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《西北工业大学》 2006年
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高刚度空气静压轴承研究

张君安  
【摘要】: 气体静压轴承是精密、超精密机械中的重要部件之一。随着精密、超精密技术的发展,对气体静压轴承的刚度、精度及稳定性都提出更高和更迫切的要求。由于气体的可压缩性,对提高气体润滑刚度带来很大的困难。因此,提高气体静压轴承的刚度是气体静压轴承研究领域的难点和热点之一,属于前沿问题。本文开展的研究工作以工程应用为最终目的,选择以传统改进型和自控制节流型气体静压轴承作为研究内容,突出工程应用的特色,将理论、实验及应用密切结合起来。主要从结构、参数改进和自控制节流两个方面开展研究工作。研究、设计了一类能有效提高气体静压轴承刚度的新型自控制节流轴承。 本文在分析比较了国内外各种提高气体静压轴承刚度方法的基础上,以均压槽为重点开展了系统研究。 以含有气腔的喷嘴孔节流的推力轴承为例,从理论分析、建立控制方程、数值计算和实验等方面研究了均压槽通过二次节流效应提高刚度的尺寸效应及设计计算原则,给出带有均压槽轴承的结构设计原则和性能数值分析方法。并给出三个成功应用的例子。 应用等效网络法,系统地分析了各类成功的高刚度气体静压轴承的基本原理,总结出构思新型可变节流器实现无穷静刚度轴承的4个特点:Ⅰ.可变节流器应放置在承载气膜表面,这是气体轴承的特性所要求的;Ⅱ.可变节流器应是气腔内装型才有使用价值;Ⅲ.可变节流器可以设计成多个节流器组合成的多层次节流的组件;Ⅳ.表面压力通过弹性薄膜承载面反馈,结构简单,响应快。 提出弹性可变截面均压槽的概念。并以这个概念为核心提出了:用弹性环形薄板实现可变截面均压槽、可变节流器复合作用的推力轴承结构;用弹性环形薄板实现可变截面均压槽与刚性均压槽相组合作用的推力轴承结构;用弹性薄板实现可变截面均压槽、可变节流器复合作用的径向轴承结构等三个具体的新型轴承。 建立了弹性环形薄板的有限差分数值计算模型。设计了含有均压槽气体润滑轴承的计算模型和弹性环形薄板的有限差分数值计算模型的耦合计算过程。并进行了耦合计算,取得刚度明显提高的计算结果。探索了用多层网格法求解四阶偏微分方程(弹性薄板变形控制方程)的迭代过程,取得成功,是进一步提高运算效率的重要算法之一。 研制了新型气体润滑推力轴承性能测试实验台。这是一种精确且自动化程度高的测试实验台,具有自动测试轴承间隙内的压力分布、承载力以及气膜厚度的功能。为实验台所设计的新颖弹簧加载装置,实现了连续、稳定的加载,且操作方便。 研制了新型气体动、静压径向轴承性能测试实验台。这是一种精确且自动化程度高的测试实验台,具有自动测试轴承间隙内周向内压力分布、承载力以及气膜厚度、主轴转速和流量等功能。为实验台所设计的可任意改变加载方向的加载装置,使得检测系统模块大为简化,为实现高速动静压运转测量打下基础,数据采集自动化程度高,精度便于控制。对被测轴承动态特性的检测表明,所研制的实验系统可以较准确的检测出轴承回转过程中轴心的扰动情况,为开展高速轴承检测打下了基础。 实验结果证明了新型轴承系统原理的正确性。对新型气体静压推力轴承的环形弹性均压槽弹性变形的检测结果表明:均压槽的宽度、深度都能随设计压力的改变产生满足控制要求的尺度变化,说明这种结构的设计、制造和检测都是成功的。对弹性环形薄板实现可变截面均压槽、可变节流器复合作用的推力轴承载荷特性的检测结果表明:在检测范围内轴承的刚度处处都比较高,达到k=100(N/μm)左右。有可能用于载荷变化较大的场合,有较好使用前景。对弹性环形薄板实现可变截面均压槽与刚性均压槽相组合作用的推力轴承载荷特性的检测结果表明:在检测范围内轴承的刚度变化较大,刚度最大处亦达到k=100(N/μm)左右。适用计量室等载荷变化不大、精度要求高的实验环境。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TH133.3

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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1 于贺春;马文琦;王祖温;;环面节流静压气体圆盘止推轴承基于FLUENT的二维流场仿真分析[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
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9 张雯;新型气体静压节流器的设计及其静态性能测试装置的研究[D];中国计量学院;2012年
10 白飞龙;基于数字图像的平面位移测量机试验台研制[D];西安工业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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4 王训宏;王快社;徐可为;胡锴;;搅拌摩擦焊接过程塑性流动形态与试验分析[J];兵器材料科学与工程;2006年06期
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6 杨基忠,俞大卫;车辆筒式减振器高频畸变特性研究[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);2000年01期
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9 文明,祝连庆,董明利;一种基于速度衰减的锥板粘度测量方法[J];北京机械工业学院学报;2005年01期
10 张从鹏;刘强;;直线电机气浮精密定位平台设计与控制[J];北京航空航天大学学报;2008年02期
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1 李亚军;姚军;;裂缝型介质等效连续模型流动模拟方法研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 龙威;宗洪锋;;节流器类型对空气静压导轨静特性的影响分析[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
