静压支承动静特性及运动误差研究进展

目前对静压支承动静态特性的研究依赖于所采用的节流器形式和结构形式,主要集中在静压轴承(径向轴承和推力轴承)的油腔形状、轴承结构、轴承表面粗糙度、润滑介质和轴承弹性变形的影响,对于静压支承热效应的影响及静压导轨动静特性的研究涉及较少。对静压支承运动误差的研究大都是从运动件静力平衡出发,未考虑运动速度和结构变形对运动误差的影响。最后,从静压支承的标准化、模块化和产业化研究,静压支承的热效应研究,静压导轨的动静特性研究以及服役态下静压支承运动误差研究等方面提出研究展望。     

毛细管节流静压油膜轴承动态特性分析

针对毛细管节流的径向和推力静压油膜轴承,在对流经轴承各油腔流量模型进行线性化处理的基础上,建立了毛细管节流的静压轴承流量连续性方程及轴承一主轴系统动力学方程,推导出毛细管节流的径向和推力静压油膜轴承的传递函数.采用MATLAB软件对毛细管节流的推力静压支承进行了仿真计算,仿真计算结果与广州机床研究所做实验的实测结果进行了详细的对比,有较好的一致性,说明所建模型和所采用方法的有效性.在实验验证的基础上,开展了主轴旋转速度对毛细管节流的推力静压轴承动态特性影响的仿真分析,同时探讨了供油压力、油膜厚度对毛细管节流的径向静压轴承动态特性的影响规律.     

液体动静压轴承油腔结构对承载特性的影响

动静压轴承中油腔结构对轴承的承载能力有着一定的影响。本文在结构建模的基础上,基于FLUENT对液体动静压轴承压力场的分布进行了数值计算,分析了承载能力与油腔深度的关系。研究结果显示:浅油腔结构动静压轴承的承载能力比深油腔的承载力提高了17%,表明浅腔结构具有更好的承载性能。     

嵌入控制油腔的静压滑动轴承可控性研究

针对主动控制静压轴承转子运动的可控性和稳定性有待提高的问题,提出了一种在传统静压轴承的油腔内嵌入控制油腔的轴承结构,并采用主动单面薄膜节流器对其供油,充分利用轴承内部的二次节流,以此提高静压轴承的主动控制性能.基于雷诺润滑方程和流量守恒方程,采用有限差分法和欧拉迭代法建立了静压主轴的轴心运动计算模型,研究了不同轴承结构和进油压力下轴承的动态特性和控制特性.结果表明:当控制腔面积占比在30%,封油边宽度为5 mm时,静压轴承同时具有良好的动态特性和控制特性.通过合适的结构设计,嵌入控制油腔的轴承结构可以提高静压主轴轴心运动的可控性.      

微机CAD系列支撑软件及丛书(10)——滑动轴承优化设计及CAD

本软件应用广泛,是高速、重型和精密机械的设备设计中不可多得的使用工具.该软件能设计以下六种滑动轴承:(1)圆柱径向动压轴承;(2)可倾瓦径向动压轴承;(3)无周向回油槽油膛式静压轴承;(4)有周向回油槽油腔式静压轴承;(5)腔内孔式回油静压轴承;(6)隙缝式动静式轴承.本软件对滑动轴承设计提供了很大的方便.本软件除可对上述轴承进行常规分析计算和优化设计,还能绘制工作图,能在微机上直接求解雷诺方程,进行优化设计和绘制工作图的全过程.     

隔热涂层对磨床主轴动静压轴承热变形的影响研究

为了减少热变形,提高高速精密磨床砂轮主轴系统的精度,将隔热涂层应用于深浅油腔动静压轴承.应用FLUENT和ANSYS两个有限元软件联合仿真分析了不同厚度与不同热导率的隔热涂层在不同的动静压轴承供油压力、主轴转速等因素下的轴承热-结构特性.结果表明:动静压轴承的温度和热变形以及它们的均布程度,都随着隔热涂层厚度的增大逐渐降低,随着隔热涂层热导率的减小而减小,随着轴承供油压力的增加而减小,随着轴承主轴转速的减小而减小;隔热涂层还具有均化轴承温度场和热变形分布的作用.高性能隔热涂层将明显降低轴承主轴热变形并且使其热变形均布,最终明显提高高速精密磨床砂轮主轴系统的加工精度.     

