机电一体化系统设计第三章质量特性测试平台设计

基于静压气体球轴承的

质量特性测试平台设计ExternallyPressurizedSphericalAirBearing5/22/202315/22/20232内容概要设计背景质量特性测试平台系统方案负载作用下载物平台的干扰力矩质量特性测试平台气体球轴承的静态特性静压气体球轴承侧向力环面节流静压气体球轴承的超音速现象质量特性测试平台样机设计和实验研究5/22/20233设计背景目的

在航空航天以及军事等领域，质量特性参数测量设备起着极为重要的作用。本研究在充分了解国内外现有质量特性测试技术的基础上，以低摩擦环面节流静压气体球轴承做为测试平台的支点和转子，提出改善质心、转动惯量测试的系统方案。对负载作用下载物平台产生的干扰力矩和气体球轴承的相关特性进行深入研究，完善质量特性测试平台的关键技术。5/22/20234设计背景意义

质量特性参数是高速远程飞行物体自动控制及测试的关键参数，也是众多工程领域所关心的重要参数。直接影响运载火箭的运载能力和入轨精度；飞行器的质量特性是控制飞行姿态的重要参数；汽车质心的高度影响汽车纵向、横向稳定性及轴荷转移的重要参数；人体质心的研究及其应用是人类工效学领域有关人体测量、生物力学方向重要的基础性研究。5/22/20235质量特性测量方法本课题主要研究最常用、最重要的两种质量特性——质心和转动惯量的测量。质心测量技术悬挂法：操作方便，精度很差；反作用力法：产生误差的因素较多；不平衡力矩法：精度最高；多支点称重法：测量过程复杂；旋转平衡法：测量平衡物体；转动惯量方法：适用于小尺寸物体。静态测量动态测量5/22/20236悬挂法悬挂法的根据是,通过悬挂点的垂线,必然经过自由悬挂体的质心。操作极为方便，但由于悬挂点的不确定性大,精度最差。适用于精度要求不高,尺寸大,质量大,而且悬挂角不影响质心分布的物体另外。不能同时测量质量。5/22/20237反作用力法当物体处于静态平衡时，相对于转轴的合力矩等于零。测量质心时，给物体一端提供一个转动轴，或把其一端放在一个支承刀口上，另一端通过一个测力传感器与吊车相连吊起，物体就绕着转轴转动。反作用力法和悬挂法比较，不同的是反作用力法须进行定量的测量质量和提升力，尤其是投影线的水平距离测量，增加了产生误差的机会。

5/22/20238反作用力法安装被测物，使其质量由无摩擦的支点支承，如果物体的质心相对于通过支点的垂直轴线有一个位移，必然产生一个力矩，其值等于物体的重力乘以位移量。这是一种依靠重力的静态测量技术。不平衡力矩法是精度最高的方法。由于物体和支架由刀口支承，力作用点的不确定度最小。这种方法几乎适用于所有物体的质心测量。5/22/20239多支点称重法在被测物体下面放置三个或三个以上的秤或测力传感器,由三点的支承力及其位置利用力矩平衡原理可计算出物体的质心位置，这也是一种利用重力的静态测量技术。5/22/202310旋转平衡法使被测物体旋转，用测力传感器测量支承物体的轴承反力，物体的质心位置可通过计算物体的动态不平衡分析出来。其中包括轴承力的大小和相位关系，这是一种离心力的动态测量方法。旋转平衡法对于测量平衡物体,如陀罗转子,机械轴或旋转稳定的抛射物等的质心是最为理想的。许多物体由于测试时产生的离心力使物体变形而不能测量。5/22/202311惯量方法把被测物体安装在一个倒置的扭摆上，测量物体的惯量，对物体的不同位置的转动惯量进行连续测量，直到这个位置产生的惯量最小。惯量法类似于旋转平衡法，也是一种动态测量方法。这种方法仅适用于尺寸小、质量轻的物体5/22/202312质量特性测量方法转动惯量测量技术转动惯量是反映刚体转动惯性大小的物理量。单摆法：结构简单，但误差最大达40%；落体法：测量条件受限较大，大质量物体精度较差；复摆法：事先需精确测量物体质心；三线摆法：操作简单，不宜测量大型物体；扭摆法：原理简单，精度高，不需测量质心，适合大型物体测量。5/22/202313复摆法复摆又称物理摆，如图所示。复摆法是一种近似的测量方法，在小角度的摆动下误差较小。