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粘-惯性耦合节流静压气浮轴承微振动特性研究

杨光伟 孙沐邦 俞利庆

杨光伟, 孙沐邦, 俞利庆. 粘-惯性耦合节流静压气浮轴承微振动特性研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 24-30. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.003
引用本文: 杨光伟, 孙沐邦, 俞利庆. 粘-惯性耦合节流静压气浮轴承微振动特性研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (2): 24-30. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.003
YANG Guangwei, SUN Mubang, YU Liqing. Study on the micro vibration of viscous and inertial coupling aerostatic bearings[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 24-30. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.003
Citation: YANG Guangwei, SUN Mubang, YU Liqing. Study on the micro vibration of viscous and inertial coupling aerostatic bearings[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (2): 24-30. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.003

粘-惯性耦合节流静压气浮轴承微振动特性研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.02.003
基金项目: 国家自然科学基金(51905507);四川省国际科技创新合作 港澳台科技创新合作项目(2020YFH0006)
详细信息
    作者简介:

    杨光伟,男,1987年生,博士,副研究员,研究方向为超精密加工。E-mail:garyhitsz@163.com

    通讯作者:

    杨光伟,男,1987年生,博士,副研究员,研究方向为超精密加工。E-mail:garyhitsz@163.com

  • 中图分类号: TH133.35

Study on the micro vibration of viscous and inertial coupling aerostatic bearings

  • 摘要: 小孔节流气浮轴承因结构简单、刚度较高等优点在超精密加工中获得了广泛的应用。然而由于小孔节流气浮轴承存在微振动,限制了超精密加工表面粗糙度的进一步提升。为了抑制小孔节流气浮轴微振动,文章提出了一种新型粘-惯性耦合节流气浮轴承,通过数值模拟的方法研究了新型节流器的结构参数对气浮轴承微振动特性的影响,在此基础上开发了试验平台对新型气浮轴承振动特性进行测试。研究结果表明,粘-惯性耦合节流气浮轴承均压腔内压力波动低于小孔节流,可以减小气浮轴承微振动;同时,增大渗透率和节流孔直径、降低均压腔高度均能减小粘惯性耦合节流气浮轴承微振动。

     

  • 图  1  小孔节流

    图  2  边界条件与网格划分

    图  3  A-A截面上的气膜压力分布

    图  4  节流孔和多孔质的轴向压力分布曲线l1l2

    图  5  不同工况下l1l2上的压力分布

    图  6  不同渗透率下气浮轴承A-A截面上的速度流线和云图

    图  7  不同节流孔直径下气浮轴承A-A截面上的速度流线和云图

    图  8  不同均压腔厚度下气浮轴承A-A截面上的速度流线和云图

    图  9  不同供气压力下气浮轴承A-A截面上的速度流线和云图

    图  10  气浮轴承微振动测试实验原理图

    图  11  气浮轴承微振动测试实验装置

    图  12  供气前后气浮转子振动的时域信号图

    图  13  粘接后气浮支承节流塞的回缩现象

    表  1  粘-惯性耦合节流气浮轴承的结构参数和工作条件

    参数 符号 大小
    进气腔高度 $ H_{\mathrm{in}}/\rm{mm} $ 3
    进气腔直径 $ d\mathrm{_{in}}/\rm{mm} $ 3
    节流孔直径 ${d_0}/{\rm {mm}}$ 0.1~0.4
    节流孔长度 ${h_0}/{\rm {mm}}$ 2
    节流器外径 ${d_1}/{\rm {mm}}$ 3
    均压腔直径 ${d_2}/{\rm {mm}}$ 3
    均压腔高度 ${h_2}/{\rm {mm}}$ 0.05~0.2
    气膜内径 ${D_1}/{\rm {mm}}$ 24
    气膜外径 ${D_2}/{\rm {mm}}$ 42
    气膜厚度 $h/{\rm {\mu m}}$ 10
    节流孔分布直径 $D/{\rm mm}$ 32
    供气压力 $P/{\rm {MPa}}$ 0.3~0.45
    环境压力 ${P_0}/{\rm {MPa}}$ 0.1
    气体黏度 μ/(N·s/m2 1.85×10−5
    气体密度 $\rho $/(kg/m3 7.35
    多孔质渗透率 $\psi /{{\text{m}}^{\text{2}}}$ 10−15~10−13
    环境温度 $ T\mathrm{/K} $ 300
    下载: 导出CSV
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  • 修回日期:  2023-10-27

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