1.2.6　真空气浮轴承的研究

1.2.6.1　真空气浮轴承密封性能的研究

真空气浮轴承最大的难点是密封性能。关于真空气浮轴承的密封结构，已有多个专利[56-60]。这些专利的共同点是都采用了多级密封结构。但为了保持轴承的承载力，进气压强量级达到了标准大气压量级，所以整个轴承内，压力分布从大气压强到高真空。对于普通环境下的气浮轴承，一般采用解雷诺方程来得到压强分布。但是雷诺方程是N-S方程在特定条件下推导而得到的，而N-S方程的前提是质点模型，即连续假设。根据稀薄气体动力学可知，当压强较低时，连续性假设不成立，需要采用稀薄气体动力学理论来分析低压条件下的气体运动过程。所以，对于真空气浮轴承，由于其压强逐步降低且达到了较高的真空度，此时不能采用雷诺润滑理论来分析轴承的压力分布等性能。同时由于轴承水平尺寸较大，进口压力较大，轴承内部气体分子数目是大量的，而分子直接模拟一般研究对象都是少量的分子，所以也不能采用分子动力学理论来解决此类问题。

Schenk等[61]、Ramanaiah等[62]采用滑移边界建立了较为简单的模型，分析了真空环境下气浮轴承的过渡流。Fukui等[63，64]，提出了质量流速的方法来分析真空气浮轴承的泄漏问题，Yoshimoto等[65]采用质量流速方法分析了具有多级密封结构的真空径向轴承的密封性能。Trost等[66]假设真空气浮轴承中只有连续层流和分子流，并建立一维模型，分析了当气浮滑块水平运动时真空腔室内压强升高的现象。由于真空气浮轴承的设计，与很多参数相关，例如密封级数和长度、抽气管道的直径和长度、真空泵的抽气速度和极限真空度等。而目前文献很少关注这些设计尺寸和泵的参数。而关于真空气浮轴承尺寸优化，Khim等[67]进行了一些研究。

1.2.6.2　真空气浮轴承二维分析理论研究

目前关于真空气浮轴承的研究，都是采用一维理论研究轴承的性能。例如，Fukui等[63]、Shigehisa等[64]根据波尔兹曼方程建立了一维分析模型，对实验装置的密封性能进行了分析。Yoshimoto等[65]针对径向静压真空气浮轴承，根据真空流导理论，建立了一维分析理论，分析了轴承的密封性能与结构尺寸的关系；研究结果表明，三级密封系统的密封性能与O形圈密封性能相当。Khim等[67]针对具有多抽气系统的真空气浮滑块，利用一维分析模型分析了滑块水平速度、倾斜度对腔室内压强的影响，并实验研究了真空腔室制造材料的吸附效应和除气效应对腔室内压强的影响。Schenk等[61]、Ramanaiah等[62]针对圆环形平面静压气浮轴承，建立了一维分析模型，分析了真空环境下小孔节流和多孔介质节流分别对轴承静态性能的影响，认为在真空环境下，轴承的承载力和刚度都明显减小，而采用两级抽气系统，腔室内真空度将提高两个量级。

但在工程应用中，为了提高轴承的承载力和刚度，通常在轴承承载区域加工均压槽，或者采用多孔节流，此时在承载区域的压强分布不是一维的，所以需建立二维分析模型，分析承载区域的压强分布及轴承承载力、刚度和密封性能。目前还没有见到有关真空气浮轴承二维分析理论研究的报道。