但需要事先精确测量物体的质心，限制了其应用。5/22/202314三线摆法三线摆法将三条伸展性极小的不等长平行金属丝摆线的一端分别固定在三个悬挂点上，三条摆线的另一端分别固定在圆盘的三个吊挂点上。计算公式为：三线摆法操作简单、准确度较高，但圆盘是否定轴摆动对测量精度影响较大，且吊装大质量物体很不安全。5/22/202315扭摆熄法扭摆垫法是刮测量呆大型历试件闹转动盼惯量史主要远采用阅的一毁种方堆法，断根据童测量作平台灯的支然撑方脂式不些同，查分为进气浮摧支撑女方式疮和机怪械轴休承支仆撑方骂式。计算垒公式淹为：扭摆望法原理惭简单鸽、容雪易操告作，适廊合于偷大被佳测体的测量照，不胜需要孕测量灰被测兽物体横的质盈量，佣测量准确辽度高，应少用范森围最佛广。5/债19震/2贩02箱316质量孔特性煌测量狸技术鼠的国旋内外桂发展国外愁发展美国Sp仓ac衰oIn心c.在20世纪60年代信中期就对拦刚体深和液携体的洞质量勺特性欣参数牧的测飞量进变行了浪详尽粮的研构究，垂并建床立试梅验台后，精厕度较同高。美国Mi坚ll译er逼R收es难ea妨rc狭h始Co翅rp则or嫩at透io补n于20世纪70年代研发项出质宁量参雀数测礼量设膀备，模服役爸于戈抖达德巡寿宇航蜻中心被，并洪于20录02年进姐行了迅自动喷化改执造，穷效率必大大鲜提高旦。Sp旗ac衫oIn故c转动哭惯量蓄试验搂台5/重19父/2且02昌317质量跌特性龄测量皱技术际的国授内外抖发展国外拾发展20世纪90年代序初，中佛泻罗里昌达大哨学的Ke弃it夹h坑L.宗D像ot币y（吉柏斯）缴教授鞭开发测出一专种新担的质袍量特病性测仍量系少统，纱但载晒荷较孟小，唐精度首不是壁很理维想，砖没有戴被广剧泛应以用。20世纪80年代厉，美沫国Sp间ac阀e忠El以ec杂tr程on衬ic祸s晨In票c.研制怕出基伏于半伪球气诊体轴述承的楼质量泰、质何心及跟转动搂惯量究测量溉的一娱体化毕设备酒，精练度较瓣高，干操作浇简便逐。5/剃19归/2奔02危318质量利特性焦测量阅技术江的国睬内外误发展国内忙发展我国从20世纪80年代开始甚，较青为系阴统的泊研究快和开络发质瞧量特滔性参哲数测试疗设备妈。南京棵理工户大学题航兵捞静态鬼测试婶中心忌从19原83年开游始致译力于弹箭剪静态骂参数测试动的研停究工金作，歪但产菜品测旺量精吃度相冰对较扎低。西北信工业刊大学喂吴斌牛等人梦设计僵了一汽种小型触弹丸质量以、质茎心、喉转动陡惯量车一体职化测嫂量设绿备。转动发惯量铸的测聪量方狗面我显国对三线谜摆法和扭摆火法研究蔽较多键。沈满阳新侄乐精名密机撤器、乡丰四川辉大学呼和同魔济大特学对邀三线矮摆法禾研究幕较多竞。扭摆您法是最精寻确的一带种转劣动惯序量测茧量方盈法，肝哈工督大丁柱雪松魔、唐恨文彦榨等人睛研制揪了基绣于于心平面棚气浮芬转台音的转攻动惯阿量测尖量设冰备，通精度煤较高练。综上墙所述穗，我蔑国在狼质量朝特性客参数傍测试访设备慰方面悠的研夜究虽抚然有次一定借发展屯，但兵是集嗓成化愁程度回还不册高，毯与国挤外先络进水牌平相头比还张存在为一定停差距勇。因狸此，掏随着导各研导究领太域对镰质量阳特性再测试胳的要狭求越激来越懒高，姑提高苏测试亏系统剪的可饶靠性竟、测拌量精顷度和酬效率快十分胁重要拔。5/外19击/2匆02屿319质量猫特性份测量谣技术痰的国杏内外坑发展5/痒19蒸/2蹦02梦320静压我气体遇轴承谜的研肾究静压沉气体姻轴承群的发经展气体或润滑栽轴承辱以气临体作洁为润捞滑剂谈，具户有摩擦船阻力蜘小、狂精度塘高、寿沉命长栏和转武速高青等优随点。最早朝研究兼文献透是18榨28年Wi师ll惩is域R顾R（威陶利斯筛）发颤表的堂一篇熊关于骑小孔麻节流宋平板拘中压污力分概布的趟文章匙。直到20世纪50年代，近饱代工愿业，厦特别电是军晴事工肤业迫绿切需佩要解刮决某碎些特果殊条笛件下洗的工回作问辨题，拉才得浪以迅忙速发惩展。我国19浑62年才开砌始对尽气体葬轴承射展开染正式牧研究柴。19馆68年成目功研脚制出抗第一楼代气垮体轴描承产量品——陀螺异马达恰动压冷气体握轴承楚。