초정밀 수직축의 마찰 없는 고안정성 중력 평형 시스템에 대한 요구에 대응하여, 본 논문에서는 새로운 방식의 마찰 없는 공기실린더를 설계하고 공기 부상 베어링의 매개변수를 최적화하였다. 먼저, 공기 부상 베어링의 초기 매개변수를 확정하고 이에 기초하여 ANSYS 기반의 유한 요소 해석 모델을 구축하였으며, 해석 결과를 공학 계산 및 실험 결과와 비교하여 시뮬레이션의 신뢰성을 검증하였다. 이어 해당 모델을 이용하여 반응면 최적화 방법을 적용하여 서로 다른 스로틀 홀 배치(최적 공기막 두께에 해당)에서의 하중 용량, 공기 소비량, 굽힘 저항 모멘트를 얻어 최적의 공기막 매개변수를 선정하였다. 분석 결과 하중 용량은 스로틀 홀 수에 대해 비선형 변화를 보이며, 스로틀 홀 수가 증가함에 따라 빠르게 상승한 후 기본적으로 일정하게 유지된다. 이중 행 스로틀 홀 배치를 사용하면 적은 수의 스로틀 홀로 굽힘 저항 모멘트를 확보할 수 있다. 마지막으로 최적화 전후의 실린더에 대해 실험 테스트를 수행한 결과, 매개변수 최적화 후 하중 용량은 약 7.7%, 굽힘 저항 모멘트는 약 15.7% 향상되었다. 본 논문에서 제안한 반응면 최적화 기반 공기 부상 베어링 매개변수 최적화 설계는 효율적이고 실현 가능하며, 최적화된 신형 공기 부상 무마찰 실린더는 중력 평형 시스템의 사용 요구를 충족할 수 있다.

무마찰 공기실린더; 공기 부상 베어링; 유한 요소 해석; 초정밀 수직축; 매개변수 최적화