[发明专利]一种止推板、止推板设计方法及空气静压轴承

说明书

本发明涉及一种空气静压轴承止推板的设计方法，该方法的步骤为，S1、根据理想气膜厚度计算出止推板上的气膜压力分布；S2、根据步骤S1中气膜压力分布，计算得到止推板受气膜压力的影响所产生的变形量；S3、将该变形量对应的补偿到止推板的厚度上；S4、计算补偿后的止推板在气膜压力作用下的实际气膜厚度；S5、判断实际气膜厚度与理想气膜厚度之间的偏差，若偏差较大时，继续执行步骤S2至S5，直至实际气膜厚度接近于理想气膜厚度为止。本发明基于流体力学、流固耦合原理和有限元仿真方法，通过补偿气膜厚度的方式，在保证止推板的轻量化的同时，保证了空气静压轴承的理想刚度和承载力，也保证了空气静压轴承的动态性能最优化。

技术领域

本发明涉及超精密运动与超精密测量技术领域，尤其是涉及一种止推板、止推板设计方法及空气静压轴承。

背景技术

随着我国国防工业、航天航空和电子技术等前沿科技的蓬勃发展，对超精密加工及超精密测量设备精度的要求越来越严苛。发展超精密加工及检测技术已经成为当今机械行业的重要发展方向。

在超精密加工及检测设备中，对移动部件的高速度和高运动精度提出了极高的要求。相对于传统液体润滑油膜轴承，空气静压轴承利用空气作为润滑介质，运动部件之间没有直接接触，因而具有极低摩擦力和发热量；其气膜具有均化效应，导致其在高速转速下也能保证极低的振动。空气静压轴承作为滑动轴承的一种，因其以上提到优异的动态性能使其被广泛的应用于超精密加工及测量领域。

在空气静压轴承中，止推板的设计对其动态性能起着至关重要的作用。如果一味地考虑轻量化需求，减小止推板厚度，会导致其在气膜压力的作用下产生形变，向上翘曲，导致设计气膜厚度与实际气膜厚度之间存在偏差，从而使刚性下降。如果只考虑其对刚性的需求，一味地增加止推板厚度，会导致固有频率降低，从而影响动态性能。在现有的空气止推轴承设计方法中，缺乏一种考虑到流固耦合的影响，在保证空气止推轴承动态性能的前提下，使工作气膜厚度等于理想气膜厚度，从而达到理想的刚度及承载力的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空气静压轴承止推板及设计方法，解决在空气静压止推轴承中，由于气膜压力导致的止推板形变而造成气膜间隙变大，从而导致主轴性能下降的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种空气静压轴承止推板的设计方法，该方法的步骤为，

S1、运用流体力学原理，根据理想气膜厚度计算出止推板上的气膜压力分布；

S2、根据步骤S1中气膜压力分布，通过气体静压原理计算得到止推板受气膜压力的影响所产生的变形量；

S3、将该变形量对应的补偿到止推板的厚度上；

S4、通过有限元仿真软件计算补偿后的止推板在气膜压力作用下的实际气膜厚度；

S5、判断实际气膜厚度与理想气膜厚度之间的偏差，若偏差较大时，继续执行步骤S2至S5，直至实际气膜厚度接近于理想气膜厚度为止。

进一步具体的，所述的步骤S1中根据空气静压轴承的结构尺寸进行有限元网格划分，之后对止推板的结构尺寸进行有限元网格划分，根据理想气膜厚度并通过流量均衡原理计算得到止推板的气膜压力分布。

进一步具体的，在所述的步骤S2中将气膜压力赋予到止推板相对应位置的节点上，计算得到止推板的变形量。

进一步具体的，所述的止推板与机器主轴连接的位置在X轴以及Y轴方向上进行约束，使得该位置在气膜压力作用下不产生位移。

进一步具体的，在所述的步骤S5之后得到的变形量拟合为一个一元三次函数。

进一步具体的，在所述的步骤S5之后对空气静压轴承通过有限元仿真计算其承载力与刚度，检验其是否达到设计标准。