5/烛19讽/2明02此321静压夫气体涝轴承慎的研遵究静压笼气体变球轴程承的匀研究早期裁主要尽应用易在卫泪星控割制系鹅统全愧物理治仿真揪气浮项台上决。19北56年，Co外re印y顾T盏L（科参里）系等人销最早欣对气穴体球撒轴承排展开申研究腾。19描61年，冠美国凯的Jo赚hn牙H卸L（约若翰）对等人杨进一玻步研锦究了小孔早节流静压讯气体纠球轴刺承的小静态芳特性婶。哈工珠大刘泥暾等屯于20世纪80年代初对梁多供剑气孔率小孔客节流野静压驳气体暮球轴旺承进罢行了载理论歼研究既，给骂出了牙静态求特性聪的计隶算公门式和社计算引实例扑。德国于布莱竖梅大亡学研晕制了环面包节流擦多孔肚闭式静压偿气体友球轴延承，按应用脑在卫耕星仿呈真气草浮台绸上。5/郊19靠/2模02锣322主要置设计冻内容设计垫思路在充猫分了月解国珍内外出现有爱质量添特性月测试疤技术信的基翻础上貌，以静压身气体独球轴完承做为课测试若平台期的支点茄和转地子，提绳出改节善质吐心、棵转动个惯量技测试过的系爽统方记案。破对其纽奉载物港平台馅在负喝载作捕用下花弹性鸭变形腊引起康的干豆扰力喷矩，鹿气体闷球轴汽承的骂轴向齐静态全特性沙、侧列向力圈和水阁平偏浙心率仿的关票系、炉影响党侧向江力的鞭因素奥、球勺轴承筐偏载答和制待造安堆装误工差引增起的晌涡流抵力矩久及超碰音速警现象赵等相什关技准术进择行理不论分棚析，蒜并设阻计实粪验样介机。5/耳19鞠/2嫩02告323主要慎设计锣内容主要序设计直内容确定爆测试风平台揪总体梅方案典。负载底作用怎下载贱物平术台干闪扰力叹矩的弟计算恼和分译析。计算吉气体乞球轴沟承轴材向承帝载力它、静湿刚度特和耗裂气量独，分凝析影谈响其氧轴向布特性边的因禽素和渴规律诵。计算庄和分凯析侧揭向承槐载力捐与水努平偏笛心率篮的关贩系及刊轴承气几何惩参数故对侧展向力莲的影阀响，据研究造涡流赴力矩完带来鼠的质主量特籍性测嫌量误桂差。研究婚气膜胞超音孕速状抖态下音的压俭力分鸡布特域性，旺观察怀流场干的可唯视化泄结构州。搭建触相应授的实丹验装傍置，友试制级质量业特性知测试广平台苏实验六样机狠，进薪行相石关实闯验。5/文19明/2碌02乡丰324质量活特性烧测试换平台设系统融方案设计腾的主鹅要内昌容5/着19宵/2温02繁325质量爆特性牲测试巷平台待系统栋方案台体唐（浮喊起组穿件）竖由气体薄球轴已承支撑鹊，悬储浮于旅空中厨，气乱体轴剃承既采作为抓转台李又作活为支索点。用一凭根空钳心管逃（稳漂定管得）穿猾过球贱轴承胖的基便座，答下端访装在群圆柱尤气体猴轴承愧上，毙并与绣测力茄传感歼器相炉连接背，吊摆起后乱形成当一个堡刚性块结构窃。采用浪刚性明低偏蓝置力盟传感膀器，秧可以师精确欲的测冷量力哨和力仅矩，铜而且豆不必愿配重误或调奋平。在稳座定管减中间繁置一扭杆，夹朵具固凉定后喘形成遭一倒最置的抛扭摆士，用例来测协量转颂动惯坝量。5/诞19猛/2债02眨326质量冒特性设测试直平台席系统铺方案气浮重平台凭结构随初步笼设计旋转库平台半球派气浮捷轴承稳定谎管扭杆气压抵支撑腾件紧固前件5/陷19嘱/2甜02帝327质心境测量盗原理质心郊测量妥采用传最常水用的不平鹅衡力形矩法，如披图所败示，膝则偏载蝇时导锦致载忘物平辩台质做心变消化，惠对y轴产镜生干扰慎力矩影响早测试奇平台箩的测云量精座度。质量烛特性暂测试负平台匹系统蔑方案5/跳19昼/2修02月328质量览特性语测试旨平台押系统附方案转动潮惯量裹测量之原理本设会计采炕用扭摆症法测定义复杂愿形状雾物体宿的转艘动惯标量。考虑殊系统汉阻尼芹时，卵介质恨粘性暗引起肉的阻滋尼可织以认盾为与克速度疤的一简次方锦成正沈比，箱所以埋振动亏方程崭为则有本设算计主键要用猫来设皮计测徒量小过型弹秒箭的甩转动汗惯量派，空父气阻责力较砌小，尝且气押体轴他承的捡摩擦有阻力介也很筝小，宣因此举，忽略密系统越阻尼，上搭式可的简化经为5/振19胃/2瘦02丘329质量市特性耕测试曲平台言系统咱方案测控工系统贺硬件赌方案5/坊19飞/2骆02绞330倾角籍仪5/瓦19乎/2宫02即331负载哨作用敬下载经物平惜台的推质心回位移载物梢平台份的有吗限元强模型以圆柱决板式观结构为例武，采贱用板书壳单辟元。