Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Клименков Юрий Сергеевич

Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок
<
Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Клименков Юрий Сергеевич. Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.02 / Клименков Юрий Сергеевич; [Место защиты: Владимир. гос. ун-т].- Владимир, 2009.- 176 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1701

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Анализ конструкций существующих газовых опор с повышенными значениями несущей способности и жёсткости 12

1.1 Классификация газовых опор по принципу действия 12

1.2 Классификация газовых опор с внешним нагнетанием смазочного материала 16

1.3 Анализ конструкций существующих газостатических опор 23

Выводы по главе 39

Глава 2. Теоретические исследования нагрузочных характеристик газостатической опоры с САР 41

2.1. Анализ конструктивных особенностей газостатической опоры с системой автоматического регулирования по положению вала .41

2.2. Теоретические исследования нагрузочных характеристик газостатической опоры с САР по положению вала 46

Выводы по главе 71

Глава 3. Исследование динамических характеристик газостатической опоры с системой автоматического регулирования по положению вала 73

3.1. Вывод системы дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы, протекающие в исследуемой газовой опоре 73

3.2. Расчёт постоянных времени и коэффициентов передачи динамической модели исследуемой газовой опоры с конкретно заданными конструктивными параметрами 87

3.3. Теоретические исследования устойчивости газостатической опоры с САР по положению вала 93

3.3.1 Оценка устойчивости исследуемой газостатической опоры по критерию Гурвица 95

3.3.2 Оценка влияния коэффициента передачи Кр на устойчивость исследуемой газостатической опоры 97

3.3.3 Определение граничных значений параметров, влияющих на устойчивость опоры 100

3.4. Исследование влияния основных конструктивных параметров газостатической опоры с САР на монотонность переходного процесса и быстродействие 105

Выводы по главе 112

Глава 4. Экспериментальные исследования газостатической опоры с САР по положению вала 114

4.1. Задачи исследования 114

4.2. Методика исследования 115

4.3. Исследования газостатического шпинделя, как объекта регулирования 116

4.4. Экспериментальные исследования нагрузочных характеристик газостатической опоры 125

4.5. Экспериментальные исследования моментов трения в газостатической опоре 134

4.6. Экспериментальные исследования управляемого электропневматического дросселя 142

Выводы по главе 153

Заключение 154

Литература 157

Приложения 164

Введение к работе

Идея применения газа в качестве смазки была выдвинута Кингсбери ещё в конце XIX века.

Одним из основных препятствий к широкому распространению газовой смазки длительное время служили технологические трудности изготовления вала и опоры с высокой точностью, обусловленной необходимостью использования малых зазоров.

Основные преимущества газовых опор обусловлены отсутствием контактов между движущимися поверхностью вала и неподвижными стенками опоры. Газовые опоры практически не имеют ограничений по рабочим температурам агрегата и температуре окружающей среды в месте его установки; могут работать в условиях интенсивного радиационного облучения, обладают малым моментом трения; бесшумны в работе. Применение газа в качестве смазки повышает чистоту системы. Числа оборотов роторов чрезвычайно высоки - до 500 000 в минуту.

На современном уровне развития газовые опоры наряду с достоинствами , имеют и недостатки. Это высокая точность, необходимая при изготовлении, высокая степень очистки воздуха, подаваемого в зазор опоры, опасность возникновения вибраций ротора при высоких скоростях вращения, недостаточно высокая несущая способность и жёсткость по сравнению с другими видами опор.

В процессе разработки опор уточняются технологические требования на изготовление, улучшаются конструкции и материалы опор и воздушных фильтров, уточняются диапазоны рабочих чисел оборотов. Таким образом, основная часть недостатков, присущих газовым опорам, может быть устранена.

В качестве основных областей применения газовых опор можно назвать следующие:

  1. Энергетика, конструирование двигателей и турбин (опоры высокоскоростных турбин, турбонагнетателей и компрессоров; герметичные компрессоры, насосы, электрические машины и др.).

  2. Приборостроение (опоры высокоточных гиромоторов, карда-новые подвесы, опоры аэродинамических весов, радиолокационных антенн и телескопов, устройства для контроля размеров).

  3. Станкостроение (высокооборотные шпиндели шлифовальных станков, опоры сварочных автоматов тонколистовой сварки, опоры столов расточных, фрезерных и сверлильных станков).

