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精密、超精密技术的发展日益进步,对气浮垫的刚度、精度及稳定性都提出更高的要求。由于气体的可压缩性,对提高气浮垫的刚度带来很大的困难,因此,提高气浮垫的刚度是气浮垫研究领域的难点问题。本文在前期通过用弹性薄板来实现可变均压槽、可变节流器复合作用的方法对新型气浮垫进行研究,并发现用弹性薄板来实现可变均压槽的结构的气浮垫在刚度上有明显的提高。
本研究提出并设计了一种具有弹性薄板可变截面积均压槽的高刚度空气静压导轨气浮垫,用以提高气浮垫的刚度。通过理论分析对气浮垫气膜压力分布和承载能力进行了研究。首先推导并简化了适宜于上述气浮垫的气体润滑状态控制方程和弹性薄板变形的控制方程,并给出相应的边界条件。其次,运用有限差分法对方程进行离散,在MATLAB环境下进行编程,对气体润滑控制方程采用了超松弛(SLOR)法和MATLAB工具箱中线性方程组的解法分别进行求解,对弹性薄板控制方程采用了有限元分析和超松弛(SLOR)法分别进行求解。采用网格重叠和网格拼接技术,对气体润滑状态控制方程和弹性薄板变形的控制方程进行了耦合计算,得到气浮垫的承载力和刚度。最后,在现有的试验台上对新型气浮垫的承载力和刚度进行了测试,测量了气膜厚度及其对应的载荷,并对实验台的工作原理、使用方法和实验数据的处理进行了深入研究,并将试验结果与理论计算的结果进行了对比分析,从而在理论上验证了上述算法针对于提高气浮垫刚度的可行性。证明了通过本文的方法可以提高气浮垫的刚度。