机械外文翻译文献翻译研究印制电路板钻孔机圆弧型空气静压轴承

1、指导教师评定成绩(五级制)：指导教师签字：附件C：译文 研究印制电路板钻孔机圆弧型空气静压轴承 M. F. Chen. Y. P. Chen and C. D. Lin （国立彰化师范大学机械技术研究所，台湾 彰化50058）摘要 本文介绍分析了圆弧型槽式静压轴承静态特性的电阻网络法（RNM）的发展。通过本研究，非均匀复杂几何气膜间隙，由于外部非对称变形造成轴和轴承弧形之间发生偏差等对轴承的影响都考虑在内。关键词：电阻网络法；圆弧型空气静压轴承；非均匀力专业术语a 节流面积, cm2A15 流量系数方程B15 流量系数方程CL 刚度, kg/mC13 流量系数方程C0 孔流量系数D0 进料孔直

2、径, mmDs 精密钢轴向导的直径, mmFL 承载力, kgG 重力加速度, m/s2Gw 槽宽度, mhi,j 轴承薄膜差距区域, mh0 轴承薄膜差距区域平衡位置, mHg 槽深度,mmi, j, i+1, j+1 气体质量流量在内，外参考区,kg/sM 在水平轴承分裂次数Min 气体通过进料孔的质量,kg/sN 在垂直分工的轴承数量Pa 环境压力, kg/cm2Ps 供应压力, kg/cm2Pr 深处压力, kg/cm2Pi,j 轴承分布压力R 轴承半径, mmR 气体常数, m/Ks1, s2 参考距离T 绝对温度, Ky1, y2 参考距离a 偏角, 偏角, 偏角, 气体热绝缘指数

3、 粘度系数, kg s/cm2 气体密度, kg/m3 孔出口流量系数 电阻网络法的角坐标, 文章大纲：1. 介绍2. 电阻网络法3. 轴承与轴之间的间隙变化4. 结果与讨论5. 结论附录A 参考文献1. 介绍从理论的角度上来看，空气静压轴承涉及到两个表面之间的气体流动研究，和这两种表面的距离相比，轴承尺寸是非常小的。这些轴承已经牢固建立在PCB精密磨削，机械加工孔中。图1显示了传统气浮直线轨道系统，其中1和7为刚度轴承前视图。这些轴承是用来承受表面重量，主轴加工力和外部干扰的。轴承2作为机械向导，另一个盘型弹簧补偿器轴承则被导轨6使用1。在定位精度方面，气膜润滑进给驱动系统优于线性滑动导轨，

4、因为空气气膜给予数量非常小的摩擦。但线性导轨动态特性优于气膜润滑，因为气膜较低的刚度稳定性差。图2显示了PCB钻孔机以铁为基础，其中Y轴导轨精确定位的混合系统是由两个线性滑块为主要向导，两个圆弧式静力线性8作为辅助导轨，珠滚丝杠、直线标量、伺服电机。提出了一种新型的混合导轨系统虽然可以减少摩擦，但可能会增加的线性导轨系统的动态行为。如图3所示，圆弧型气浮直线导轨系统由两个圆弧式气体静压轴承与精密钢轴导轨组成。 图片1.传统气浮直线导轨系统。 图片2.机床混合线性导轨图片3.弧型气静压轴承和导轨。这项工作分析了复合节流气体轴承圆弧式浅槽加工轴向和周对轴承表面,沿著它提供的气流量等。首先分析了在水

5、平槽的一个矩形气体轴承的电阻网络的方法(RNM)2，中村3报道了与横向和纵向推力轴承的矩形凹槽理论分析。Boffey5陈等人提出一个统一的气隙条件下单瓦轴承的静态特性，分析了文献5的气体静压轴承的静态特性和X形沟槽的有限元算法。本文的目的是澄清槽气静压轴承弧型的行为。空气轴承的类型包括四个轴向和圆周型槽类型，如图4所示。本研究形成了以一种用数值的方法来表达润滑这种类型的轴承。此外，我们还提出一种用计算机程序处理复杂几何的非均匀性气膜与轴承间隙间的问题，这是由非均匀外部力量造成的。可以看出错位效应之间的轴承和钢轴向导会降低轴承的行为,如承载力、刚度等。图片4.圆弧式沟槽气体静压轴承（mm）。2.