Кроме того, газовые опоры используются в тренажёрах, имитирующих невесомость, в элементах памяти вычислительных машин, в пищевой, стекольной, бумажной и других областях промышленности.

Проблемой использования газа в качестве смазочного материала занимались и продолжают заниматься как отечественные, так и зарубежные учёные. Одним из основоположников газовой смазки в нашей стране является Шейн-берг С.А. Его известные публикации [17..19,28..30] относятся к изучению газо-

7 вых опор. Особое внимание обращено на физическую сущность процессов газовой смазки, причины возникновения неустойчивости и методы их устранения. Большое внимание в своих трудах С.А. Шейнберг уделил источникам возникновения вибраций в опорах [29] и борьбы с ними. Одним из основных направлений в устранении вибраций является отказ от применения карманов и использование виброустойчивых пористых материалов [19]. В работах Шейн-берга приведены методики расчёта, а также практическое применение механизмов и узлов, содержащих опоры на газовой смазке. Ряд его работ [17,30] посвящен исследованию моментов трения в газовых опорах.

Исследованиями газовых опор также занимались английские учёные Грэс-сем Н.С, Пауэлл Дж. У. [5]. Особое внимание они уделяют расчёту газовых опор с внешним наддувом (газостатические опоры). Достаточно подробно они освещают вопрос о влиянии геометрии проточных камер, количества питающих отверстий, их формы и расположения на несущую способность и жёсткость газовых опор с внешним наддувом. В основе расчетов нагрузочных характеристик газостатических опор Н.С. Грэссема и Дж. У. Пауэлла лежит теория осевого течения. В своих работах достаточное внимание авторы уделяют также исследованию динамических характеристик, выбору материалов для опор с газовой смазкой и методам их изготовления.

Одним из авторов, занимавшихся исследованием газодинамических опор, является Дроздович В.Н. [37]. В своих работах В.Н. Дроздович осветил теоретические основы расчёта и проектирования газодинамических опор приборов и

8 быстроходных машин малой мощности. Газодинамическими называются опоры, в которых газ нагнетается из атмосферы в смазочный зазор, вследствие вращения вала с высокими скоростями.

Известны публикации, в которых дан анализ условий работы материалов подшипников с газовой смазкой, исследованы смазочная способность и долговечность ряда поверхностно-активных веществ [43,44].

Однако, в вышеназванных работах отсутствует целостная методика расчёта несущей способности и жёсткости газовых опор с системами автоматического регулирования, а также недостаточно полно освещены вопросы, связанные с исследованием их динамических характеристик.

К известным публикациям современных учёных, исследовавших вопросы повышения несущей способности и жёсткости газостатических опор, методики их расчёта, а также влияние конструктивных параметров на динамические характеристики газовых опор относится работа Легаева В.П.[27]. Однако, новые технические решения газовых опор требуют проведения дополнительных исследований и создания новых методик расчёта.

Таким образом, актуальность темы настоящего исследования обусловлена:
1. Необходимостью всё более широкого применения газовых

опор в различных областях техники с повышенными значениями несущей способности, жёсткости, расширенным диапазоном нагрузок и динамическими характеристиками.

2. Необходимостью в разработке путей повышения нагрузочных

и динамических характеристик газостатических опор.

  1. Практической необходимостью в создании новых технических решений газостатических опор.

  2. Необходимостью в разработке методик расчёта, алгоритмов, математических и компьютерных моделей для проектирования новых конструкций газостатических опор.

Цель диссертационной работы состоит в повышении нагрузочных и динамических характеристик за счёт усложнения механизмов автоматического регулирования в газостатических опорах.

Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

проанализированы конструкции существующих газостатических опор и
предложена классификация по типу используемого в них регулятора рас
хода;

выявлены и теоретически обоснованы пути повышения несущей способ
ности и жёсткости, на основании чего было предложено техническое ре
шение газостатической опоры с замкнутой системой автоматического ре
гулирования по положению вала и поворотной втулкой;

разработана и апробирована на предложенной конструкции методика
расчёта несущей способности и жёсткости;

10 получены математическая и компьютерная модели, для исследования динамических характеристик и построены области устойчивости предложенной конструкции газостатической опоры;

