氣體擠壓膜懸浮軸承的優(yōu)化設計.pdf

1、氣體擠壓膜潤滑是在電致或磁致伸縮材料制成的換能器驅動或其他方式驅動下使兩表面在法線方向作高頻振動,從而使兩表面間隙內的氣體不斷交替產生負壓和正壓的潤滑方式。正壓與負壓的不對稱性使擠壓膜具有承載能力。相對于氣體靜壓潤滑和氣體動壓潤滑,氣體擠壓膜潤滑具有結構簡單,不需要外部氣源等優(yōu)點。在精密工程和微細加工領域,氣體擠壓膜潤滑有著廣闊的應用前景,因此,氣體擠壓膜軸承的研究具有重要意義。
　　本文以氣體擠壓膜動力學理論為基礎,建立氣體潤滑

2、的理論模型。通過氣體潤滑方程推導出氣體擠壓膜潤滑的控制方程,采用有限差分方法對可壓縮氣體的非線性控制方程進行數(shù)值求解,分析了激勵振幅、激振頻率等參數(shù)對擠壓膜的影響。由于擠壓膜內部和外部氣流交換會導致邊界壓力發(fā)生變化,在大擠壓數(shù)條件下,采用傳統(tǒng)邊界條件即邊界處氣壓等于外界大氣壓求解模型存在較大的誤差,因此通過分析給出了一種合適的擠壓膜求解遠端邊界條件?；谌嵝糟q鏈原理設計了一種徑向擠壓膜軸承,為提高其承載能力,利用結構優(yōu)化方法對新提出的擠

3、壓膜徑向軸承進行結構優(yōu)化設計。在理論分析的基礎上,對氣體擠壓膜懸浮圓盤及所設計的超聲擠壓膜軸承進行了試驗測試,測試了激勵電壓、頻率等參數(shù)對懸浮高度和懸浮能力的影響。
　　理論研究與試驗證明振幅對擠壓膜承載能力的影響比激振頻率顯著,振幅越大,懸浮性能越好;隨著激振頻率的增大,承載能力變大,當激振頻率大于某一值時,承載能力趨于穩(wěn)定;低擠壓數(shù)時,采用傳統(tǒng)邊界條件求解擠壓膜控制方程更為簡單方便;而在大擠壓數(shù)時,遠端邊界條件計算結果更為精確