基于Hypermesh的矩形多孔质气体静压止推轴承性能有限元分析

应用有限元方法对应用多孔质节流器的矩形气体止推轴承进行数值分析。在总结目前已有的分析方法后,提出一种新的分析流程,即利用HyperMesh进行前后处理,使用C语言编写求解器。该求解器同时支持基于Darcy定律的一维/三维多孔节流模型。分别应用编写的有限元程序及有限差分程序对典型算例进行分析比较,验证开发的有限元程序的正确性。对多孔质节流器性能的部分影响因素,如多孔材料渗透率、供气压力、供气面积等进行分析,结果表明,最大承载能力受渗透率的影响较小,但随供气压力的提高而提高,随供气面积的减小而减小;最大刚度随渗透率的减小而增大,随供气压力的提高而增大,但受供气面积的变化影响较小;最大刚度对应的气膜厚度随渗透率和供气面积的减小而减小,但不受供气压力变化的影响。

微低重力试验多孔青铜气浮转台研制

在微低重力环境模拟中,为降低涡流干扰力矩,设计了基于多孔青铜节流器的气浮转台系统。首先,在止推轴承选型中,对局部多孔质节流器和全多孔质节流器进行了对比分析,发现在气膜厚度20μm条件下,全多孔质节流器承载能力比局部多孔质节流器高40%,因此设计选择全多孔节流器形式;然后,分析了在不同供气压力、不同材料渗透率下,气浮转台止推轴承及径向轴承的承载能力和刚度特性,发现选择较小的材料渗透率能够获得更高的气膜刚度,为气浮转台的结构设计提供了依据。最终研制的气浮转台采用开式止推轴承形式,节流器使用自研的多孔青铜材料,通过精密加工技术,使得加工前后的渗透率保持近似不变。试制成功的气浮转台回转精度小于0.8μm,150 kg负载下,未出现气锤自激振动现象。气浮转台系统的最大干扰力矩为9×10^(-4) m。该气浮转台系统不仅可用于微低重力试验,还可应用于超精密加工等领域。