1.一种均压槽复合节流气体静压导轨,包括气体静压导轨的气浮滑块和基座,其特征在于:所述气浮滑块的工作面与基座的工作面互相平行,气浮滑块的工作面与基座的工作面之间保持一定的距离,这个距离为气膜的厚度;所述气浮滑块上均匀开设有若干个双排节流孔,节流孔的上端与气浮滑块内部的供气管路连通,所述供气管路与外部加压气源连通;在气浮滑块的工作面上开设有若干个彼此联通的均压槽,节流孔的下端与均压槽连通,均压槽起着二次均压及节流的作用。
2.根据权利要求1所述的一种均压槽复合节流气体静压导轨,其特征在于:所述基座的工作面为光滑的平面;所述气膜的厚度为10-40μm。
3.根据权利要求1所述的一种均压槽复合节流气体静压导轨,其特征在于:所述节流孔的直径小于1mm;所述节流孔的个数为8、10或12。
4.根据权利要求1所述的一种均压槽复合节流气体静压导轨,其特征在于:所述均压槽的形状可以为直线形、x形、双半圆形;所述均压槽以节流孔为端点,互相连通;所述均压槽的深度为0.05-1mm,宽度为0.05-2mm;所述均压槽的截面形状可以为半圆形、矩形、v形、梯形中的一种。
5.一种如权利要求1至权利要求4所述的均压槽在气体静压导轨中实现二次均压及节流的用途。
6.一种均压槽复合节流气体静压导轨的气模刚度分析方法,其特征在于包括如下步骤:
在气体静压导轨气浮滑块的工作面上均匀设置有10个直径小于1mm的矩形均压槽节流孔,在节流孔的下端设置有深度为0.05-1mm,宽度为0.05-2mm的双半圆形均压槽,双半圆形均压槽以节流孔为端点互相联通;
对气体静压导轨模型的流体部分进行分析,得到气体静压导轨的刚度和承载力:
以气膜厚度为15μm为例对现有的模型进行计算;设置模型的入口和出口分别为压力入口和压力出口,其余面为壁面。其中,入口气体压力设置为0.5mpa,出口压力为0mpa,其他参数为默认值,采用k-ε湍流模型进行计算,k-ε湍流模型的标准方程为:
其中,ρ为气体密度;k为湍动能;ui为时均速度;μ为气体的粘度;μt为湍动粘度;σk和σε分别是湍动能k的耗散率ε对应的prandtl数;gk是由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项;gb是由于浮力引起的湍动能k的产生项;ε为耗散率;ym代表可压湍流中脉动扩张的贡献;c1ε、c2ε、c3ε为经验常数;sk和sε是用户定义的源项;
气膜的压力分布由下式得到:
根据流体润滑理论,轴承气膜间隙的流体流动应该与各个节流孔出口处的流体流动平衡,并满足流量平衡方程:
qin=qout(3)
以10个节流孔为例,通过节流孔进入气膜间隙的流量qin通过计算方程(4)得到:
从气膜边缘流出的气体质量流量为:
其中,a是节流孔的横截面积;c0为喷嘴的流量系数;ψ为喷嘴的流速系数;ps为供气压力;k为传热系数;pd为节流孔的出口压力;p为止推面上的压力。b为对应气膜的宽度;l为对应气膜的长度;ρa是外部环境中气体的密度;
所以承载力w的计算公式如下:
w=∫spds(7)
其中,s为气膜的面积;
轴承受到外载荷作用时,气膜的厚度会产生变化,假定气膜厚度的变化量为e,则气膜刚度k的计算公式为:
其中,δw为承载力的变化量;δe为气膜厚度的变化量。