проведены экспериментальные исследования, результаты которых показали хорошие совпадения с теоретическими расчетами. Исследованы свойства газовой опоры, как объекта регулирования. Проведена оценка возможности использования предложенной газостатической опоры в режиме микроперемещений. Оценка моментов трения в опоре показали её высокий КПД; Научная новизна работы состоит в следующем: обоснованы новые технические решения, обеспечивающие повышение нагрузочных характеристик, быстродействия и виброустойчивости газостатических опор;

создана и апробирована методика расчёта, позволяющая оценить влияние конструктивных параметров и исполнительных узлов на нагрузочные характеристики нового технического решения газостатической опоры с системой автоматического регулирования;

получены математическая и компьютерная модели, позволяющие оптимизировать конструктивные параметры с динамическими характеристиками газостатической опоры;

установлены предельные значения конструктивных параметров опоры и предельные значения параметров, характеризующих физическое состоя-

ниє смазывающего газа, влияющие на устойчивость системы в переходных и стационарных режимах. Практическая ценность заключается в разработке новых технических решений, создании методики расчёта для новых конструкций, алгоритмическом и программном обеспечении расчётного этапа проектирования газостатических опор с САР в шпиндельных узлах станков и приборов, что позволит значительно сократить время их проектных работ.

Достоверность и обоснованность полученных научных результатов обуславливаются использованием основных положений термодинамики, теоретической механики, теории автоматического регулирования, теории дифференциальных уравнений, численных методов интегрирования; использованием современного программного пакета Matlab-simulink, обладающего широкими возможностями в области моделирования динамических систем; использованием прошедших поверку и аттестацию измерительных приборов в ходе выполнения экспериментальных исследований.

Новые конструктивные решения защищены патентом РФ на полезную модель [11]. Работа проводилась на кафедре "Приборостроение и информационно-измерительных технологии" Владимирского государственного университета.

Результаты работы апробированы в научно-исследовательском проектно-технологическом институте ОАО НИПТИ «Микрон» при проектировании шпинделя с пневмоприводом изделия 10770.

Классификация газовых опор с внешним нагнетанием смазочного материала

Рабочие характеристики и работоспособность опор с внешним нагнетанием смазочного материала зависят от метода регулирования давления в ее несущих полостях. Особенно велико его влияние на характеристику жёсткости опоры, т.е. на изменение зазора и положение подвижного элемента (вала) в опоре при изменении нагрузки или других условий ее работы. Для выяснения путей улучшения характеристик газостатических опор рассмотрим методы, применяемые для регулирования давления в различных типах опор с внешним нагнетанием смазочного материала (рис. 1.2).

По способу ограничения расхода смазочного материала опоры можно разделить на следующие группы: 1) с нерегулируемыми ламинарными дросселями; 2) с нерегулируемыми турбулентными дросселями (жиклерами); 3) с регуляторами постоянного расхода; 4) с дросселями переменного сопротивления, которые, в свою очередь можно разделить на опоры с регулированием: а) по давлению смазочного слоя в опоре; давление смазочной плёнки. В аэростатических опорах ограничение расхода капиллярами не применяется из-за низких нагрузочных характеристик данных опор. Исключением является использование пористых материалов с большим количеством мельчайших капилляров. Применение турбулентных дросселей, например, в виде калиброванных шайб (жиклёров) позволяет уменьшить габаритные размеры и по сравнению с капиллярами обеспечивают более высокую жёсткость газостатических опор. Расход газа через турбулентный дроссель определяется зависимостью О = К2Л/Р0-Р2 , где К2- коэффициент пропорциональности. На рис. 1.1 (б) показан газостатический подшипник с циркулярным поддувом и ограничителем расхода воздуха в виде жиклёров [42]. Циркулярный подшипник имеет большую несущую способность и удовлетворительную устойчивость на высоких частотах вращения.

Другим типом газостатического подшипника, относящимся ко второй группе, является газовый подшипник с секционной системой подвода и распределения воздуха. Его отличительная особенность - наличие распределительной системы из микро-канавок, которая уменьшает перетекание воздуха по смазочному зазору, что способствует увеличению несущей способности этого подшипника на 30-40 % по сравнению, например, с несущей способностью, развиваемой циркулярным подшипником. Однако, опоры второй группы, как и опоры первой, имеют относительно низкую несущую способность и существенную зависимость величины рабочего зазора от нагрузки. Опоры с регуляторами постоянного расхода смазки (третья группа по классификации) нашли применение только в гидростатических опорах. Такой тип регулятора обеспечивает постоянный расход независимо от разности давлений на входе и выходе из него, т.е. расход не зависит от давления в кармане опоры. К этой группе можно также отнести опоры типа насос-карман, у которых к каждому карману подсоединён отдельный источник постоянного расхода. Последние не нашли широкого применения из-за их громоздкости, высокой стоимости и повышенных требований к синхронности работы насосов, поскольку в случае асинхро-низма возможны колебания подвижного элемента опоры.