将气骑体球聚轴承迅的转宋子视刘为刚邻体，仁平台历作为糕薄板撒弯曲问问题切考虑陆，属巡寿于小丽挠度倍问题就。有限卧元模您型如糟下5/芹19列/2拣02泼332负载汗作用矿下载拾物平茄台的睛质心冷位移载物泻平台梨质心澡位移紫公式根据陕下图撇矢量纸关系舅，有设质斯点Pi的质超量为mi，则考虑虏整个告质点趴系S，得5/吊19床/2愧02似333负载艰作用弃下的请干扰针力矩以载叮物平武台质于心为锻原点馆建立XY队Z和xy惜z，利府用著监名的写欧拉欺定理桶，得更姿态称转换尾矩阵C。载物苹平台醋在xy捡z中的慈重力杀场为偏载盐时载悼物平透台产泪生的门干扰贼力矩xy袍z中的计算活公式为5/睁19飞/2崖02排334质心饺位移葵和干悠扰力颤矩计剧算结提果及缘瑞分析初始拖位置xy升z和XY饥Z重合墙，原甜点在屑回转胶中心思上。受力擦点沿x轴对称分布纤。l=3密0m往ml=1毯20侧mm5/熔19箭/2禾02乘335结体邀坐标占系和调惯性藏坐标骄系5/丢19喇/2买02仙336载物质平台哪的质裳心位修移偏载惧量l不同骑时，暑载物搅平台旋质心猪的变防化规碧律如肿下x轴分港量z轴分根量x轴的我位移教分量经与负塌载质宾心位都置基宗本为线性惑关系，当l等于Rpt时，永有rcx|pt为13书6.悉6μ歼m。x轴位扣移的费表达妈式可轧描述镰为负载剑质心状位置骆对质狱心位械移的z轴分所量基本蹄没有仍影响，位绑移rcz约为-3锻53物.6毫μm恒定绪值。5/第19印/2迈02柜337负载留作用拌下的腥干扰回力矩Mgy与偏咬载量l为线述性关夕系，织当l=雄Rpt时，Mgy|pt为40辈.9戏8×晃10-4N·膊m，图画中曲讨线表成达式磁可描挽述为5/泰19乞/2俱02池338负载裂作用爹下的椅干扰各力矩以l=1保20认mm为例跑，在XY斑Z中，精平台偏绕Z轴旋痛转时孩产生汽的对Y轴、X轴干迈扰力掏矩如愤图所沫示对Y轴的摔干扰而力矩抱可描平述为对X轴的善干扰潮力矩侮可描决述为MgY的MgX和的济最大睡值都蚕为24吨.6展0×喇10-4N·斤m5/宵19批/2板02蚕339负载尾作用秃下的鞠干扰投力矩负载所质心锅任意袋位置阴、绕Z轴任原意转消角时殿载物宗平台易产生扇的干苹扰力狼矩如下蛾图所携示载物唤平台概干扰这力矩德为角ψ的函蛾数，篇幅值乒为自铲重和喇质心笼位移阿的乘互积。5/灯19残/2替02景340负载绢作用未下的寇干扰羞力矩若负访载质斩心Cl在X轴上响，则尤由干厌扰力疏矩引历起的把质心欢测量壤误差字为干扰钓力矩红引起乡丰的测累量误河差与偏载鼓量l无关宗，而愿与负馒载质龄量及沟载物绑平台副自身游特性辉密切伞相关赔。干扰戏力矩评小结偏载恳时，女载物应平台余各个拥方向应变封不等，引旅起质衰心位患移，迟导致纽奉平台哥产生详干扰芹力矩吼。无偏扶载时斤，载忽物平短台的谨弹性姑变形去关于侦回转旅中心怒对称夫分布登，不帐产生臭干扰器力矩炭。载物境平台舞干扰爽力矩俱引起柳的测腐量误男差与l无关，而制与负慢载质央量及昨载物哨平台料质量光、弹耽性模勺量等周直接耍相关仇。对于妥高精恒度质券量特庆性测御试平因台，绢应在廉考虑愁载物应平台蜻自重里的基沾础上许，提轮高平窃台的碗结构予刚度轻，减些小测斤量误书差。5/序19像/2弄02晶341气体卖球轴恢承的杂静态艇特性静压灭气体鞭球轴般承是财质量卧特性背测试值平台尚的核心埋部件，本抗章将捷采用砖有限令体积额法对乡丰其轴驱向特恒性进超行研念究。静压布气体禁球轴峡承模鱼型如柴下5/裁19猾/2柏02旋342气体贸球轴兆承的再静态溪特性网格励划分为了缸减小胖截断龄误差事、避饺免计著算发搏散，诱主要拨采用六面符体网格秆和棱锥系体网格碍。进气痛孔及凤球窝乔中心尚气体狸出口肯周围鹿，压泳力和灰速度柄变化诞较为沾剧烈听，采扭用结构避化六爷面体网格走并进首行局甚部加坛密。5/蛛19扭/2辅02零343控制酒方程原的离卵散和慢求解控制宫方程肃的通匹用形仆式将Ø取为流不同御的变议量，停就可匪以得究到连出续性卖方程址、动承量方四程和李能量箭方程佳。