[发明专利]一种基于有限差分法对气体静压轴承静态特性的计算方法

说明书

本发明涉及一种基于有限差分法对气体静压轴承静态特性的计算方法，S1、定义承载单元的结构尺寸，给定气源压力及气膜厚度，并划分网格确定各节点的坐标以及气膜高度；S2、给定节流孔出口压力P_d的初值；S3、计算气膜内压力的分布；S4、计算气体流入的质量流量与气体流出质量流量，计算质量流量的相对误差；S5、判断相对误差是否满足给定精度，若是则进入步骤S6，若否则采用二分法重新修订P_d的值，返回步骤S3；S6、根据气膜压力的结果计算该气体静压轴承静态特性。气体静压轴承的静态特性计算的更加准确，给出了一种角刚度的计算方法，可以再对气体静压轴承结构设计上进一步提高承载力与角刚度，增加气体静压轴承的适用范围。

技术领域

本发明涉及气体静压轴承的设计生产，尤其是涉及一种基于有限差分法对气体静压轴承静态特性的计算方法。

背景技术

气体静压轴承由外界提供高压气体，在轴承间隙内形成具有一定压力的气膜以支承被支承件，具有摩擦发热小，精度高，寿命长等优点，实现了运动机构的精度从微米级向纳米级的提升，被广泛应用于精密与超精密加工设备、航空航天器械、精密测量装备等领域。现有气体静压轴承以小孔节流方式居多，而小孔节流由于存在气腔，容易发生气锤振动现象，影响工作稳定性；且承载能力和刚度较低。此外，气体的可压缩性使其容易失稳，设计的不合理会导致严重的自激振动和气锤现象，限制了其在重型设备、高精度加工等场合的应用。提高气体静压轴承的静动态特性是目前的研究热点，相关研究者仍需不断研究新的结构形式、新的材料、新的加工方法来开发承载力和刚度更高、加工更简单的气体静压轴承来拓展其应用领域。

当气浮承载单元受到非对称力作用时，工作面会发生倾斜，气膜厚度分布不再均匀，气膜的压力分布也会发生变化，气膜内将产生一个力矩M来抵抗气膜的变化，气浮承载单元的角刚度即反映了其抵抗倾斜的能力。在低角刚度情况下，气浮承载单元容易发生倾斜，因此有必要对其角刚度进行研究以提高抗倾斜能力。

故需要一种计算气体静压轴承静态特性的方法，能够更加精准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于有限差分法对气体静压轴承静态特性的计算方法，它准确计算气体静压轴承的静态特性，方便对其静态特性进行研究并提高。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于有限差分法对气体静压轴承静态特性的计算方法，该计算方法为，

S1、定义气体静压轴承内承载单元的结构尺寸，给定气源压力以及气膜厚度参数，并划分网格确定各节点的坐标以及气膜高度；

S2、给定节流孔出口压力P_d的初值；

S3、根据P_d的值计算气ji膜内压力的分布；

S4、由P_d的值计算气体流入的质量流量，由气膜压力分布计算气体流出质量流量，并计算两者的质量流量的相对误差；

S5、判断质量流量的相对误差是否满足给定精度，若是则进入步骤S6，若否则采用二分法重新修订P_d的值，返回步骤S3；

S6、根据气膜压力的结果计算该气体静压轴承的承载力、竖向刚度、角刚度以及耗气量。

进一步具体的，所述的步骤S1气体静压轴承内承载单元的结构尺寸包括节流孔、气腔、节流槽以及承载单元工作面的尺寸。

进一步具体的，采用MATALB软件编写程序并将上述参数输入该程序内进行仿真。

进一步具体的，所述的耗气量通过气体流入的质量流量减去流出的质量流量求得。

进一步具体的，所述的承载力W的计算公式如下：