Опоры с регуляторами постоянного расхода имеют повышенную статическую жёсткость, но дороги и обладают невысокими динамическими характеристиками из-за наличия в регуляторах золотников. Опоры с дросселями переменного сопротивления, регулируемые по давлению смазочного материала, можно разделить на два типа: 1. Регулирование расходных характеристик обусловлено перепадом давлений, измеряемых в двух диаметрально противоположных точках зазора. 2. Регулирование расходных характеристик обусловлено перепадом давлений между давлением смазочного слоя и давлением питания.

Опоры с регуляторами первого типа часто используют как гидростатические. Была исследована возможность использования этого принципа в газостатических опорах [66]. Исследования показали, они могут иметь высокую жёсткость, но появляется склонность к динамической неустойчивости из-за больших объёмов присоединяемых камер золотникового клапана и соединительных трубопроводов. Кроме того, такого вида регуляторы имеют плохие динамические характеристики вследствие малой жёсткости пружин, большой массы и длины хода золотника.

Опоры с регуляторами второго типа проще в исполнении и динамически устойчивы. При увеличении разности давлений эффективное сечение отверстия наддува уменьшается, что способствует уменьшению расхода газа, а уменьшение разности давлений — увеличению эффективного сечения отверстия и расхода газа через жиклёр. Такой регулятор расхода позволяет стабилизировать величину зазора в опоре при значительных изменениях нагрузки.

Достоинством газостатических опор с регуляторами расхода, управляемыми по положению подвижного элемента (шпинделя), являются относительно высокие динамические свойства. Это связано с тем, что сигнал на управление поступает непосредственно при отклонении подвижной части опоры от состояния равновесия.

Теоретические исследования нагрузочных характеристик газостатической опоры с САР по положению вала

Цель теоретического расчёта состоит в определении несущей способности и жёсткости предложенной газостатической опоры с заданными геометрическими параметрами, используя теоретические сведения, описанные в работах Дж. У. Пауэлла, В.П. Легаева, С.А. Шейнберга [5, 27, 28]. Методика расчёта строится на основе модели осевого течения, где пространство между рядами питающих жиклёров представлено в виде эквивалентных щелей. Расчетная схема с обозначениями приведена на рис.2.4. Предложенную методику также можно использовать и для решения обратной задачи, т.е. для определения геометрических размеров опоры (диаметр, длина, зазор), которые должны обеспечивать требуемую жёсткость и несущую способность при воздействии эксплуатационных нагрузок. Как правило, аналитический способ расчета даёт возможность проследить, как изменяются жёсткость и несущая способность опоры при изменении того или иного параметра. В данной главе делается попытка оптимизировать основные конструктивные параметры опоры с её несущей способностью и жёсткостью, а также произвести оценку влияния замкнутой цепи автоматического регулирования по положению вала и поворотной втулки на указанные нагрузочные характеристики обоснованного нами технического решения газостатической опоры.

В отличие от известных газостатических опор в данной конструкции имеется обратная связь по положению вала и дополнительная проточная камера с дросселем типа сопло-заслонка, включённая последовательно в цепь питания опоры. Наличие этих особенностей повышает порядок исходных уравнений и позволяет получить новые сочетания режимов истечения. Для упрощения расчётной схемы нами приняты те же допущения, что и в работе С.А. Шейнберга [28]: 1. Рассматриваемый участок зазора опоры, представляющий собой щель постоянной высоты в форме цилиндрического сегмента, заменяется плоской щелью высотой h и шириной 7tdjn. Это допущение даёт тем меньшую погрешность, чем меньше отношение величины зазора к диаметру; 2. Градиент давления по ширине щели в пределах одного сегмента принимается равным нулю; 3. Ввиду малости зазора h поток ламинарен; 4. Поток воздуха в зазоре подшипника изотермический, вследствие значительного теплообмена с металлическими опорными поверхностями; 5.