控制嚼方程搏的离镰散视质慈量特串性测萍试平微台工烘作时错轴承腹为稳排态，横对任盗意控俭制体P积分对各危项离币散、规整理谅得离休散方姑程的救通用习形式押如下非结天构网崇格和址结构鹿网格闻离散踩方程献的形海式相傻同。5/百19杰/2缝02该344气体节球轴猪承的傻静态尚特性边界孟条件颤设定压力瓦入口筒边界金；压力跳出口蚕边界办；壁面必边界狱：将氧除压谈力入灶口、向压力菌出口鼠外的虹所有足边界串都设效为壁折面边痰界条勺件。5/瘦19污/2验02真345气体初球轴脆承的村静态滔特性轴承训的压婆力分学布节流麦面积今与气羊膜厚坛度为线性死关系，因配此，黎气膜始厚度抖变化犬，节图流效连应也大会产纪生很禽大不棋同。当h=趣40啊μm，60宅μm时，脖气流杯由进兽气孔费进入凳气膜非后，螺压力迅速浊减小。轴承肚气膜河压力答随中闪心气耍膜厚晕度的真增大扩而大诊幅降傅低。5/侧19阿/2薪02怜346气体剩球轴种承的惑静态句特性半径宝方向企的压旧力分吓布h=聪10烧μmh=挪20好μmh=赠40羞μmh=种60意μmh较大居时，善气体矛流入堵气膜赢，节薪流环凡面面容积迅谨速增被大，徐气流棉速度业迅速于增加痕，压晌力迅至速降初低；须在气汽膜入血口不辈远处赠，气熔流受盆到壁捉面压仁缩，都流速醉降低棉，导飘致压脊力有赠所回厕升。5/孙19疏/2兴02但347气体醒球轴尺承的旁静态映特性轴承抚的速涉度分质布供气绢孔内打气流咸速度顺最低米，气岂流过筛节流猾环面假进入厉气膜火后，情流动读方向赖发生比剧烈呢改变撞，同音时速嘴度迅痰速增搬加到最大膛值；供艇气孔映分布阀圆内察侧气匙流速级度高胆于外业侧，倾且内析侧速奔度梯送度较仿大；当h=担60违μm时，凳供气久孔周民围气扫流速非度最紫高达38孤7m睡/s，约御为1.铺12Ma，已啊是超惑音速贝流动丙。h=殿10午μmh=裁20单μmh=哥40滨μmh=孩60羊μm5/茧19匙/2记02藏348气体乡丰球轴历承的匆静态谋特性轴向螺承载知力对质右量特日性测蒜试平才台至巨关重砌要。h小于20喷μm时，并对承撒载力喂影响蜂较小异。h大于20汗μm时，仙节流筝效应荐减弱贤，承户载力孤变化族较快差。h相等烫时，艳承载冠力随黑供气吸压力浅的增膨加而颠增加党。承载廊力和立供气毁压力欧近似签成正倍比。减小症中心它气膜轧厚度捆或增临加供社气压绞力可以胁增加谁其轴辰向承馆载力之。5/衫19招/2照02赵349气体下球轴掏承的幅静态范特性轴向电静刚叙度静刚寇度随巾中心咐气膜松厚度码的变拢化曲捷线类茅似抛物秒线。供气乏压力爪越高梅，轴都承的蹈静刚核度就设越大，ps=薯0.嫩6M贤Pa时的明最大奶静刚揪度为ps=虎0.图2M轿Pa时的4倍多趋。供气打压力裳不同仔时，概最大摘静刚猜度对狗应的疗中心迹气膜跑厚度亡是不李同的。供气触压力衔越高谎，最窃大静看刚度务对应尚的h就越小。中心老气膜基厚度老为20临μm银-懂40潜μm时静采刚度知较大妙，因理此设苏计轴设承工缘瑞作点置在此哀范围时内为狼宜。5/平19轻/2廊02打350气体寸球轴糠承的顾静态慰特性轴承至的工作仅机理为：摘当轴趣承负锁载增书加时誉，气忠膜厚侵度减培小，北气体跃流量注也将跟减少雷，供让气孔塌压力丹损失擦减小结，其饮出口歪压力控（即焰气膜药入口侵压力挨）增韵加，税轴承管承载桥力提益高，丸最终词达到屿与负没载的考平衡姐。5/遍19梳/2址02板351轴承警侧向荐力偏载香时，助气体秃球轴柿承将乳产生圆水平锣偏移持，产坚生偏心，球恒头受法到轴动承水改平侧郊向力清的作岔用。气体伴球轴适承的脆侧向功承载陡力和演侧向四刚度帐对测幼试平即台的扒性能滤也有温很大红影响嘉。5/弟19堤/2御02遭352侧向汇力原蒸理分巨析根据力平校衡原蛋理，球封头受逆到的唯水平武侧向挨力f，有此时疾，轴谢承产毒生一居水平甜偏移e，导尽致轴作承左骄右两芳侧的霉气膜虽厚度煎不等蛾，气锈膜内鹿的压筝力和罩速度蛾分布不再促对称。5/鄙19资/2集02僚353轴承凭几何具参数渔对侧西向力愿的影蹈响定义能水平驳偏心仪率δ为e与中映心气缺膜厚滚度h的比巧值。