随着超精密加工技术和地面微低重力仿真的发展,相关产业对空气静压轴承的性能要求越来越高。由于传统的孔式节流器其结构特点不能完全满足实际使用的需要,节流孔直径与气膜间隙同一数量级的微孔节流空气静压轴承因其良好的刚度和承载特性,越来越受到关注。但在微孔节流器的发展过程中,微孔的加工工艺却限制了其推广应用。针对目前常用的三类微孔加工工艺,进行了理论仿真研究,通过建立不同加工工艺轴承仿真模型,运用双向流固耦合仿真方法,对比分析了基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的动静态特性。研究结果表明锥孔类轴承承载性能优于其他两类,但耗气量大且在小间隙时刚度较差;薄壁直孔类轴承承载性能稍逊,但在大间隙下轴承刚度较佳;嵌套类轴承承载性能较差,但在小间隙下轴承刚度较大且耗气量较低。

为了降低空气静压轴承节流孔内气旋导致的轴承微振动,提高轴承稳定性和超精密加工精度,这里根据冲击射流的气流流动结构特征划分了气流流场区域,利用大涡模拟对不同区域的气流瞬时流动情况进行了仿真,研究了气旋的产生和发展规律,并从冲量原理、压力变化等方面分析了气旋导致微振动的机理。进一步从稳态和瞬态两方面研究了不同供气压力和压力腔形状对气旋强度的影响。研究表明,微振动的产生是由于阻滞区域、压力腔径向流动区的气旋以及在壁面射流区处压力腔出口形成的湍动能和压力波动。随着供气压力的增加,气旋强度增加,不同形状的压力腔对气旋强度影响较大,据此可选择较优的压力腔形状。研究成果为空气静压轴承的设计提供理论依据。

为了提高空气静压轴承伺服系统的控制性能,这里基于模型参考自适应系统(MRAS)设计了辨识算法,并应用双链量子遗传算法(DCQGA)对自适应律的常数项及PI调节器参数进行了优化。仿真结果表明,与传统的遗传算法参数优化对比,辨识结果在合理的误差范围内,然而DCQGA算法表现出稳定的动态特性和全局搜索能力。因此,MRAS-DCQGA算法在保证辨识精度的情况下减轻了人工整定参数的工作量,具有重要的工程意义。

静压空气轴承拥有清洁、近零摩擦等优点，是一种优秀的运动导向承载部件，但是它在承栽方向上阻尼较小，对外界引起振动和空气轴承本身固有微振动的衰减较慢，影响了系统的稳定性和测量准确性．为了解决这个问题，本文以小孔节流空气轴承作为研究对象，在其结构中部增设了类似空气弹簧的上下腔室和节流孔，当空气轴承振动时，压力空气在上下腔室之间流动，通过节流孔处的节流效应将振动能量衰减掉．根据这一构想，首先对新结构通过空气弹簧理论进行了初步优化设计，接着对新结构空气轴承和普通空气轴承进行了冲击响应实验，证实了新结构能够很好地起到快速衰减振动的作用，同时对微振动有良好的抑制效果，然后通过模态分析软件MEscope得到了空气轴承的阻尼比系数，发现新结构空气轴承阻尼比系数较普通结构空气轴承阻尼比...

为了分析可变截面节流器对空气静压轴承性能的影响,提出了变截面节流器的空气静压轴承模型,通过轴承承载表面弹性薄板的挠度变形实现节流器截面形状的动态变化。建立固体薄板变形和气体润滑的耦合偏微分方程,采用有限差分法和超松弛迭代法对耦合方程进行离散和数值求解。计算结果表明节流器的截面形状直接决定了数值计算过程中喷嘴系数的大小,与刚性节流器的空气静压轴承相比,变截面节流器的空气静压轴承刚度提高了15%,在较高承载力的情况下能够获得更大的刚度。实验测试结果和理论分析基本一致,变截面节流器的设计方法能够有效提高空气静压轴承的静特性。

小型高速空气静压主轴在国内外广泛应用于小型零件与微小非球面的精密磨削和抛光加工,针对该目的设计了一种空气主轴,根据技术要求确定主轴采用空气静压轴承作为支撑,涡轮驱动旋转。通过工程算法得出主轴主要结构参数及性能估算;采用数值模拟软件Fluent进一步分析了主轴各结构参数对其承载性能和气体耗量的影响,并对其进行结构修改和参数优化;使用动平衡机对主轴转子进行动平衡校正,使不平衡量降低至左G0.015,右0.04;最后对主轴转速、径向及轴向跳动、刚度等进行测试,得出主轴主要技术参数。

建立了具有均压槽的孔式供气空气静压轴承模型，提出了一种均压槽边界处理方法。以该方法理论计算结果为指导，设计了一套小型的具有均压槽的孔式供气空气静压轴承。对该轴承进行的性能测试表明：径向跳动小于0.1／μm，径向刚度约为20～30N／μm。

为了研究微节流孔对于空气静压轴承的节流性能的影响;本文利用CFD流体计算软件对微孔空气静压轴承的三维内部流场进行了数值模拟与计算分析;其中采用网格划分软件对轴承气膜网格进行划分,利用(Realizable K-ε)湍流计算模型分析气膜的流场特性;通过对微孔空气静压轴承的节流性能分析,研究了微孔空气静压轴承的节流孔直径对于轴承气膜内的压力及速度分布的影响,并给出了相应的对比结果;同时,将微孔空气静压轴承流场与传统节流孔空气静压轴承流场的不同区域的压力分布进行了对比,并分析了微孔节流与传统小孔节流流场之间的特点与区别。结果表明,在气膜承载面上,节流孔附近的压力降随着节流孔直径的增大,压力降呈先增大后减小的趋势;在节流孔中心线上压力随节流孔直径的增大,压力变化越不明显;微孔节流空气静压轴承与传统小孔空气静压...

小孔节流空气静压轴承固定气膜厚度时提高供气压力，在某些情况下节流孔的周围会发生压力突降的现象，这时可能会在节流孔附近因激波的出现而产生超音速区。本文针对这种现象，结合FLUENT软件进行分析，指出此时气膜内的压力分布，速度分布和马赫数分布，并对其分布位置进行比较和分析。从熵增角度证明小激波的存在性并且确定其出现位置。为完善静压气体轴承边界层理论提供一定的依据。