Процесс течения воздуха в камерах изотермический, в дросселях -адиабатический. Давление по длине щели принимается распределённым по трапеции,. имеющей высоту Р2, длину нижнего основания L и верхнего основания -{L-21). (рис.2.4). Тогда нагрузка на каждый сегмент определяется по формуле [28]: где D — диаметр опоры; L — длина опоры; / - расстояние от края опоры до оси жиклёра; Р2{г) — абсолютное давление в зазоре опоры; Ра— атмосферное давление; п— количество питающих жиклёров по окружности опоры. Несущая способность всей опоры: где в — угловая координата, отсчитываемая от радиус-вектора, соответствующего минимальному зазору в направлении вращения вала. Вычисленная по формуле 2.1 несущая способность опоры на практике оказывается значительно меньше. Это объясняется в первую очередь перетеканием газа из зоны повышенного давления в зону пониженного. Для получения удовлетворительного результата введём эмпирический поправочный коэффициент Шайрса[28]: Поворотная втулка исследуемой газостатической опоры позволяет совместить плоскость радиального смещения оси вала с продольной осью одного из жиклёров, как это отмечалось в работе [12]. Это эквивалентно замене совокупности отверстий круговой щелью, обеспечивающий тот же перепад давлений, т.е. п - да. В этом случае хорда сегмента Тогда выражение (2.1) примет вид: Несущую способность газостатической опоры с поворотной втулкой можно вычислять по формуле 2.3 без учёта поправочного коэффициента, т.к. втулка

Расчёт постоянных времени и коэффициентов передачи динамической модели исследуемой газовой опоры с конкретно заданными конструктивными параметрами

Расчёт постоянных времени и коэффициентов передачи математической модели исследуемой газовой опоры с конкретно заданными конструктивными параметрами. Выражения для постоянных времени и коэффициентов передачи математической модели опоры для различных режимов истечения с учётом найденных значений частных производных представлены в таблице 3.2. Для определения коэффициентов передачи и постоянных времени исследуемой газовой опоры, необходимо задаться значениями величин давлений в проточных камерах и эффективными площадями дросселей в установившимся статическом режиме. Через дроссель постоянного проходного сечения (жиклёр) газ течёт в зазор, представленный в расчетах в виде тонкой плоской щели, где течение газа носит ламинарный характер и, соответственно, может быть только докритиче-ским.

Истечение газа через дроссель регулируемого проходного сечения носит, напротив, турбулентный характер, поэтому режим истечения через него может быть как докритический так и надкритический. Поэтому возможные сочетания режимов истечения газа в опоре, изображённой на рис 3.1 это Д-Д и Н-Д. Примем режим Д-Д. Для определения давлений в "проточных камерах 1 и 2" газостатической опоры воспользуемся зависимостями, представленными на рис 3.3. Для указанных величин давлений и отношения эффективных площадей вычислим диаметры турбулентных дросселей регулируемого (сопло-заслонка) dx и постоянного проходного сечения d2, а также начальное значение зазора Sx между торцом сопла и заслонкой 5,. Формулы, для определения эффективных площадей регулируемого пнев-моэлектрического дросселя и параллельно включённых нерегулируемых жиклёров, имеют следующий вид: Воспользовавшись экспериментальными характеристиками, полученными в работе [31], выбираем //, =0.8, ju2 =0.6, Sx =0.12-Ю-3 л .

Эффективное регулирование сопротивления дросселя сопло-заслонка возможно лишь тогда, когда 0 SX dj4. Результаты экспериментов показывают [31], что на практике заслонка оказывает дросселирующее действие при расстояниях Sx = (1.4 + 1.6) /4. Выбираем Sx = 1.5 dx/4. Поскольку Sx =0.12-Ю-3м, то dx = 0.32-10-3л . Учитывая, что отношение эффективных площадей в установившимся статическом режиме принято f равным— = 1, получаем равенство: Определение постоянных времени и коэффициентов передачи динамической модели исследуемой газовой опоры (таблица 3.3) проведено при следующих исходных параметрах: Постоянные величины: Параметры пьезоэлектрического датчика давления: Для проведения инженерных расчётов было разработано соответствующее программное обеспечение. Листинг и окна программы приведены в приложе нии 2. Структурная схема, соответствующая системе уравнений (3.19) приведена нарис. 3.4. U(t) - задающее воздействие в виде напряжения; f(t) — возмущающее воздействие (эксплуатационные нагрузки, действующие на вал в результате работы шпиндельного узла); Wt — передаточные функции динамических звеньев исследуемой газовой опоры. Общий коэффициент передачи К}, разомкнутой системы с учётом местной отрицательной обратной связи можно определить из структурной схемы: Передаточная функция разомкнутой системы: Основные соотношения в изображениях по Лапласу будут иметь вид:

