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研究生:朱威丞
研究生(外文):Wei-Chen Cue
論文名稱:被動式固定膜厚補償型氣體靜壓軸承研究
論文名稱(外文):Study of an Air Bearing with Passive Type Fixed Film Thickness Compensation Capability
指導教授:王海王海引用關係
指導教授(外文):Hai Wang
口試委員:陳俊生蔡定江章哲寰
口試委員(外文):Chun-Sheng ChenTing-Chiang TsaiJjhe-Huan Jang
口試日期:2011-01-20
學位類別:碩士
校院名稱:明志科技大學
系所名稱:機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:軸承氣體軸承靜壓
外文關鍵詞:bearingair-bearingstatic pressure
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本研究針對氣體靜壓軸承的性能特性加以探討,在許多量測系統中,氣體靜壓軸承扮演了極為重要的角色,因為氣體軸承具有低摩擦力,耐用度高,精度高等優點,所以被廣泛運用在量測機具上,氣靜壓軸承氣體由外在氣源供入,經節流閥後噴出作用於平面上使產生懸浮,造成氣膜,一般市售的氣體靜壓軸承皆無補償的效果,在量測機具的作動及受力下,會使氣膜厚度變薄,因此造成量測上的誤差產生,所以研究一種固定膜厚的氣體軸承以解決膜厚不一的問題,提升量測系統的精度。
本研究我們使用流體分析軟體FLUENT進行二維與三維的分析,證明當氣體靜壓軸承受到負載氣膜厚度變薄時,氣室內部的壓力變化,也利用有限元素分析軟體ANSYS分析各種尺寸的節流閥的特性 ,在實體部分,本論文運用微機電製程來製作節流閥,也使用實驗來驗證氣膜厚度與氣室內壓力變化的關係。

This study aims to analyze the functionality and drawbacks of a externally pressurized hydrostatic gas bearing for measurement system analysis. Hydrostatic gas bearings plays an essential role in numerous measurement systems analysis. Contributed by its nature of low coefficient of friction and high durability, it is highly utilized by measurement systems for the most accuracy and demanding analysis.
A hydrostatic gas bearing rely on an external pump, to force pressurization air between the surfaces of the bearing via a restrictive orifice to form a cohesive film of lubrication between the surfaces. Majority of the hydrostatic gas bearings today are not capable of pressure leak compensation when the bearing is under heavy load, the lost of viscosity and the thickness of the lubrication contributes to most errors in repetitive testing. This study aims to study the possibility of a compensative externally pressurized hydrostatic gas bearing that would minimize margin of error due to this phenomenon.

明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書I
明志科技大學碩士學位論文口試委員會審定書II
明志科技大學學位論文授權書III
誌謝IV
摘要V
目 錄VII
表目錄X
圖目錄XI
第一章 諸論1
1.1研究背景與動機1
1.2文獻回顧3
1.3研究內容概述6
1.4論文結構概述7
第二章 氣體軸承簡介8
2.1氣體軸承的分類8
2.2氣體軸承的優點與應用10
2.2.1氣體軸承的優點與應用10
2.2.2氣體軸承的缺點11
2.3氣體軸承的不穩定現象及穩定法12
2.3.1 氣鎚現象12
2.3.2 同步振動現象13
2.3.3 晃轉不安定現象13
2.4 氣體靜壓軸承原理14
2.5節流器種類介紹16
2.6 為何使用氣體靜壓軸承20
2.7 氣體軸承材料的選擇21
第三章 被動式固定膜厚補償型氣體靜壓軸承23
3.1 軸承的設計參數23
3.2 出氣孔截面積與承載能力23
3.3被動式固定膜厚補償型氣體靜壓軸承介紹25
3.3.1軸承構造25
3.3.2軸承作動原理26
3.4軸承氣室內部壓力軟體分析證明26
3.4.1使用軟體工具27
3.4.2二維分析內部氣室壓力29
3.4.3三維分析內部氣室壓力(無網格底部)31
3.4.4三維分析內部氣室壓力(有網格底部)34
3.5出氣口距離長短與內部壓力36
3.5.1二維模擬分析36
3.5.2三維模擬分析38
3.6氣膜壓力40
3.7軸承內部壓力與流量41
3.7.1軸承內部壓力與流量分析42
第四章 節流閥設計與有限元素法45
4.1有限元素法45
4.1.1靜態分析45
4.1.2接觸分析46
4.1.3常見的非線性有限元素應力分析46
4.1.4 ANSYS接觸元素與觀念46
4.1.5收斂性分析47
4.2軸承與節流閥結構尺寸48
4.3節流閥ANSYS模擬分析50
4.3.1節流閥碰撞分析55
4.4第二代節流閥56
4.4.1第二代節流閥ANSYS模擬分析57
4.3第二代節流閥(改良型)60
4.3第二代節流閥(改良型)模態分析61
4.3.1節流閥模態分析61
4.3.2節流閥與軸承密合模態分析63
4.4不同寬度的節流閥65
4.4.1不同寬度的節流閥分析67
第五章節流閥的微機電製程73
5.1使用儀器介紹73
5.2製程步驟74
第六章 實驗設計與架構82
6.1節流閥本體82
6.2實驗儀器82
6.3實驗設計83
6.4氣模厚度與氣室內部壓力測試84
6.4.1實驗結果85
6.5被動式固定膜厚氣體靜壓軸承性能測試85
6.5.1軸承定位器87
6.5.2實驗機具架設88
第七章 結論與未來展望91
6.1結論91
6.1.1內部氣室壓力與氣膜分析91
6.1.2出氣孔增加與出氣截面積增加與軸承特性91
6.1.3節流閥分析與節流閥設計92
6.2未來展望92
參考文獻93
附錄A 壓力變化說明圖97


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