定义策侧向快刚度舟为h一定牢时，茄侧向分力随蹲水平序偏心寇率的杠变化挤量偏心铁时的矮压力坚分布讯（ps=0旗.4急MP风a，h=谊20米μm）5/燃19姓/2乎02愁354轴承棒几何壤参数秤对侧潮向力荣的影愉响偏心坐时的械径向轧压力陶分布确（ps=0渠.4渐MP消a，h=堆20廊μm）δ=0匆.2δ=0货.5当δ=0雕.2时，哄气膜招内的龟压力悟分布俱已经绿明显不对能称。在X轴正冈向，宽由于绑轴承坛间隙弄减小太，压盛力下肺降减救缓。当δ=0盲.5时，矿在X轴正摩向，决空气火出口似二次偷节流含效应渠比较陡明显脉，供由气孔隆分布亲圆外扎形成沟一个绍约为培供气弟压力65狠%的压力胡平台；在X轴负族向，悲气膜雨入口雕附近撒出现问约为舞供气滨压力50括%的压管力陡魄降，假致使峡其压粗力大酒幅降捞低。5/社19诊/2需02雹355轴承宅几何砌参数档对侧谜向力饮的影般响侧向魄力与朵水平伸偏心楼率的楼关系ps=0嫌.4鹅MP宰a侧向东力f随的δ增加苗而增辫加，h=荣20奏μm时侧生向力拥最大郑。当h=停20叨μm、40共μm和60脏μm时f和δ近似像线性犯关系由，侧澡向力响曲线唤斜率票随δ的增攻大略忘有增视大。在h=鞠10衣μm、偏搭心率她较大污时，拼侧向听力曲禁线斜掀率明薯显下制降，5/搅19各/2甚02驰356轴承跑几何扑参数佩对侧辫向力闻的影秆响水平绘偏心险对轴腐向承叫载力膛的影旨响ps=0毒.4详MP谎aps=0午.6店MP梳a5/性19珠/2欣02勉357几何箱参数撇对侧买向力互和侧懂向刚焰度的抛影响轴承班半径句对侧臭向力惠和侧宫向刚然度的驰影响（ps=0脊.4竭MP转a）h=鼻20界μmh=沈40覆μm侧向厅力和热侧向剧刚度婆随轴心承半咳径的讯增加拒而大幅臭增加；侧向毅力f与轴吵承半卸径R的平方近似将成正蠢比侧向估力和δ近似俭线性历，随终着δ的增纤大，猛侧向舍刚度桌略有好增加复。5/钓19似/2躺02某358几何喉参数碎对侧膜向力讽和侧韵向刚葵度的扩影响球窝道外包授角对滋侧向窑力和拔侧向堡刚度豆的影休响（ps=0孔.4历MP链a）h=戚20狸μmh=挺40虹μm当θ2增加践时，哀轴承挤侧面额的受贪力面喘积快部速增挎加，彼必然寄导致裙其侧撇向力衫和侧向胁刚度茄也大幅泼增加；θ2较大晶时，轴驾承外烟边缘茧的间纹隙很火小，荣较大扶的δ致使饭外边很缘一乞侧几喷乎没有锡间隙挤，压发力减冰小，音侧向届刚度惕降低辫；考虑避到轴密承加断工装返配中芳存在委的误求差，浊球窝踢外包坡角应小于70度。5/宇19峰/2网02梁359几何懒参数杂对侧聚向力块和侧嗓向刚愤度的塞影响供气壳孔包果角对丑侧向闪力和扔侧向方刚度演的影亲响（ps=0艇.4章MP愤a）h=摇20牛μmh=困40省μm随着武供气墙孔包凯角θ1的增谜加，守气膜银高压绒中心外移；当h=究20哥μm时，真侧向宋力和卸侧向悼刚度域随着址的θ1增加晚而减滥小；当h=铺40订μm时，张侧向煮力和序侧向勉刚度果随着湿的θ1增加脾先增鸭加后完减小想，但变化妙范围许不大租；在轴豪承间境隙不忍同时顿，侧拘向力潜和侧绍向刚紧度随θ1呈现不同抚的变化返规律书。5/俭19辱/2百02朝360静压未气体刺球轴搞承的五超音投速现奴象高供界气压歼力、缩慧大间遇隙时，惕供气剧孔出题口区班域气贤流方毅向剧珠烈改狼变，扣流场乳呈现竭较强爹的三获维特滤性，野已超圾出雷寄诺方绕程所反适用堆的条湖件。分析孕球轴凭承流拴道的帅马赫似数分载布和介跨音枕速压哪力分铸布特躺性，讽观察盒流场斯的可触视化火结构。5/狼19叶/2纠02幼361音爆灭瞬间5/漂19我/2鸦02泄362音爆耽瞬间5/锋19呈/2背02软363静压留气体湿球轴孔承的年超音预速现洲象轴承悉的网耕格划加分以轴俱承球该心O1为原障点建狂立笛撒卡尔乖坐标拒系xy岛z，取盼气体紫球轴蒸承关暖于x轴对位称的1/毙6区域作为构计算疏域。继续践采用扩适合茧于大气纵横复比的群六面党体和估棱锥售体单李元划处分网坐格，供气干孔、牙球窝计中心层孔及尚其附需近区偷域压皆力和驾速度门变化伴较为颂剧烈挤，划牛分时号采用蛾结构不化六化面体午网格汤进行燥局部言加密。5/哑19楚/2透02套364静压稻气体档球轴书承的拦超音他速现披象边界详条件进口奏边界姨（bc1）：冲采用竹压力幼入口裂，给室定ps和T，湍绵流强拣度为7%。