3 赵鸿;刘玉玲;;贴体坐标变换技术在渗流计算中的应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
4 占欢;范育新;宫继双;齐海帆;程晓军;;扇环形截面管内爆震波特性数值模拟[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集(上册)[C];2010年
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6 于贺春;马文琦;;气体轴承技术的研究与发展[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
7 于贺春;马文琦;王祖温;;环面节流静压气体圆盘止推轴承基于FLUENT的二维流场仿真分析[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
8 徐驰;王友军;束忠明;;坨面形状对CVD合成石英玻璃沉积速率的影响[A];2010全国玻璃技术交流研讨会论文集[C];2010年
9 梁殿胜;苏冰;;轴承新材料的研究进展[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
10 叶文媛;;CFD技术在建筑设计中的环境评价应用初探——以北方某市某建筑为例[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第三卷)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
2 艾尚茂;管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 贺克羽;新型控制棒水力驱动系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 顾璇;近地/海运动过程中的空气动力学分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 黄燕;碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究[D];中国海洋大学;2010年
8 韩艳;海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D];中国海洋大学;2010年
9 张波;重载组合列车牵引及制动系统的试验与仿真研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
10 欧礼坚;船舶螺旋桨及推进装置故障诊断关键技术研究与应用[D];华南理工大学;2010年
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1 孟凡茂;煤矿主通风巷道中抑制瓦斯爆炸的细水雾两相流场数值分析[D];河南理工大学;2010年
2 赵文武;淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D];河南理工大学;2010年
3 吴定柱;多孔质气体静压止推轴承关键技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
4 张彦奇;超细水泥渗透特性微观试验研究及理论分析[D];山东科技大学;2010年
5 李连举;轴流式通风机气动噪声分布特性的数值研究[D];山东科技大学;2010年
6 刘博;叶片式流体设备数字化研发与优化研究[D];郑州大学;2010年
7 张妍;叶轮前侧盖板流固耦合动力学特性研究[D];郑州大学;2010年
8 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 孙海素;二维船用帆翼空气动力特性的数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王祎;载机舰在风、浪中的气流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈向伟,王龙山,刘庆民;图像测量技术在微型齿轮测量中的应用[J];半导体光电;2004年06期
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6 李志来;;高精度间隙补偿式闭式气浮导轨性能的分析研究[J];长春光学精密机械学院学报;1996年04期
7 姜义;;光电编码器的原理与应用[J];传感器世界;2010年02期
8 朱维斌;李东升;;气体静压导轨气膜振动的数值模拟[J];测试技术学报;2009年02期
9 易家明,徐学兰;多孔质静压气体轴承材料的研究[J];轴承;1985年01期
10 罗继伟,王云飞;多孔质静压气体轴承静态性能的有限元分析[J];轴承;1985年02期
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1 钱勇;高精度三轴稳定卫星姿态确定和控制系统研究[D];西北工业大学;2002年
2 刘山;迭代学习控制系统设计及应用[D];浙江大学;2002年
3 刘晓军;基于磨削电主轴的磁悬浮轴承数控系统及试验研究[D];武汉理工大学;2003年
4 徐月同;高速精密永磁直线同步电机进给系统及控制技术研究[D];浙江大学;2004年
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6 王丽梅;基于高频信号注入的永磁同步电动机无位置传感器控制[D];沈阳工业大学;2005年
7 池荣虎;非线性离散时间系统的自适应迭代学习控制及应用[D];北京交通大学;2006年
8 陈炜;永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制技术研究[D];天津大学;2006年
9 李运堂;面向芯片封装的高加速度高精度气浮定位平台的研究[D];上海交通大学;2007年
