基于气浮轴承的无摩擦气缸设计及参数优化

摘要

针对超精密垂直轴对无摩擦、高稳定性重力平衡系统的需求,本文设计了一种新式无摩擦气缸,并对气浮轴承的参数进行优化。首先,确定气浮轴承初始参数,据此建立基于ANSYS的有限元分析模型,将分析结果与工程计算、实验结果对比,验证仿真计算的可靠性。然后,利用该模型,采用响应面优化方法,得到不同节流孔布置下(对应最佳气膜厚度时)的承载力、耗气量、抗弯力矩,选定最优气膜参数。分析结果表明承载力与节流孔个数呈现非线性变化关系,承载力随节流孔数量增加快速上升后基本保持恒定。采用双排节流孔布置,可以较少的节流孔个数保证抗弯力矩。最后针对优化前后的气缸进行了实验测试,分析发现参数优化后承载力提升约7.7%,抗弯力矩提升约15.7%。本文提出的基于响应面优化的气浮轴承参数优化设计高效可行,优化设计的新式气浮无摩擦气缸能够满足重力平衡系统的使用需求。