基于HyperWorks二次开发的气浮轴承刚度辨识

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1、Altair2013技术大会论文集基于HyperWorks二次开发的气浮轴承刚度辨识IdentificationofStiffnessofAirbearingBasedOnHyperWorksSecondaryDevelopment1,21111刘召覃昭君王婧张成张鸣（1清华大学机械系制造工程研究所IC装备研究室北京1000842精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084）摘要：气浮轴承拥有清洁、近零摩擦等优点，是一种优秀的运动导向承载部件，因此对气浮轴承刚度的研究十分重要。本文以典型的气浮轴承板为研究对象，通过模态实验的方法获取其由气

2、浮轴承刚度产生的模态参数，并在HyperWorks中建立集总式弹簧和分布式弹簧对气浮轴承进行等效建模，采用二次开发的方式建立分布式弹簧单元，通过拟合其刚度使有限元模态计算结果与模态实验结果一致，仿真表明，基于二次开发的分布式弹簧模型较集总式弹簧模型拟合结果更趋近于实验值，从而实现了气浮轴承刚度的辨识，为其后的系统性动力学分析工作提供依据。关键字：HyperWorks二次开发气浮轴承刚度辨识模态实验Abstract:Airbearinghasbeenusedinmanyfieldsasanexcellentguidanceandcarryingcomp

3、onentforitspropertiesofcleannessandnearzerofriction,sostudiesonthestiffnessofairbearingareveryimportant.Inthispaper,atypicalairbearingplatehasbeenstudied.Theparametersofmodesresultingfromthestiffnessofairbearingareobtainedbymodaltest.Modelingofairbearingusingthelumpedanddistrib

4、utedspringelementsisbasedonHyperWorks.ThedistributedspringelementsaremodeledbyHyperWorkssecondarydevelopment.Thestiffnessofspringelementshasbeenmodifiedtomaketheresultofmodalsimulationsamewiththeresultofmodaltest.Thesimulationresultshowsthatthedistributedspringelementsmodelbase

5、donHyperWorkssecondarydevelopmentisbetterthanthelumpedspringelementsmodel.Thestiffnessofspringelementinmodalsimulationwillbetreatedasthestiffnessofairbearinginthedynamicanalysis.KeyWords:HyperWorks,SecondaryDevelopment,AirBearing,StiffnessIdentification,modaltest1概述气浮轴承可以定义为被空气

6、膜隔开的两个精加工表面，利用空气的粘性，将外部的压缩空气充分干燥并过滤后通过一些开在轴承表面上的进气孔导入空气轴承的间隙中，借助形成的空气气膜来支撑负载并实现平稳动作。气浮轴承因摩擦阻力小、功耗低、噪音低、震动小、运动平稳、精度高等优良特性，被广泛应用于精密、超精密加工、计量等领域中，因此对气浮轴承的承载能力和气膜刚度的研究越来越重要。由于气浮结构的空气气膜厚度非常小，且对气浮轴承刚度的仿真涉及到固气耦合问题，使得对气浮结构的整体建模仿真存在很大的困难。目前采用的方法是通过实验对气浮轴承的刚度进行辨识，然-1-Altair2013技术大会论文集后通过

7、等效建模的方式取代气浮轴承建立系统仿真模型。考虑到气浮轴承的物理特性，往往在沿气浮轴承方向建立弹簧进行等效建模，实际建模中分为集总式弹簧模型与分布式弹簧模型两类。气浮轴承的刚度可以通过静态刚度辨识的方法获取，但所辨识的结果为气浮结构静止状态下的刚度，不能很精确的反映气浮结构动态下的刚度特性。本文通过动力学实验的方法辨识气浮轴承的刚度：对正常气浮状态下的气浮轴承板进行模态实验，获得其因气浮轴承刚度引起的刚体模态振型及频率，然后在有HyperWorks中建立对应的有限元模型，采用弹簧单元对气浮轴承进行等效建模，并对模型进行有限元模态计算，调节弹簧的刚度参

8、数，使有限元模态计算结果中的刚体模态振型及频率与模态实验结果一致，从而获得较为真实的气浮轴承动态刚度值，为进