出口拔边界未（bc2）：王采用项压力兆出口协，给侄定pa和T，湍洞流强帆度为7%。壁面凤边界需（bc3）：尾对于盟湍流吩计算遣，需将要区躲分近燃壁面调流动果和湍尸流中栽心区沈的流柴动，甜利用壁面剥函数庭法将壁纱面上奥的物赤理量胜和湍但流核主心区挥的求响解变糖量联辆系起畅来。对称宏边界壶（bc4）：寨垂直肚边界姑的速疲度取在为零漂，其机他物纺理量斧的值茎在对慎称边乡丰界内卷外相还等。5/熔19叼/2泥02批365超音向速现展象分桃析以供和气孔栋中心君为起眠点、录沿气尚膜径缴向向根外方章向为念例。为了肉分析命方便名，以嘴绝对高压力pss表示疗。计算垮气膜献入门姿的雷挠诺数客如下鸭表，穴可见朽所有惹工况核下Re都大孝于30乘00，即哲气膜亚入口爹的流劣动都贪是湍流。ps(MPa)h（μm）Re质量流量(kg/s)0.66041872.41×10-48056293.24×10-410070194.04×10-40.86053693.09×10-48071934.14×10-410090005.18×10-45/赔19屈/2掏02旱366超音加速现钻象分捷析压力棚到达锈最低碍点之逮前，棍层流馆和湍欣流计纸算结落果基拜本相拴同。采用则层流训模型评的计桂算结康果压诊力回溪升的材过程是被拉长。原因扬是轴瘦承间天隙较咱大时侧供气仍孔附灵近流壁动状荣态复史杂，神真实携流动范状态厘和层李流模倒型存座在较仗大差喇距。采用Re属al蒸iz佣ab荷lek-ε湍流府模型据对轴童承流炉场分祝析，辅结果境更精慕确，皆更符魂合轴具承间魄隙的作真实宵流场呜。5/判19馒/2每02蓝367超音倡速现铅象分毅析压力pss=0由.9驴MP墨a的气雕膜入垒口附无近马糠赫数何等值巴线放博大图咱。h=6着0μ炉mh=8六0μ舒mh=1丈00搅μm5/短19半/2辛02愈368超音趋速现驳象分货析在气皮膜入畜口附匪近马酱赫数期沿径毒向快读速增繁大，昏由亚厉音速诞流进泪入到川超音疮速流搂，然尾后又牺快速仆下降连到亚稠音速士流。随着h的增鞠加，枝马赫伤数的运最大把值位驾置远离气膜蚁入口晚。随着h的增魄加，风激波迁前的酸气膜社起始黎区气嫂流马绪赫数明显恳增加。节流察孔通况向气尼膜的蹈转角脆处类用似气拥流沿每外折厌壁面侄的流蚀动，携而轴术承间访隙的卸流动蒙属于小间时隙流筒动，边外界层勉和粘添性的代影响咳不能联忽略敬，所玻以此剂时的笨激波石为斜惯激波牢。pss=0皂.9双MP愿a径向到马赫包数分塔布5/咱19点/2驾02雅369超音尺速现县象分爬析随着h的增百加，削激波默前压绕力陡董降的验幅度柄和速珠度增呀大，桨压力法最低抽点远离气膜法入口筒。最低铸压力编也逐宴渐降泄低，烫其中h=8振0μ甲m、10怠0μ乡丰m时出她现负压。这部贴分的篮压力姜损失笛，一禁部分患转化彻为气霸体的高动能闲，另误一部怠分由革于气茄流方窑向改哄变和信截面炉突变添，产乖生局舍部压糊力损罢失。当h=1柏00海μm时，伤最大掀回升跟压力绣仅为0.贵18努4M收Pa，约仓为供稿气压歉力的20译.4效%，这恨必然尤导致授轴承亦的承携载力录大幅坦下降江。pss=0马.9状MP婶a径向箭压力意分布5/粥19槐/2辩02垮370超音肯速流素场的埋可视肝化结脸构pss=0蛛.9买MP啦a时xo餐z平面街马赫胖数分扬布结传构压缩在气体浴进入穗轴承坡间隙忌后，霉在马师赫数顿最大怀值附肢近下贼壁面都处有脱流秧产生。在脱队流区强域，厘真实国流道嫂变窄夜，气杨流从扶超音角速流那转变众为亚避音速腔流，恰压力慢逐渐衣回升娱。由于组气体胀的粘葛性作备用，勿近壁挨区一侨直为纳亚音扛速流子动，识在湍福流的销作用逆下，地亚音钳速区省逐渐萍向超酬音速限区扩其展，屡主流数区域芬变窄淘，直锐到最姐后超感音速耗区完死全不相存在叼。随着占轴承女间隙萍的增倚加，资下壁替面处损的脱毁流区赴域增桑大、允回流忌加强疑。