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超精密、超高速以及发展新一代制造装备已经成为当前加工制造技术的发展方向,二者既要求加工水平的突破,又带来机床前所未有的变革。而机床关键技术——主轴轴承则对机床的加工性能起到决定性作用。目前精度较高的轴系是静压气体轴系和液体静压轴系。静压气体轴承采用非接触支承的气体润滑,避免了滚动轴承的接触摩擦、磨损与液体静压轴承因液体粘度大导致的大量摩擦热。静压气体轴承最突出的优点是高速、精密和低摩擦。从而广泛应用于高速、轻载、精密和超精密加工的场合。探讨和研究设计静压气体轴承系统,使其刚度、承载能力和稳定性、可靠性符合要求是非常有意义的。 本文以二维N-S方程为基础,利用有限元的方法,在Matlab编程环境下,应用其强大的数值计算功能和矩阵变换功能,可以有效地完成有限元计算过程中的刚度矩阵的生成与变换、边界条件处理、解线性与非线性方程组以及前后处理等功能模块,具有编程简洁、不易发生错误和运行速度快等特点进行编程计算。从而得到气体轴承的承载能力曲线、刚度曲线和压力场的变化。 本课题的主要的内容为: (1)建立了静压气体轴承的有限元模型,利用Matlab求解,得到气膜各点的压力,进而分析了静压气体径向轴承和圆盘止推轴承的静特性。 (2)根据静压气体径向轴承和圆盘止推轴承的可能出现的偏载情况,分析了静压气体圆盘止推轴承偏载时的性能和气膜的压力分布,不同的参数等对轴承偏载的影响。 (3)设计了静压气体轴承的设计支持系统,以指导静压气体轴承的设计和计算。 通过以上的分析得到的结论对今后气体轴承的计算有很好的参照作用,而且本课题的静压气体轴承的设计支持系统,可以指导静压气体轴承的设计和计算。