真空环境下静压气体轴承静态性能分析
近年来，随着光刻加工、激光干涉测量和半导体检测技术的发展，对超精密运动定位的定位精度要求越来越高，定位平台及其支撑轴需要能在超洁净和高真空的环境下运行。但真空环境下静压气体轴承气膜的跨流态流场导致其承载能力、刚度、耗气量等性能特性与常压下不同。目前对真空环境下静压气体轴承润滑机理的研究，常以粘滞流为基础去考虑相应的滑移模型，少数考虑分子流，常忽略过渡流对轴承内部流场的影响，但已有研究表明管道内气体的最小流率出现在克努森数为 1~6时的过渡流中；目前对轴承性能的研究以承载能力、刚度、耗气量为静态指标，研究不同几何参数对轴承性能的影响，但结果往往只适用被研究的轴承单体，不具有普遍意义。轴承气膜内的多流态的流场也非常值得研究。针对以上问题，本文以真空环境下静压气体止推轴承为研究对象，主要完成了以下几部分工作： （1）通过管道流全流态气体流量方程，获得了真空环境下无槽静压气体轴承的压力分布、承载力、刚度和耗气量等随轴承结构、轴承气膜厚度和轴承气腔入口压力变化而变化的规律。通过对轴承泄漏区各部分流导的对比分析，得到轴承密封区流导和泄漏量的计算公式。为后续轴承静态性能的研究提供了依据。 （2）通过将跨流态分层模型与无滑移模型、二阶滑移模型进行速度分布上的对比，将该模型与DSMC算法在压力分布上的对比，共同证明该模型在黏滞流、滑移流、过渡流和分子流的有效性。 （3）通过前文模型 ，获得了轴承耗气量、承载力和刚度随轴承结构参数、轴承出入口压力比、气膜厚度的变化规律，总结出轴承泄漏量最少的轴承结构。 （4）对轴承的检测装置的真空系统进行了结构强度分析，设计了真空室抗压结构，通过对真空室内材料自然放气速率的计算，计算出达到实验所需真空度时，真空泵所需抽速。通过实验，测得了承载力、刚度、耗气量和泄漏量随轴承气膜厚度、供气压力以及轴承结构变化的结果，并与理论计算进行了对比。
静压气体轴承;真空环境;抗压结构;静态性能分析
中国计量大学
硕士
控制工程
李运堂;苏建杰
2017
中文
TH133.36
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）