基于气体润滑静压工作台的若干关键技术

发布时间：2016-11-23 13:30

  本文关键词：基于气体润滑静压工作台的若干关键技术，由笔耕文化传播整理发布。

《天津大学》 2009年

基于气体润滑静压工作台的若干关键技术

王占彬  

【摘要】： 超精密微位移工作台系统在现代尖端工业生产和科学研究领域内占有极为重要的地位。高精度和高分辨率的精密微位移工作台系统的各项技术指标是各国高技术发展水平的重要标志。本实验室已经针对工作台在先进结构材料、多孔质气体润滑技术以及直接驱动技术等关键技术方面进行了较为深入的研究,为研制出性能均衡,适合工业环境应用的大行程超精密工作台打下坚实的基础。本次课题的研究目的是实现空气静压工作台关键技术的实用化。通过对工作台结构设计方面的调研和论证,对气体静压支承的数值计算分析、对导轨的精度设计进行的讨论,旨在为掌握空气静压工作台的关键技术,具备研制工作台的能力做些前期的准备工作。 本文的研究重点放在空气静压工作台的实用化设计方面,并为掌握其加工生产的关键技术做了许多认证,为今后早日实现工作台批量生产做了大量实质性的工作。本文结合实验室前面的工作及课题的实际情况,主要进行空气静压工作台结构设计方面的调研和论证,空气静压气浮支承的理论计算,以及导轨精度分析。 文中初步完成了工作台整体结构布局方面的设计:工作台整体采用二维形式,水平布置;工作台上层采用一个直线电机驱动,下层采用两侧双直线电机驱动;工作台静导轨采用花岗岩大理石材料,动导轨采用铝合金材料;工作台的气体支撑技术采用真空负压吸附式设计,可以获得高刚度。另外还针对工作台的实用化总结了若干需要注意的问题。 文中采用有限差分法编制了基于气体润滑的气浮支承技术数值计算程序;在气体润滑形式的基础上选用了环面节流器;根据数值程序计算出承载能力、刚度及流量;分析了基于环面节流器气体润滑支承的性能,并根据计算结果分析了影响其性能的各种因素。 文中还针对空气静压导轨精度方面做了一些分析,在简化模型基础上,定性分析了影响空气静压导轨精度方面的因素,并分析了其传递规律,为今后在设计更高精度的空气静压工作台奠定了坚实的基础。

【关键词】：
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH703
【目录】：

中文摘要3-4

ABSTRACT4-6

目录6-8

第一章 绪论8-18

1.1 引言8-9

1.2 国内外超精密工作台发展概况9-15

1.2.1 摩擦式驱动超精密工作台9-10

1.2.2 直线电机式驱动超精密工作台10-13

1.2.3 两级进给式超精密工作台13-14

1.2.4 产品化的精密工作台14-15

1.3 课题的提出及本文的目的15-18

1.3.1 导轨形式的确定15-16

1.3.2 本文的研究内容16-18

第二章 空气静压工作台结构的初步设计18-36

2.1 引言18

2.2 导轨类型简介18-20

2.3 空气静压导轨的结构类型20-23

2.4 真空吸附平衡式导轨的工作原理23-24

2.5 气浮垫类型的选择24-28

2.6 工作台系统参数的确定28-30

2.7 工作台系统实用化设计中需解决的问题30-35

2.8 本章小结35-36

第三章 基于气体润滑静压工作台的性能计算36-61

3.1 气体润滑技术概述36-37

3.2 平面支承气体雷诺方程的建立37-38

3.3 环面节流器38-42

3.3.1 节流器原理简介38-39

3.3.2 环面节流器节流参数计算39-42

3.4 数值计算原理42-48

3.4.1 数值计算相关说明42-44

3.4.2 雷诺方程的离散44-46

3.4.3 连续性方程的建立46-48

3.4.4 承载能力和刚度的计算48

3.5 数值计算结果分析48-57

3.6 工作台结构变形分析57-60

3.7 本章小结60-61

第四章 基于气体润滑静压导轨的精度分析61-76

4.1 引言61

4.2 精度分析原理61-65

4.2.1 精度的定义61-62

4.2.2 误差的来源62

4.2.3 误差传递系数62-63

4.2.4 误差合成方法的选择63-64

4.2.5 导轨误差的分配64-65

4.3 空气静压导轨的精度分析65-75

4.3.1 空气静压导轨工作方程式的推导65-69

4.3.2 气浮垫精度计算方程式的推导69-71

4.3.3 导轨副的精度计算71-72

4.3.4 导轨总误差的精度分配72-75

4.4 本章小结75-76

第五章 结论与展望76-78

5.1 本文结论76-77

5.2 展望77-78

参考文献78-81

致谢81

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