流气浮导轨结构,并应用气体润滑原理进行理论分析。建立了理论模型,分别求解比较两种节流形式下的承载能力、刚度和流量大小,结果显示复合节流导轨的承载能力是小孔节流的1.3倍,刚度是小孔节流的2倍,但流量也达到小孔节流的1.4倍。结合COSMOSFloWorks仿真软件,应用计算流体力学方法,建立了简单的小孔节流和复合节流导轨结构,对理论分析进行了仿真验证,结果显示复合节流能使导轨承载面的压力分布更均匀,气流通过节流孔后一部分进入均压槽,再通过均压槽流入导轨间隙,形成了二次节流。本文将理论分析与仿真密切结合起来,设计了一种复合节流方式以解决直线导轨的高刚度和大载荷同时兼顾的问题。复合节流导轨中外压气体通过供气孔进入浅槽,再通过浅槽侧边与端部流入导轨间隙。由于浅槽与导轨间隙具有同量级的深度和高度,所以气流在槽内与导轨间隙内所受阻抗相匹配,因此产生节流效果,提高了承载力和刚度。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外气体润滑技术研究现状  10-12
  1.3 气体静压导轨刚度  12-13
  1.4 气体静压导轨承载能力  13-14
  1.5 本课题的研究目的和内容  14-15
第2章 小孔节流式导轨原理分析  15-30
  2.1 气体润滑原理  15-16
  2.2 气体润滑种类  16-18
    2.2.1 气体动压润滑  16
    2.2.2 气体静压润滑  16-17
    2.2.3 气体压膜润滑  17-18
    2.2.4 气体弹性润滑  18
    2.2.5 超薄膜气体润滑  18
  2.3 气体静压润滑各种节流形式  18-22
    2.3.1 小孔式节流  18-19
    2.3.2 狭缝式节流  19-20
    2.3.3 多孔质节流  20
    2.3.4 其它节流形式  20-21
    2.3.5 各种节流形式轴承的优缺点  21-22
  2.4 气体流动原理分析  22-27
    2.4.1 矩形狭缝中的气流  22-25
    2.4.2 通过进气孔的气流  25-27
  2.5 闭式小孔节流气浮导轨性能分析  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 复合节流气浮导轨结构设计  30-38
  3.1 典型气体静压导轨形式  30-31
  3.2 结构设计  31-35
    3.2.1 设计中常用参数  31-33
    3.2.2 导轨结构设计  33-35
  3.3 复合节流导轨原理分析  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 小孔节流与复合节流气浮导轨仿真实验  38-53
  4.1 计算流体力学概述  38-41
    4.1.1 计算流体力学简介  38-39
    4.1.2 求解流体流动问题的常用数值计算方法  39-40
    4.1.3 COSMOSFloWorks介绍  40-41
  4.2 仿真条件设置  41-44
  4.3 仿真实验结果及分析  44-49
    4.3.1 导轨内气体流线轨迹  45-46
    4.3.2 导轨内气体压强分布  46-47
    4.3.3 气体流量  47
    4.3.4 轴线压力分布  47-49
  4.4 均压槽优化  49-50
  4.5 小孔节流与复合节流导轨性能比较  50-52
    4.5.1 承载力比较  50-51
    4.5.2 刚度比较  51-52
    4.5.3 流量比较  52
  4.6 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 公差与技术测量及机械量仪 > 形位偏差测量及其量仪
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