超精密气浮平台的定位精度分析

针对超精密定位平台的高精度要求,以及气浮轴承的刚度和阻尼相对于气膜厚度的变化存在明显的非线性特性,在分析超精度气浮定位平台的基础上,建立了气浮定位平台直线运动的数学模型和基于滑模控制器(SMC)的系统控制模型,并进行了参数分析和实验研究.结果表明:气浮刚度的增大和阻尼的存在有利于改善平台的定位精度,SMC具有较好的鲁棒性,在受外界干扰较大且存在较大非线性情况下,定位平台仍能达到较好的定位精度.     

气浮结构的浮态和运动特性分析与试验

研究了筒型基础结构气浮的浮态和运动特性。假设浮筒内的空气为理想气体 ,导出了气浮力的计算式 ,建立了气浮结构静稳态的分析方法和浮态参数的计算方法。按单自由度刚体弹簧体系求得了气浮结构升沉运动的固有周期 ,并对气浮结构的动态特性进行了分析。浮态理论计算结果与模型试验和现场试验数据吻合。文中引进的气浮力折减因数体现了气浮体的恢复力刚度系数与普通浮体的差异 ,该参数对气浮体的浮态、稳性、运动特性都有很大的影响。     

精密气浮运动平台动态误差建模与分析

针对驱动合力偏离运动部件质心时,精密气浮运动平台运动部件会产生偏转振动,会带来运动和定位的动态误差,提出一种基于动力学分析的动态偏转误差评估方法.运用牛顿-欧拉法并引入欧拉四元数建立系统动力学方程,利用实验数据对静压气体轴承受力进行插值处理,有效解决了静压气体轴承受力非线性的问题,得到了更为精确的偏转误差曲线.以H形双边驱动XY运动平台为研究重点,分析其在不同受力情况下的偏转误差,结果表明：驱动不同步会引起运动平台较大幅度的偏转.该方法还可以推广到其他结构模型的运动平台.     

筒型基础海洋平台气浮拖航稳性分析

介绍了筒型基础平台充气浮运的浮稳性和自由运动周期的理论分析方法。气浮体的浮稳性通过稳性高参数来判断，并提出了稳性高参数的计算式。气浮体的自由运动周期采用单自由度弹簧体系来计算，部分参数通过试验确定。理论计算得到的稳心半径与模型试验和现场原型试验的测算值非常吻合，气浮结构的静稳性分析理论和浮态分析理论得到了相互验证。最后利用气浮分析理论对一工程结构进行了计算分析。     

基于电容微位移传感器的大载荷微动台的研制

在超精密光学工程等领域,为了满足大质量部件的超精密进给定位应用需求,设计并研制了一种大载荷的纳米定位平台。该纳米微动承载台采用双闭式气浮导轨,由压电陶瓷致动器结合柔性铰链提供驱动,通过电容微位移传感器实时监测终端承载台位移并实现闭环反馈控制,有效地克服了压电陶瓷致动器的非线性影响因素,并消除了系统由于形变或应力释放等因素产生的不确定性干扰。在传统纯柔性铰链传动机构上增设了双导轨气浮承载台,显著增强了系统的载荷能力,气浮均化效应也提高了系统进给运行的直线性,双压电推拉式驱动方式提高了系统结构刚度,电容微位移传感器取代双频激光干涉仪或电阻式位移传感器的应用,降低了系统运行尤其是测量系统对环境条件苛刻的要求,也保证了平台进给的定位精度和长期稳定性。在载荷为100 kg情况下,定位精度达±2 nm,行程大于10μm。实验结果表明,大载荷纳米微动台能够满足大质量部件的纳米级超精密定位需求。     

音圈电机驱动的柔性定位平台设计与控制

设计了一种二自由度柔性微定位平台,该平台主要由音圈电机和柔性铰链机构等组成.采用直角柔性铰链组成的双平行四杆机构对称安置,以实现平台的大行程和运动解耦,工作行程可达2,mm以上,定位精度可达纳米级.设计空间支撑机构保证其承载能力.对微定位平台进行了结构设计和承载能力等特性分析.考虑到该定位平台动态行为的特点,采用遗传算法优化的BP神经网络组合辨识方法对系统模型进行了辨识,克服了神经网络对复杂系统动态行为辨识存在的缺陷.基于神经网络PID复合逆控制方法对微定位平台进行控制,通过实验对辨识和控制方法进行了验证,结果表明遗传算法优化的神经网络辨识方法与神经网络PID复合逆控制方法适用于该音圈电机驱动的柔性微定位平台系统的实际应用.     

