整体闭式与开式气浮导轨静态性能对比分析

静压气浮导轨是精密气浮工作台的重要组成部件,其承载能力和刚度直接影响了工作台的平稳性以及所加工零件的精度。针对所设计的精密高刚度二维气浮工作台,提出采用有限差分的数值计算方法,在双边间隙总和与供气压力相同的条件下,对整体闭式及开式气浮导轨的气浮面进行整体求解计算,对比分析其压力分布、承载能力、刚度等静态性能参数。结果表明:由于闭式气浮导轨的下气浮块在垂直方向上起到了辅助支撑的作用,形成了四周封闭的气膜面,因此增强了闭式气浮导轨的紧密性和可靠性,使得整体闭式气浮导轨的刚度和稳定性均优于开式气浮导轨;实验结果与理论分析较吻合,为此类精密定位平台的设计优化提供了理论依据。

超精密机床静压气浮导轨表面微结构设计研究

以减少超精密机床气浮导轨高速运动时气体阻力为设计目标,应用雷诺平均方程(Reynolds-averaged Navier–Stokes equations,RANS)和带旋流修正的k-ε湍流模型,建立导轨微结构功能表面流体动力学减阻分析模型。采用减阻机理分析与仿真方法对比分析矩形沟槽、V形沟槽、U形沟槽、Space-V沟槽等四种微结构表面构型,确定最适合超精密机床气浮导轨表面减阻需求的构型是V形沟槽结构表面。继而对V形沟槽表面几何参数进行优化设计,获得优化的沟槽角度、宽度、间距设计参数,确定最优超精密机床静压气浮导轨微结构功能表面。该设计研究可用于进一步保障超精密机床设计精度和运动精度。

直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台

建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法和双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究。利用有限元法设计了气浮导轨,分析了气膜压力场的分布情况,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度等性能。静态特性实验表明,开发的定位平台气浮导轨具有较高的承载能力和刚度,X、Y导轨的竖直方向静刚度为276.9 N/μm和333.3 N/μm。设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应在线整定。运动实验表明,改进的控制器具有较高的同步控制精度,速度同步精度比一般同步控制提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制。H型直线电机气浮定位平台具有承载能力强、精度高的优点,可以用于光刻机和光学检测等精密工程领域。

静压气浮导轨承载能力的解析法和有限元法对比分析

承载能力是静压气浮导轨的一个重要的静态性能指标。采用解析法和有限元分析法2种方法计算了闭式矩形静压气浮导轨的承载能力。结果表明:闭式矩形静压气浮导轨的承载能力随供气压力的增大而增大;2种方法计算结果具有较好的一致性,其中有限元法实现了对气体流场的三维仿真,不仅考虑了扩散效应的影响,而且把求解域从传统的薄膜区扩展到节流孔上游,可考虑更多因素的影响,结果更符合实际情况。

三坐标测量机气浮导轨引起的动态误差

为了分析弱刚度气浮导轨对测量机动态测量误差的影响,根据三坐标测量机气浮导轨分布情况和摩擦力特点,应用动力学知识对气浮导轨弱刚度和单边驱动引起的动态测量误差的传递路径、影响因素、表现形式进行系统的研究,推导了单边驱动引起的气浮导轨振动变形振幅的理论计算公式.分析结果表明,振动的主要激励是驱动力与惯性力形成的力偶,振幅大小与驱动加速度波动相关.应用谱分析方法对数据进行处理,验证了理论分析结果,气浮导轨振动引起的动态测量误差是测量机误差的主要成分之一,各误差分量相关性较强,测量机存在最佳测量速度.

闭式C型静压气浮导轨承载力的CFD数值仿真和实验研究

对不同供气压力与不同偏心率情况下的闭式C型气浮导轨进行CFD(计算流体力学)分析,得到其压力、速度的分布图,以及偏心率和供气压力对气浮导轨承载能力和刚度的影响规律。结果表明:偏心率越大,上气浮面的压力值会越大,下气浮面的压力值越小,上下气膜速度的差值越大;随着偏心率的增加,承载力呈增大趋势,刚度会有所降低;相同偏心率情况下,供气压力增大,承载力和刚度都会增加。对闭式C型气浮导轨的承载性能进行实验研究,实验结果与数值仿真结果吻合较好,证明了该仿真分析方法的可行性和有效性。

基于静压气浮导轨的直线电机高性能工作台的研制

精密定位技术是精密工程领域的关键技术,由直线电机驱动的气浮直线导轨工作台在超精密运动领域得到广泛应用。本文介绍了静压气浮导轨的设计方法,开发了止推气浮轴承设计软件;为了提高气浮导轨的承载能力和刚度,总结提出了几种适用于不同结构气浮导轨的预加载技术;运用气浮轴承设计系统和适合的预加载技术,研制了能满足大惯量、高速度、高精度要求的H型直线电机气浮工作台。

气浮导轨性能测试实验台设计与分析

在超精密气浮定位平台研究工作中,对静压空气轴承的安装位置对系统影响的研究相对较少,文中介绍了一种新型机械结构的气浮导轨性能测试实验台,实验台导轨滑架采用焊接框架组合结构,实现不同类型气浮轴承的更换及不同数量的气浮轴承的安装,形成不同结构布局的气浮导轨,能够满足多种气浮导轨的实验研究,提高了气浮导轨实验台的利用率和使用范围。此实验台具有机械精度高、系统刚度大、结构稳定性好,安装使用方便等特点。