h=6厉0μ贤mh=8供0μ凳mh=1貌00可μm5/伟19悄/2芽02顿371超音幻玉速流滥场的侧可视且化结叔构pss=0烤.9秤MP脆a、h=1迅00吸μm时进气托孔转晒角处醋流场授截面舌的速衔度向碑量、搅马赫帅数云援图和窝静压识力云齐图在下遍转角层处存梳在一小脱炒流区，并社在气顽膜入浪口下编表面夸形成料延展类约一剪倍气妖膜厚社度h的脱汤流气备泡。随着扬气流域转向裂下壁锤面，菜马赫胜数迅载速达差到音腔速。流线绘凸起砍产生缠膨胀银波。5/牺19已/2掀02饭372超音敏速流攀场的佩可视轻化结真构随着还气流蒙向下日游流绘动，节通流居截面另增大饥形成容超音组速区爬。下边杏界层嫁迅速党变厚知，主塞流过推流截绍面变努窄。此处钓斜激席波强粪度较陡大，准导致卷在下宝边界点层激监波附吊近形咏成明显菠脱流，并恨在脱月流区哨出现逆流。最后逮，流莲线转停向下披壁面踢时主讨流由齿超音价速过哑渡为瓶亚音旱速。激波杯区域暗延展秘长度浙约为7.砍5倍气寻膜厚寺度。速度睁向量马赫至数云设图5/刘19努/2猫02扣373相关职实验垫及样勒机设玻计搭建蚕了相冰关实次验装军置，袄试制币了实皆验样支机，晋主要粥进行隐了如伞下实澡验：负载裁作用似下载温物平吐台的炊应变块实验沸；静压离气体搏球轴上承的咐轴向碎承载肿力实苹验；球轴嚼承侧吹向力西与水姜平偏呢心率券的关页系质心定测量填和转益动惯润量测相量实劣验。5/礼19健/2抗02丧374样机铸设计5/拔19娘/2穴02而375样机化设计气浮茂平台隔组件5/委19漂/2逝02虚376样机挨设计气体章轴承粪座及双供气旺部件5/璃19秘/2荡02恶377样机养设计扭转吹力矩圣施加梨机构在进习行转聚动惯皂量测察量时枣需要曾一个旋外力洒矩使烈扭杆半产生光一初至始扭随转角5/吴19毫/2衬02抚378样机塘设计力传怒感器绵定位艺机构5/尺19艇/2弯02胀379样机亭设计圆柱炉气体肉轴承屋座5/漠19月/2帮02丽380样机散设计5/凳19镜/2停02避381样机历设计5/惯19专/2滩02虹382样机懂设计测控步系统5/宣19直/2膀02撞383样机捞设计测控享系统福的硬写件结慌构工控端机：侨测控侵系统困的中枢，负至责发崭出控制筒指令庭及信甜号的闹采集法和处积理DA板Q卡：挖信号吨的输入圾输出战通道NI稻P纲CI迈-6灰22浇9步进铁电机价：负弄责浮侨起平徒台的精密来旋转，其撤旋转唇精度逃直接纹影响经到质肾心的位测量黎精度阀控恼气缸诊：扭毅摆的激励碌源力/力矩联传感箱器和廉光电户传感补器：睁测量力矩地和周下期，用袍于质陈心坐样标和箱转动呢惯量子的计任算倾角露仪：酒确定窗浮起厨平台欢的水平沫度5/雷19研/2冬02膝384样机临设计测控籍系统寺的实弱现质心晓采用挡四象扬限测纤量取朋平均隐值的拿方法今。必须扇实现荡对步演进电泡机的疮精确吓控制腹。将善根据真实际泛需要竞设计凤控制皂算法陷实现皂对浮供起平平台转大动角改度的班精确铺控制等。质心虎测量篇过程魂如右防图5/教19毒/2摄02缘瑞385样机每设计测控贡系统环的实话现首次典测量央转动隙惯量推前需垃要对猫系统烧的扭缴转刚沉度系酸数k进行档标定k是一汉个近锋似值土，在食一般卡测量桨中是船足够堪精确挤的采用10次振昼动周洗期取撤平均母值的贿方法荣，一眯般要洒求扭议摆公贴式直邻接计寇算。5/笑19质/2吊02胁386样机世设计5/沾19判/2堡02焦387样机溜设计5/叼19万/2留02秒388负载劝作用言下载岔物平脊台的竟应变级实验采用辣半导容体应暖变片族和LC棍10框03型静滋态数哀字应结变仪宇进行脸测量晃。负载蒸总质筛量为30秧kg。受力范点置赠于x轴上，谷选择眠关于艘中心轴情对称哀的载恒物平台耀下平右面4测点进行丸径向借应变鸣测量。5/责19校/2溪02旷389负载谣作用括下载码物平订台的冻应变期实验载物抄平台邀应变印测量闸实物策图5/帖19和/2盯02速390负载冷作用堪下载须物平挑台的咏应变壁实验实验测结果根及分仿析测点1测点3测点2测点45/誉19半/2踢02丙391静压纸气体垒球轴夸承的兆轴向记承载歌力实泡验采用玻璃稻钢球响窝：加位工简比单，筒成本沸低，休精度竖高。实验凤装置冈主要管由气街源及偷过滤罩装置令、载德物平笑台、垄径向削轴承软、加茶载及认测量乌设备抛和气然膜厚旗度测优量部弄分等乔几部迷分组敌成。