塔式气浮技术处理含油废水的研究

采用塔底一次曝气，塔顶液相折液而上与上升气相多次横向接触碰撞的工艺，结合单级气浮技术和精馏多级板式塔理论，提出了一种新的塔拭气浮装置，还对装置气浮塔板的布气性能及操作条件对含油废水除油效率的影响进行了实验研究，结果表明，塔式气浮装置处理效果显优于单级气浮装置，是一种具有良好的应用前景的新型含油废水处理装置。     

基于三轴气浮台的卫星姿态控制系统物理仿真

为了达到保证气浮平台安全性和协助重心调节系统的目标,设计了一套基于三轴气浮台的卫星姿态物理仿真的举升控制系统,实现了对气浮台安全性和方便性能的改善.介绍了该举升控制系统的原理方案,对系统的总体结构进行了设计,以TMS320F2812为主控芯片设计了系统的硬件电路,其中主要包括各个模块的功能及系统的工作流程,进行了举升控制系统的软件算法设计.实验结果表明,该系统能够满足控制要求,实现了对性能的改善,具有响应快、精度高、可靠性强等特点,功能和指标都达到了设计要求.     

二维高精度磁悬浮定位平台的研究

为了解决传统精密机械支承平台由于传动副的间隙、摩擦以及传动杆件弹性变形等引起的运动与定位误差问题,研制了具有“近零摩擦”运动副的高精度磁悬浮二维定位平台样机．该定位平台采用两层结构,最大行程500mm,每层平台均采用结构相同的6对电磁铁,并以四角磁悬浮支承和侧向平动控制的方式置于导轨之上来实现平台的磁悬浮运动．通过设计磁悬浮平台的受力结构,获得了对平台垂直、水平方向的解耦控制方案．根据电磁轴承系统的数学模型分析,设计并开发了二维电磁悬浮平台和控制系统,使用dSPACE数字控制平台和模拟控制手段,实现了电磁悬浮平台在比例、积分和微分（PID）控制下的5自由度静态稳定悬浮．试验结果表明,悬浮精度达到了10μm,因而有希望成为新一代半导体制造中的高精度定位平台．     

三轴气浮平台自动调平衡方法

为减小三轴气浮平台的不平衡力矩,研究两种自动调平衡方法.第一种方法根据三轴气浮平台的运动模型,通过动力学反演的方法推导了偏心距的求解方程,给出方程解法和偏心距误差计算公式.方法二根据复摆理论使用周期估算偏心距,根据加速度零点的倾角计算调节x、y轴偏移量.试验结果表明,两种方法均能有效减小不平衡力矩,方法一调节速度快,但成本较高;方法二调节方法简单,成本较低,但调节时间长.     

空气静压轴承的静特性计算及其实际应用

空气静压轴承和其它轴承相比具有极小的摩擦系数,极高的回转精度,且无环境污染,因而在精密机械中得到了广泛的应用,采用有限元法求解了空气静压轴承的气膜压力分布及承载能力,介绍了空气静压轴承在彩虹光栅与激光信息存储中的应用。     

空气静压轴承动态性能仿真研究

空气静压轴承具有较小摩擦、运转平稳、使用寿命长、回转精度高且无环境污染等优点.以孔式节流空气静压轴承作为研究对象,利用建模软件,建立孔式节流空气静压轴承三维实体计算模型.通过计算流体动力学（CFD）原理,对该模型网格划分后模拟仿真轴承在一定偏心率下的旋转状态,计算并得出气膜压力分布图,分析其在不同供气压强和不同旋转速度对轴承承载力的影响,并得出影响轴承承载力因素的变化曲线.研究结果对孔式节流空气静压轴承结构设计优化具有可靠性的指导意义.     