高速运行条件下静压气浮导轨摩擦力分析

以静压气浮导轨为研究对象,对导轨气浮块底部气体压力的二维分布规律及影响摩擦力的因素进行了理论分析。在气浮块气膜受力分析的基础上,推导了单孔和多孔矩形气浮块底部气体压力的二维分布方程、气浮导轨摩擦力方程,获得了速度与摩擦力之间的关系。以三坐标测量机为实例进行仿真,结果表明高速运行条件下静压气浮导轨的摩擦力降低了三坐标测量机的定位精度,且其对系统运动速度的影响不可忽略。

局部多孔质气浮导轨多目标优化研究

为了优化局部多孔质气浮导轨的设计参数,建立了包含多孔质流量特性的气浮导轨气膜压力特性数学模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的多孔质气浮导轨优化设计方法,实现了耗气量最小和气膜承载能力最大两个目标的参数优化计算。该方法能够获得目标空间内均匀分布的Pareto解集,克服了实际设计过程中单纯依靠经验的缺陷。选取4组Pareto最优解,通过改变参数分析了各参数对气浮导轨性能的影响程度。结果表明,多孔质排布位置对气膜承载能力的影响最为显著。

闭式双排节流孔矩形气浮导轨的计算方法(二)

闭式双排节流孔矩形气浮导轨是气浮导轨中最常见的结构，本文推导了它的计算方法，从而为该导轨的设计找到了一条有效。

矩形闭式静压气浮导轨结构设计计算与仿真分析

在科技高速发展的今天,高速高精密技术已成为装备制造业的一个发展方向,静压气浮导轨以高精度、无摩擦、温升小、寿命长等优点满足高速和高精密技术的要求,从而引起广泛的关注和研究。本文以矩形闭式静压气浮导轨为研究对象,通过运用流体力学、气体润滑技术和空气静压轴承设计技术等知识,对其进行了合理的设计计算及反复的验证计算。通过仿真分析软件,对其进行了仿真分析,并验证了其设计的合理性。

闭式双排节流孔矩形气浮导轨的计算方法（一）──有限元法对高压区压力的分析

本文采用矩形气浮导轨在工程实践中的一些比例关系，用有限元法对高压区压力进行了分析，得出了在保持小孔节流的前提下高压区压力系数基本为一常数的结论，从而为推导这种常见结构形式的气浮导轨的工程计算方法提供了前提。

一种精密测量用立柱气浮导轨的设计

针对立柱导轨的结构形式,分析了气体阻塞条件,给出了气体压力分布示意图,根据导轨尺寸计算出了其承载力和刚度,经实践证明满足了仪器的精度要求。

基于静压气浮导轨的测量仪工作台的研制

高精度移动测量是测量仪中关键性技术,基于静压气浮导轨的工作台在测量领域得到广泛应用。介绍静压气浮导轨的设计方法,对承载能力及气膜刚度进行分析,推导出相应的计算公式,研制出能满足移动精度要求的静压气浮导轨工作台。

可拆卸式气浮导轨滑架组件的设计与分析

设计了一种可拆卸式整体气浮导轨组件结构,该气浮导轨滑架采用框架组合结构,可更换多种型号及不同数量的气浮轴承,实现对称和非对称全封闭结构布置。研究了气浮轴承安装位置对平台性能的影响。研究表明:所设计的滑架定位装置能够保证在更换气浮轴承时滑架与气浮导轨的相对位置保持不变,定位装置结构简单、操作方便,对进一步提高气浮导轨对整个精密平台的性能具有重要的指导和借鉴意义。

复合载荷作用下闭式气浮导轨的有限元计算法

为了获得气浮导轨设计的更为准确的结果，需要在设计计算中将导轨所受的正压力和倾覆力矩同时考虑进去，为此将有限单元体上的分布力简化成集中力，并通过力的等效替换求得了导轨在复合载荷作用下的设计方法。为了分析这种简化可能带来的误差，又推导出了事先估计和事后校验误差公式。

基于直线电机驱动气浮导轨的高精度定位平台实现

精密定位技术在产品精密加工、精密检测中发挥着重要作用。本文介绍了一种利用直线电机驱动气浮平台实现精密定位的方法,阐述了气浮平台工作原理及设计方案,推导了直线电机的控制模型,并利用新型驱动器实现了闭环控制。最后采用LenScan镜面定位仪对平台定位数据进行了比对,验证了定位平台定位的准确性。结果表明该平台结构可靠、系统运行稳定,X、Y方向精度均达到微米级,满足使用要求。现已应用在对半导体器件几何参量的测试中,效果良好。

超精密机床气浮导轨的气体润滑研究

在用超精密机床加工V沟槽等微结构时,气浮导轨是保证超精密加工精度和表面光洁度的关键部件之一。介绍气浮导轨结构及润滑方式的选择,对其拓扑结构进行设计,研究影响承载能力、刚度的因素,建立气体静态数学模型,在雷诺方程和达西定律等理论基础上,建立一维和三维润滑数学模型。从温度、气压、地基等方面综合考虑了V沟槽超精密加工机床气浮导轨的设计,可确保气浮导轨良好的润滑性能,从而确保机床良好的加工精度。

高精度间隙补偿式闭式气浮导轨性能的分析研究

本文主要研究了一种用于长行程、高运动精度要求的间隙补偿式闭式气浮导轨。在此气浮导轨中采用了气足为气浮导轨的基本单元,其中两侧气足与工作台体的连接采用了自准式定位连接结构,以降低气足与工作台体刚性连接时的高形位公差要求,同时一侧气足与弹簧串联后与工作台体连接,这样有效地补偿了长导轨两导向工作面不平行所造成的气膜间隙变化,从而降低了导轨形位公差的要求。