曲轴连杆轴颈静压轴承的设计与数值模拟

针对静压轴承在曲轴连杆主轴颈上的应用问题,设计了油腔位于连杆主轴颈上的特殊结构静压轴承和油路通道.为了保证油源压力和轴承直径的均衡,改进了静压轴承的设计方法,确定了油源压力,计算了主要参数,最后确定了满足刚度无穷大条件的κ-β0值.采用流体动力学仿真软件对所设计的静压轴承进行仿真分析,得到了轴承的压力等高线和速度矢量图...     

毛细管节流的油膜轴承结构参数设计分析

油膜轴承的结构参数对其承载能力和油膜刚性起决定性的作用,轴承结构参数主要包括腔型结构、油腔数目、节流器参数等.对上述参数进行了分析.对腔式及垫式静压轴承、偏心油楔及阶梯腔的动静压轴承进行了静态设计计算,运用数值计算方法结合MATLAB软件编程求解了轴承结构参数与油膜承载能力间的相互关系.结果表明:阶梯腔结构相比于其他几种结构形式的动静压轴承具有更为理想的承载能力.     

基于液体静压支承转台的动力学分析与数值模拟

根据实际工程中的液体静压支承系统,将油膜力简化为弹簧支承,建立了工作转台的有限元模型,对工作转台的动力学特性进行了分析。通过数值模拟,研究了单个油腔供油量相同和总供油量不变两种状况下,油腔数目对液体静压支承工作转台振动频率的影响。保持各个油腔供油量相同,在一定的供油范围内,不同油腔数目的液体静压支承工作转台的振动频率随着油腔数目和单个油腔供油量的增大而增大,且这种增大是非线性的。保持总供油量不变,且油腔数目较多(大于6)时,可以不考虑油腔数目对工作转台低阶振动频率的影响。这对进一步研究液体静压支承系统整体的动力学特性提供了一定的理论依据。     

油腔结构对高速动静压轴承性能的影响

研究了四种不同油腔形状的高速液体动静压轴承。研究内容包括轴承润滑油流量、承载能力、刚度、涡动频率，这四种油腔结构轴承分别是正方形油腔，三角形油腔、圆形油腔、角向小孔轴承。通过对这四种轴承性能比较出现，角向小孔轴承具有最优良的性能。将会在高速主轴单元中得到广泛应用。     

Simulation and experiment of starting transient flow field of the hydrostatic bearing based on dynamic mesh method

A new method is developed to assess and analyze the dynamic performance of hydrostatic bear-ing oil film by using an amulets-layer dynamic mesh technique.It is implemented using C Language to compile the UDF program of a single oil film of the hydrostatic bearing.The effects of key lubrica-tion parameters of the hydrostatic bearing are evaluated and analyzed under various working condi-tions, i.e.under no-load, a load of 40t, a full load of 160t, and the rotation speed of 1r/min, 2r/min, 4r/min, 8r/min, 16r/min, 32r/min.The transient data of oil film bearing capacity under different load and rotation speed are acquired for a total of 18 working conditions during the oil film thickness changing.It allows the effective prediction of dynamic performance of large size hydrostatic bearing.Experiments on hydrostatic bearing oil film have been performed and the results were used to define the boundary conditions for the numerical simulations and validate the developed numerical model.The results showed that the oil film thickness became thinner with the increase of the operat-ing time of the hydrostatic bearing, both the oil film rigidity and the oil cavity pressure increased sig-nificantly, and the increase of the bearing capacity was inversely proportional to the cube of the change of the film thickness.Meanwhile, the effect of the load condition on carrying capacity of large size static bearing was more important than the speed condition.The error between the simula-tion value and the experimental value was 4 .25%.     

静压轴承—主轴系统静态性能的研究

本文以小孔节流四油垫静压轴承—主轴系统为例,研究了供油压力、主轴转速.主轴轴线倾斜、轴承流量等对静压轴承—主轴系统性能的影响:研究了静压径向轴承的静态性能的计算方法,并通过对一台MB1520型外圆磨床静压轴承—主轴系统的分析计算,获得了一些很有价值的结论.     

球磨机静压轴承油膜温度场数值模拟与分析

针对球磨机静压轴承经常发生烧瓦现象,基于热传导理论,对静压轴承油膜建立数值分析模型,并利用有限元分析软件ANSYS,得到了油膜温度场分布.研究表明:三维数值模拟分析可以揭示轴瓦面油膜温度分布,解决实际工程中由于油膜很薄导致静压轴承内部温度场无法直接测量获得的问题.油膜产生温升主要是受到剪切及系统发热造成,使得油液粘度变小,从而造成油膜的刚度和承载力等性能的改变.温度峰值区出现在靠近油膜边界处,为防止温升过高,可采取风冷、降低轴瓦比压等措施.分析结果对深入研究静压轴承运行过程中油膜的动态变化和传热机理、优化设计方案具有十分重要意义.     

