基于COMSOL的真空环境下静压气体轴承性能分析
随着电子束曝光与三坐标测量技术的发展，超精密平台的核心支撑部件——静压气体轴承起到了决定性作用。随着超精密加工环境的变化，静压气体轴承的应用环境也逐渐转向真空环境。相比大气环境，轴承的刚度、承载力等性能变化显著，还需考虑泄漏气体的回收。目前对于真空中的静压气体轴承数值计算方法较少，鲜有可以验证理论分析的实验。针对以上问题，本文以可用于真空环境中的单孔式静压止推气体轴承为研究对象，对轴承排气槽内的流导和轴承的主要性能进行计算和理论分析。并根据已搭建的真空实验系统，利用COMSOL软件对真空室整体的气压分布进行仿真。在轴承性能的研究方面，利用 COMSOL 软件对轴承产生的气膜进行仿真计算。最后进行了相应的验证实验。主要完成工作有以下四个方面。 （1）通过对轴承的密封区域进行等同管道流导计算，得到了排气槽处气体的泄漏量的计算方法。针对真空系统中直管弯管对气体不同的导通能力以及分子束流效应预测了真空室管道内气压分布。 （2）利用COMSOL软件对已搭建的真空室进行仿真，得到真空室内部以及管道内部压力分布。为使真空系统得到更好的抽气效果，分别从真空管道形状、半径、分布以及真空泵抽速四个方面进行优化仿真。对比原真空系统，缩短了抽气时间约12min，降低了真空室压力约0.5×10-5Pa。 （3）为获得更大的承载力，减小轴承泄漏量，对气体轴承形成的微米级气膜进行建模仿真。轴承外部工作环境方面：增加供气压力、减小外界环境压力，可获得更大承载力。轴承几何参数方面：增加排气槽深、增加排气槽数量可以有效减少轴承的泄漏量。 （4）针对真空环境中静压气体轴承润滑机理研究的需求和对仿真验证的需要，设计并加工三组不同参数的轴承，在所设计的真空室内利用静压气体轴承性能检测装置开展了实验研究，并与理论计算和仿真结果进行对比，得出了真空环境下轴承承载能力、泄漏量等性能指标，为静压气体轴承及其密封系统的结构设计和性能优化提供参考。
静压气体轴承;真空环境;COMSOL软件
中国计量大学
硕士
控制工程
李运堂;苏建杰
2018
中文
TH133.35
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）