6、电阻网络法图5(a)显示所提出的局部视图轴承轴向直槽的专用设备。计算了压力分布在参考区域中,一种计算机程序描述的连续性质量流率的设计与开发。流量平衡的满意度在参考区域虚线球门区在图5(a),可以被描述成(1) mi+1+mj+1mimj=0图片5.有限差分网格和控制水量RNM.利用有限差分形式,我们可以获得,流出来的参考区域由于压力如下:（2）（3） 我们也可以获得流入参考区域如下:（4）（5） 其中，为粘性系数，R为气体常数，T为温度。将（2），（3）及（4）代入式（1），并让s1=s2=s，y1=y2=y，我们获得有限差分形式P2i，如下：（6）（7） 图5(b)显示支座与圆周圆弧式的最佳

7、状态。P2i,j值可以得到如下:（8）（9） 以类似的方式,其值P2i,j在沟槽轴承上的这个地区也可表现为:（10）（11）（6），（8）和（10）考虑轴承，是受下列边界条件的压力分布。在洞口周围流入如图所示的虚线点连续性方程求解区域的边界条件。 图6，可表示如下：（12）Min=mCE+mCW+mAN+mAS 最小输入流量表示为：（13） 图片6.流入孔周围流量关系。在一个固有的补偿节流，通过这些地区的空气流动时，应当表示为A =k（H +汞柱），其中一个流入孔直径比突槽的宽度小。在这种情况下，一个流入孔直径比突槽的宽度的关系为a=（d-2Gw）的H+2Gw（H +汞柱）。在亚音速和超音速条

8、件可以计算如下：（14） 其中Pr是凹处压力，是热绝缘气体指数，g为重力加速度。图7显示了有限差分网格，其中在轴向方向的对外边界条件（15） P|1,N=1图片7.有限元方法。圆周周期性条件，由于对称几何图形可以描述为（16）（6） ，（10），（13）和（14）与上述边界条件可以解决使用超松弛逼近法。拟由RNM仿真程序流程图。如图所示8。图片8.流程图模拟程序。在考虑整个Pi,j的压力分布，承载能力FL的计算，其中（17）FL=(Pi,jPa) d dy(CL)是刚度和承载能力的衍生的对偏心或偏斜,可描述为:（18）3.轴承与轴之间的间隙变化气膜将是相同的空气之间的轴和轴承到处空载时，如果轴

9、与轴承之间倾斜，气膜差距用一个函数 表示，这使得薄膜厚度表示为6:(19) h=h0ecos 轴承和轴之间复杂的差距变化，应进行修改，包括角度偏差非对称负载的“F”，如图所示9，其中表示对X- Z平面倾斜角，是在Y- Z平面上显示，的非对称负载，分别的X - Y平面倾斜角偏角。然后，在X- Y平面轴承截面是一个截面椭圆形。这里S是从轴的交叉图中每个部分轴承圈中心的距离，图A介绍了气隙计算过程，图10描述了主轴的差距与失调角的变化，其中=0.010和偏心率为0.1。气膜分配差距不再是对称的。这将减少承载能力，刚度和动态行为。图片9.导轨和轴承错位的几何示意图。 图片10.由于错位造成的膜间隙。4

10、.结果和讨论 圆弧型的空气静压轴承的静态性能包括线性导轨的承载能力，刚度，轴承率和流量。在接下来的部分中，我们介绍空气静压推力轴承的相关特性。图11显示了由RNM带沟槽提出的轴承压力分布。可以看出，在每个压力源点有四个明显的高峰。它们计算压力为6 Kgf/cm2和孔口直径为0.2毫米。其他尺寸如图4所示，槽深度Hg为30m和槽宽Gw是0.3毫米。如图11显示，流入孔周围的压力分布较高，源点到周围速度较缓的地方压力减小。除了轴承的压力分布，我们也取得了伴随着不同的轴承间隙承载力、刚度、流量等不同的差别。图片11.气体静压轴承沟槽的压力分布。图12和图13显示了槽深度和槽宽度分别对承载能力的影响。

11、可以看出，当槽深度和槽宽度都保持不变，越小的初始间隙，轴和轴承间电弧负载能力越大。这些数据还表明，孔直径和供应压力保持不变，增大槽宽度，能提供更大的承载能力。此外，承载能力也受孔直径大小的影响。图14所承载能力的孔直径成正比。虽然流入孔的直径不同，气膜间隙的承载能力几乎是相同的。图片12. 不同凹槽深度对承载能力的影响。 图片13. 不同凹槽宽度对承载能力的影响。图片14. 不通流入孔径在不同初始间隙对负荷能力的影响。图15显示槽宽度对节点刚度的影响。可以看出，初始刚度与膜间隙是成正比的。增大气膜间隙能减小刚度，增大槽宽度能更大的降低刚度。换句话说，当槽宽很小，则刚度很大。如果采用低宽度，刚度要好得多。另一方面，大的间隙范围内，刚度是基本保持不变的。图片15. 不同槽宽度对初始刚度的不同影响。图16显示改变初始间隙间隙率对承载能力的影响。其中空气间隙是对称的，它表示，偏心率与负载能力成正比，降低初始间隙间隙能提供更大的承载能力，图17显示了负载的偏心率变化的能力在不同的初始缝隙通关的影响，其中空气间隙的非对称=0.001。通过图16和图17比较，我们可以看到，错位效应会降低负载能力。图片16. 初始间隙间隙偏心率对承载力的影响。图片17. 不同初始间隙的偏心距的利率对承载力的影响。4.结论对一种轴承的特点进行了理论和实验研究，得出几