真空環(huán)境靜壓氣體軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封方法研究.pdf

1、隨著高新科技的快速發(fā)展，軸承工作環(huán)境、速度和精度的要求不斷提高，靜壓氣體軸承由于高速度、高精度、粘性摩擦小、低功耗等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、微電子制造平臺(tái)等超精密設(shè)備。隨著下一代光刻曝光、干涉測(cè)量和半導(dǎo)體檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，軸承工作環(huán)境逐漸變?yōu)檎婵栈蛘吒邼嵀h(huán)境，相對(duì)于大氣環(huán)境中，真空環(huán)境下靜壓氣體軸承內(nèi)流場(chǎng)比較復(fù)雜，軸承靜動(dòng)態(tài)性能都會(huì)發(fā)生變化，而且必須添加密封結(jié)構(gòu)減少氣體泄漏量。目前，對(duì)于真空環(huán)境下的靜壓氣體軸承研究還不豐富，軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和

2、參數(shù)優(yōu)化方法還不成熟。為此，本文設(shè)計(jì)適用于真空環(huán)境下的靜壓氣體軸承，運(yùn)用有限元法和修正的潤(rùn)滑模型數(shù)值模擬真空環(huán)境下靜壓氣體軸承流場(chǎng)，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對(duì)軸承性能的影響，并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究，主要包括以下內(nèi)容：
　　1）為了研究真空環(huán)境對(duì)靜壓氣體軸承性能的影響，設(shè)計(jì)了真空環(huán)境下工作的靜壓氣體軸承，采用多級(jí)排氣槽的密封結(jié)構(gòu)降低真空環(huán)境中的軸承氣體泄漏量。通過仿真和數(shù)值模擬分析真空環(huán)境中靜壓氣體軸承的穩(wěn)態(tài)性能和氣體泄漏量，發(fā)

3、現(xiàn)增大排氣槽數(shù)量可以有效地降低泄漏量，且排氣槽的分布半徑越小氣體泄漏量越小。
　　2）利用有限元法數(shù)值求解靜壓氣體軸承穩(wěn)態(tài)的氣體壓力分布、承載力和耗氣量等性能參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對(duì)低真空環(huán)境下靜壓氣體軸承性能的影響。結(jié)果表明節(jié)流孔直徑可以提高軸承的承載能力和剛度，最佳氣膜厚度增大；供氣壓力使軸承承載能力和耗氣量線性增大，但是為了保持軸承工作的穩(wěn)定性供氣壓力不宜太大；真空環(huán)境可以一定程度提升靜壓氣體軸承的承載力，但是耗氣量也

4、會(huì)增加；
　　3）分析不同修正潤(rùn)滑模型的適用范圍，準(zhǔn)確求得高真空環(huán)境下靜壓氣體軸承穩(wěn)態(tài)的氣膜壓力分布，分析工作參數(shù)對(duì)真空環(huán)境下靜壓氣體軸承性能的影響。結(jié)果表明軸承承載區(qū)域的氣體壓力分布可以通過一階潤(rùn)滑模型快速求解，而在軸承密封區(qū)域的氣膜壓力分布采用1.5階潤(rùn)滑模型可以得到更為精確的解；結(jié)合不同模型得出了數(shù)值模擬結(jié)果，得知在不考慮泄漏量時(shí)，密封區(qū)域?qū)S承性能的影響不大，基本可以忽略不計(jì)。軸承工作參數(shù)對(duì)軸承性能的影響與有限元法分析結(jié)果