基于弱耦合法的圆盘气体静压止推轴承气锤自激振动研究

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气体轴承具有高精度、低摩擦、结构简单、污染小的优点,在越来越多的精密与超精密加工场合得到了应用。为了获得更大的承载能力和更高的刚度,最简单高效的方法就是在轴承中加工出均压槽或者增大供气压力,但这两个措施都容易引发气锤自激振动。气锤自激振动不正常的现象,产生伴有啸叫声的高频率振动,轴承会失去稳定,无法工作。对圆盘气体静压止推轴承进项数学建模,开展气锤自激振动的理论研究。首先,从极坐标形式的气体连续性方程入手结合状态方程、运动方程得到气体雷诺方程,雷诺方程使用伽辽金加权余量法降阶、使用有限元法离散,得到可编程的离散方程组;然后,通过编程进行计算仿真,研究轴承的结构参数对承载力、刚度以及流量等静态特性的影响;最后,得到相应的静态特性后在程序中加入一个短时间影响的干扰,使得轴承发生气锤自激振动,以供气压力和承载质量为坐标轴参数得出轴承工作的稳定区域,改变轴承参数,研究了不同参数下的稳定区域特点,分析了不同参数下其气锤自激振动振幅以及振动频率的变化特点。在数值计算仿真结果的基础上,进行实验验证。在蜂窝平台上进行实验,验证了仿真所得静特性的正确性;记录下实验是发生气锤的临界点,构造出轴承工作的稳定性区域与仿真所得稳定性区域进行对照;将实验所得气膜厚度与时间关系进行傅里叶变换,提取出振动幅值以及振动频率与计算仿真所得数据作比较,验证其正确性。
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