恒流供油液静压支承静态性能新表达式与应用

恒流供油液静压支承是液静压支承两大供油方式之一 ,主要特点是支承油囊的油直接由一个油泵供给而没有中间环节 ,因而系统非常简单也不会堵塞失效 ,但关于此类液静压支承的静、动态性能尚未见报道。本文提出了这类液静压支承的静态性能新表达式 ,计算结果证明 :它的静态与动态性能与恒压供油毛细管节流液静压支承近似 ,因此可以说静态性能欠佳 ,动态性能优良。由于这类液静压支承静态性能欠佳 ,在外加载荷作用下其轴心偏移偏大 ,因而不宜用于运动精度要求较高的机床。     

大重型数控转台静压主轴承载及蜗轮蜗杆啮合侧隙优化

大重型数控转台采用静压轴承径向定位,双导程蜗轮蜗杆精密分度。蜗轮蜗杆啮合侧隙与静压主轴轴承的刚性耦合,影响转台分度精度、重复定位精度和动态性能。基于齿轮分配器的工作原理,建立了大重型数控转台静压主轴轴承的数学模型,分析了各个油腔的压强对应关系,阐明了转台径向承载能力、承载刚性与偏心率的关系。借助激光干涉仪测量转台分度曲线,针对蜗轮蜗杆啮合侧隙的不均匀的现状,推导了啮合侧隙的最大值,提高了转台的重复定位精度及精度保持性。     

不同边界条件下液体静压油腔流场与承载稳定性数值研究

 液体静压支承系统因其承载性能好、摩擦阻力小、精度高、稳定性好的优点,逐渐成为现代高精度数控机床中的核心部件。研究不同情况下油腔承载稳定性对于提高机床加工精度具有重要意义。本文数值研究了不同边界条件以及不同转台转速下液体静压油腔内的流动状态和稳定性。选取圆形静压油腔为计算模型,转台转速范围为0-5m/s。研究结果表明：静态下,油膜厚度对油腔承载能力有很大影响,随着油膜厚度的增加,油腔压强降低,导致油腔承载能力降低;润滑油黏度增加,减弱了涡旋影响,增强了油腔稳定性;油腔深度和油腔入口半径增大,增大了涡旋影响,降低了油腔稳定性;转台的转动造成油腔中的压强分布不均,油腔压强沿转台运动的方向逐渐提高。提高转台转速,油腔内部流场中的涡旋位置和大小也会随之变化,入口附近的涡旋逐渐减弱并远离入口。涡旋的位置影响了油腔压强分布,贴于上壁面的涡旋导致上壁面压强上升,而远离上壁面的涡旋导致上壁面涡旋处的压强下降。     

油膜轴承倾斜承载对冷连轧机启动的影响

针对某CVC带钢冷连轧机启动阶段支持辊油膜轴承静压承载能力不足的问题,应用流体润滑理论,建立了轴承倾斜工作下静压承载能力的全润滑系计算模型,分析了轧机压下倾斜、油泵功率和节流器液阻对轴承静压承载性能的影响. 计算结果表明,压下倾斜过大会造成轴套与衬套的轴线出现倾斜,进而导致轴承的静压承载能力急剧下降,是造成轴承寿命缩短、连轧机启动频繁失败的根本原因. 在实际生产中,限定了轧机压下倾斜设定值上限,增大了润滑油黏度,从而有效提高了轴承的承载能力,机组启动成功率显著提高.     

基于FLUENT的插齿机主轴液压轴承静态特性研究

利用基于有限体积法的计算流体力学软件FLUENT对插齿机主轴液压轴承的流场进行三维数值仿真,计算出轴承的动静态承载能力、流量、油膜刚度,分析并得出了相关轴承结构参数对液压轴承静态特性的影响规律．结果表明：当主轴静止时,随着偏心率的增大,承载能力随之增大,静态刚度逐渐减小;低速旋转时,承载能力和刚度均随着偏心率的增大而增大;当主轴在高转速大偏心率时,存在动压效应,并且动压效应对承载能力的影响不可忽略．分析结果可以为静压轴承的设计和优化提供新的计算方法和参考依据．