主动控制空气静压精密直移工作台系统的研究

基于伺服控制理论,介绍一种新型超精密直线运动工作台。精密工作台的底部和四周共设置九个主动空气支承,普通机械导轨拖动,除运动方向外其余五维位置姿态由两只四光束激光探头进行测量,并将测量值送控制器与目标值比较,驱动压电陶瓷致动补偿空气膜厚度随外部干扰变化对运动精度的影响。系统固有误差作预处理后,运动精度主要取决于传感器的精度而得到有效的提高。     

航空发动机主轴轴承使用寿命的概率分布与可靠性分析

该文通过对航空发动机主轴轴承的寿命试验及数据分析，给出了某型发动机主轴轴承寿命的参数估计及分布的统计检验，为轴承的寿命评估及可靠性分析提供了有力手段，并通过实例加以应用。     

超精密磨削辅助工作台及结构静动态特性研究

研制了一种基于高刚度PZT作动器的超精密定位工作台，其特点是采用弹性铰链预紧和提供工作台侧向刚度，结构简单，动态响应速度快，分辨率高，为防止PZT作动器受到过大弯力作用和动平台弯曲变形，在动平台与PZT作动器间加入弹性缓冲环节和辅助弹性隔离板，另外，对工作台输入同特性，静动态刚度和模态振型，以及受外力的作用时产生的静态位移误差进行了试验研究，试验数据表明，该工作台可作为精密磨床的辅助工作台，极大地提高机床的定位精度。     

Design and implementation of an active rectangular aerostatic thrust bearing stage with electromagnetic actuators

The design and implementation of an active rectangular aerostatic thrust bearing stage with electromagnetic actuators are presented. The stage is fundamentally precise and simple since the out-of-plane degree-of-freedoms (DOF) of a thrust air bearing are closed-loop controlled by electromagnetic actuators. The design is one-moving-part with mechanical symmetry, and a commercially available air bearing is rigidly attached to the table. The actuators are four independent coils mounted to the guiding surface of the table with iron cores, which are directly machined on the table. A bench level prototype system is developed and out-of-plane axes decoupled models of the system are derived. A control algorithm synthesized by arbitrarily placing closed-loop poles according to the model with air bearing dynamics neglected is implemented by C programming language running on the DOS platform. The stage is capable of vertical direction precision micro-positioning and guiding 3-DOF plane motions without limiting the working range of plane motions. Positioning accuracy of the stage no longer depends upon design and manufacturing of an air bearing, while passive preload of the stage for a flat film aerostatic thrust bearing is eliminated. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50475083)     

SRB轴承加工工艺探析

轴承是机械行业中的重要零件,中国轴承行业的发展速度较快,但与世界轴承工业强国相比,中国还存在较大差距,其主要表现为高精度、高技术含量和高附加值产品比例偏低、产品稳定性差、可靠性低、寿命短。反映在市场上,就是对高品质轴承的需求要靠进口来满足。以某品牌的SRB轴承产品为例,介绍SRB轴承的加工工艺。     

燃料电池用水润滑电动离心式空压机的研发

提出了一种以水润滑动静压轴承为支撑、永磁同步电机驱动的高速离心式空气压缩机解决方案.在结构上实现了水润滑与永磁电机的融合,满足了燃料电池系统对空压机无油、高效的要求.在对空压机转子系统进行动力学优化的基础上,研究了不同结构浅腔动静压轴承的水膜稳定性,进而研发出空压机原理样机,空压机样机在6×104r/min时可提供350kg/h,压力比为1.52的压缩空气,整体效率接近80%,实现了高速稳定运行,验证了设计方案的可行性.      

高G值铅芯隔震橡胶支座水平性能的反复加载次数相关性试验研究

铅芯隔震橡胶支座被广泛应用于建筑隔震、桥梁隔震及特别重要结构隔震中,以保护其在地震时免遭破坏。在地震多发地带,上述隔震结构会经常遭遇地震作用。支座反复加载试验是用来模拟支座较长时间地震作用时其力学性能随加载圈数增加而变化的情况。采用三种较高G值的铅芯隔震橡胶支座,试验研究了不同加载频率、温度、竖向压力、水平应变对其反复加载规律的影响。探讨了支座在反复加载前后不同时间其基本抗震力学性能的变化情况。给出了高G值铅芯支座在标准温度下力学参数的反复加载变化情况的拟合公式。