10 黄海;微型轴承—转子系统动力特性的研究[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜琳;PDP涂覆机拱架结构设计与分析[D];西安电子科技大学;2011年
2 屠喜;气浮垫精密研抛设备改造及其工艺研究[D];西安工业大学;2011年
3 刘召彤;基于虚拟现实技术的机器人按摩示教系统[D];山东建筑大学;2011年
4 张云明;基于回转体零件特征的数控砂轮修形技术研究[D];武汉理工大学;2011年
5 周超;基于高速精密电主轴的气体静压轴承—转子系统的研究[D];大连海事大学;2011年
6 徐庆松;具有在线检测功能数控磨床系统的研究[D];济南大学;2011年
7 孔振;丝杠磨床在线检测与砂轮修整技术研究[D];南京理工大学;2011年
8 陈超;自适应遗传算法的改进研究及其应用[D];华南理工大学;2011年
9 李楠;永磁型无轴承电机的直接力控制研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 解超;永磁无轴承无刷直流电动机及控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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2 张雯;李东升;李树一;;多微通道式气体静压节流器性能初探[J];机械设计与制造;2013年01期
3 李敏;张玉冰;李东升;;气膜介电常数与供气压力的相关性实验研究[J];现代制造工程;2013年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王伟然;直接转矩控制在无轴承无刷直流电机中的应用[D];江苏大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 陈改革;阵列型小孔节流静压空气平面轴承的建模仿真研究[D];西南科技大学;2011年
2 张旭忠;直线电机驱动的气浮导轨实验台研制[D];西安工业大学;2012年
3 马方杰;基于弹性薄板的气浮垫动态性能研究[D];西安工业大学;2012年
4 陈龙兴;动静压气体轴承的设计及特性研究[D];大连海事大学;2012年
5 刘海艳;高速静压气体轴承—转子系统稳定性研究[D];大连海事大学;2012年
6 白飞龙;基于数字图像的平面位移测量机试验台研制[D];西安工业大学;2013年
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【二级参考文献】
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 丁振乾;邓乃扬;张建中;沈家骐;杨有锠;;液体静压轴承的动态特性分析[A];第二次全国摩擦磨损润滑学术会议论文集[C];1979年
6 姜丽;;液体静压轴承的安装调试[A];中国机械工程学会摩擦学分会润滑技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2000年
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8 陈汝刚;赵知辛;王焕然;;风能致热系统的研究[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 中冶连铸专家组;连续铸钢新技术问答[N];中国冶金报;2006年
4 凌须斌;大气田骄子许正祥[N];青海日报;2007年
5 特约记者 周权 通讯员 陈艳;西南油气田四个科技项目通过省级鉴定[N];中国石油报;2009年
6 赵磊;力量与激情[N];西部时报;2006年
7 孙艳;齐重数控圆中国曲轴制造梦[N];齐齐哈尔日报;2008年
8 高荣森;滚动功能部件产业化迫在眉睫[N];中国工业报;2004年
9 王定武;我国中厚板轧机建设态势[N];世界金属导报;2007年
10 本报记者 齐雪岭;破解我国风力发电关键设备制造难题 精诚机床推出重型高效数控大圆柱内齿轮铣齿机[N];中国工业报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 龙威;平面空气静压轴承承载特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 龙威;平面空气静压轴承承载特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
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10 刘学忠;主动混合滑动轴承—转子系统运动轨迹控制技术研究[D];山东大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张雯;新型气体静压节流器的设计及其静态性能测试装置的研究[D];中国计量学院;2012年
2 吴定柱;多孔质气体静压止推轴承关键技术研究[D];中国工程物理研究院;2010年
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4 周超;基于高速精密电主轴的气体静压轴承—转子系统的研究[D];大连海事大学;2011年
5 赵自强;超精密机床气浮主轴静特性的流固耦合分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 闻荣伟;一种基于复合节流的气浮直线运动基准设计方法[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 许蓬子;一种新型混合直线/回转快速刀具伺服台设计的研究[D];吉林大学;2008年
8 田富竟;快轴伺服系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 王迎;增压器涡轮转子动平衡机气浮式主轴研究[D];重庆大学;2012年
10 张恩龙;高速全支承气体静压电主轴的承载特性研究[D];广东工业大学;2005年
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