多微通道式气体静压节流器性能初探

高速、精密、低摩擦三大特点，使气体静压系统得以立足并不断向前发展，而承载孝刚度低、可靠性差，又影响了它的广泛应用f”。

气体静压节流器是气体静压系统的核心元件之-，是使外部加压气体进入系统间隙前，产生节流效果、并使形成具有-定承载力及刚度的稳定润滑气膜的～种装置。在气体静压系统中，节流器是关键零件之-，节流器性能决定了系统精度等主要参数，是气体静压系统设计的关键部分。

常用的节流器类型有：凶节流、环面节流、狭缝节流等，通常采用/I，L节流法可获得较大的静承载力和气膜刚度，但是往往造成气体静压系统稳定性差，容易出现气锤”现象，且在节流孔出口附近易产生涡流，流场分布不均匀 。为此，提出了改变气体静压系统关键零件节流器的想法，主要设计思路是结合三种节流方式，将节流器设计成多微通道式。

- 般的静态设计要求，大多从节流器的稳定性、静承载和气膜刚度性能考虑，它们常常是节流器设计可行性论证的重要指 。

首先利用软件仿真节流器1二作状态下的气膜微流场，再利用实验测试节流器的静态性能，包括承载力与气膜刚度，各向比较，综合评定多微通道式气体静压节流器的性能。

2机械结构设计1.节流器主体 2.节流器配合塞3.节流器工作面 4.工作台承导面图 1多微通道式气体静压节流器工作原理Fig.1 Operation Mechanism of MMAR多微通道式气体静压节流器的工作原理，如图 1所示。工作来稿日期：2012-03-10基金项目：国家自然科学基金项目(51075378)；浙江省自然科学基金重点项目(Z106280)作者简介：张 雯，(1988-)，女，硕士研究生，主要从事气体静压节流器设计号 能分析问题；李东升，(1957-)，男，吉林梨树，教授，博十生导师，从事超精密测试技术、现代流量计量仪表研究机械设计与制造No.1Jan.2013刚度值，并将数据列于表中，如表1～表3所示。

由表中数据可知，相同或相近的气膜厚度值下，多微通道式气体静压节流器的承载力与气膜刚度值均高于另外两种节流器，在静态性能上显现优势。

表 1 0.5MPa下多微通道式气体静压节流器静态性能实验数据Tab.1 The experimental data of static performance ofMMAR under 0.5MPa。 59.9 35.6 32.4 z z s 叩 川 -z - .s载荷 0 z4.s 。。 。 气膜刚 0.40 3.52 8.1 1 15.2 20.8 21.9 31.1 38.4 44.5 44.7 59.2度/N/m 6 3 4 90 77 77 85 52 39 72 36表 2 0.5MPa下 Hexagon带双 U型均压槽的气体静压节流器静态性能实验数据Tab.2 The Experimental Data of Static Performance ofthe Hexagon Aerostatic Restrictor with Double UShaped Groove under 0.5MPa表 3 O.5MPa下 Hexagon带双环连结型均压槽的气体静压节流器静态性能实验数据Tab.3 The Experimental Data of Static Performance of theHexagon Aerostatic Restrictor with Tangent DicyclicGroove E under 0.5MPa甚于以上实验数据，以气膜厚度值为横轴，气膜刚度值为纵轴.绘制供气压力为O.5MPa时，三种节流器气膜刚度-气膜厚度俯皇化曲线，如图 8所示。

分析实验结果，关于三种节流器的气膜刚度可得到以下结论：(1)三种节流器的气膜刚度均随气膜厚度的增大而减小，随气膜厚度的减小而增大，但存在-定的波动和跳变；(2)相同的供气压力下，多微通道式气体静压节流器的最大气膜刚度值更大：(3)随着气膜厚度值的增大，三种节流器的气膜刚度曲线有相交的趋势或现象，表明在气膜厚度较大时 ，多微通道式气体静压节流器在气膜刚度方面的优势将不再明显。

5结论从设计思路出发，结合全文的仿真与实验，可知多微通道式气体静压节流器的设计符合设计初衷，保证了节流器的稳定性，也在-定程度上提高了气膜静态性能。

具体表现在：(1)节流器工作面中心节流孔与各微通道出Izl处压力较大，环状渐变并有压强叠加现象，气膜间隙内的压力分布渐变均匀，工作面有效承载面积达 76.5%以上；(2)与 Hexagon的两种气体静压节流器相比，自行设计制作的多微通道式气体静压节流器具有更高的承载力，供气压力为0.5MPa时最大可测承载力为 708.4N；(3)与Hexagon的两种气体静压节流器相比，自行设计制作的多微通道式气体静压节流器具有更大的气膜刚度值，供气压力为0.5MPa时最大可测气膜刚度值为59.236N/txm。