Экспериментальные исследования нагрузочных характеристик газостатической опоры

Экспериментальные исследования нагрузочных характеристик газостатической опоры с замкнутой системой автоматического регулирования по положению вала и поворотной втулкой позволили проверить правильность теоретических расчетов по определению несущей способности и жёсткости, а также сравнить нагрузочные характеристики газовой опоры, выполненной без САР с нагрузочными характеристиками той же опоры, оснащённой САР и поворотной втулкой.

При снятии нагрузочных характеристик перемещение вала измерялось индуктивным датчиком мод. 222 с электронно-измерительной системой мод. 207, а нагрузка создавалась электромагнитным нагружателем (рис.4.2). Характеристики снимались при давлении питания Р0 = 0.5МШ. На рис. 4.9 представлены нагрузочные характеристики газовой опоры без САР (кривая 1), с САР (кривые 2-4), с САР и поворотной втулкой (кривая 5).

Результаты экспериментальных исследований нагрузочных характеристик газовой опоры показали, что система автоматического регулирования по положению подвижного элемента увеличивает несущую способность опоры приблизительно в два раза, а поворотная втулка увеличивает несущую способность в среднем на 20%, что совпадает с результатами теоретических исследований (разница не превышает 10%). Поворотная втулка оказывает влияние на несущую способность и жёсткость газовой опоры при є 0.2.

Под жёсткостью газовой опоры G понимается предел отношения измене На рис. 4.10 показана типичная кривая зависимости зазора от нагрузки газовой опоры. С увеличением нагрузки зазор сначала быстро, а затем медленнее уменьшается и при достижении определённой максимальной нагрузки Wmax падает до нуля. Крутизна кривой характеризует жёсткость опоры. Для определения оптимального диаметра жиклёра d2, обеспечивающего максимальную жёсткость газовой опоры, были проведены экспериментальные исследования.

Нагружение опоры осуществлялось электромагнитным нагружателем. Изменение зазора от нагрузки фиксировалось двумя микрокаторами с ценой деления 0,001 мм. По результатам измерения были построены графики зависимости зазора от нагрузки при различных диаметрах питающих жиклёров (рис. 4.11-4.13).

С уменьшением d2 жёсткость увеличивается. Однако применять диаметры питающих жиклёров менее 0,2 мм. не рекомендуется, так как это требует очень тщательной очистки воздуха. Из этих же графиков следует, что при постоянном давлении подводимого воздуха Р2, с уменьшением d2 уменьшается зазор, на который всплывает опора, а это связано с ужесточением допусков на изготовление рабочих поверхностей.

Регулировочная характеристика газостатического шпинделя при использовании его в качестве привода микроперемещений представляет собой зависимость величины перемещения вала е от величины задающего напряжения U, подаваемого на пьезокерамические пластины управляемого электропневматического дросселя, и определяется коэффициентом передачи разомкнутой цепи без использования обратной связи. С целью проверки теоретических положений исследованы зависимости е(и) при различных значениях питающих жиклёров d2. Также выявлено влияние на регулировочные характеристики постоянной нагрузки W и давления питания Р0.

При снятии регулировочных характеристик исследуемой газовой опоры перемещение вала относительно корпуса измерялось индуктивным датчиком модели 222 с электронно-измерительной системой модели 207. Задающее напряжение подавалось на пьезокерамические пластины с помощью низкочастотного генератора (100 -=-1000 Гц) синусоидальных сигналов стабилизированной амплитуды и фиксировалось с помощью встроенного в него вольтметра. На-гружение на вал создавалось с помощью электромагнитного нагружателя. На рис. 4.14 показано влияние статической нагрузки на регулировочную характеристику опоры. Кривые 1, 2, 3, 4 сняты при диаметре питающих жиклёров d2= 0.45-10 3м и различной статической нагрузке. Характеристики получены при давлении питания Р0 = 0.5МПа.

Похожие диссертации на Газостатические опоры с системой стабилизации положения вала и расширенным диапазоном нагрузок