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.      

基于有限元方法的液体动静压主轴系统数字化分析

轴承的支撑特性与主轴系统的动态特性直接影响着磨削加工质量,液体动静压主轴系统的动态特性主要体现在轴承的支撑刚度与阻尼.首先使用流体动力学分析技术对液体动静压轴承进行不同参数下的油膜承载能力、油膜温度场分析,进而使用动网格技术对油膜支撑刚度与阻尼进行分析.然后将所得到的支撑刚度与阻尼转化为等效模型应用到主轴系统动态特性有限元分析中,对主轴系统进行动态特性分析.最后采用实验方法测量主轴系统固有频率以验证分析方法的正确性.     

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.     

数控车床的液体动静压轴承油膜压力特性

以某高精度数控车床主轴部件为研究对象,研究建立动静压轴承油膜压力的理论模型和仿真分析模型的方法.首先将雷诺方程和油膜承载力方程转化为无量纲的形式,然后采用数值法求解得到轴承油膜的无量纲压力分布图和不同区域的压力值及分布规律.采用流体动力学软件求解轴承油膜仿真模型,获得轴承油膜压力分布,以及在不同供油压力和主轴转速情况下油膜压力变化规律,对进一步研究动静压轴承的承载能力和动静压轴承的设计提供重要的参考.将理论分析和仿真分析结果进行对比,验证了所采用的理论模型和仿真分析方法的正确性和可行性.     

深浅腔动静压轴承油膜特性

以用于某高精度数控车床主轴部件的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,在对其进行理论建模与分析的基础上,采用计算流体力学软件对深浅腔动静压轴承油膜特性进行分析.分析不同的转速、供油压力、偏心率、油膜厚度和深腔夹角等因素对油膜承载力、进油孔流量和油膜温升的影响.结果表明:进油孔流量随主轴转速的增加先增大后减小,随主轴偏心率的增加逐渐减小;油膜温度随外部供油压力的增加逐渐减小且趋于平缓;油膜厚度在0.03mm左右时承载力和温升最合适;在深腔夹角为10°时,油膜的动压效果最明显,油膜承载能力最强.     

静压轴承自控系统的动态特性

为提高精密机床主轴回转精度 ,并进一步为主轴系统动态特性的改善及其优化设计提供理论依据 ,提出了带节流器的静压轴承自控系统动态品质的分析方法。通过对主轴力平衡条件和液体流量连续性方程的分析 ,推导出系统的非线性微分方程组 ,经 Taylor和 L aplace变换后 ,建立了系统的数学模型。通过对其传递函数的描述和动特性计算 ,得出了在外载荷变化情况下系统的过渡过程曲线和对数相频、幅频特性图像 (Bode图 )。利用自控系统稳定性理论对计算结果进行了综合分析 ,评定了静压轴承自控系统的动态品质     

自补偿液体静压轴承静/动态特性有限元分析

对一种新型的自补偿双锥面液体静压轴承进行了理论和实验研究.介绍了自补偿双锥面液体静压轴承结构与工作原理,采用小扰动法建立了其润滑油膜的理论模型,自补偿节流公式中计入了转子移动对节流间隙的影响.采用有限元方法求解了轴承的承载力、流量、刚度和阻尼系数,通过对承载力的测试验证了模型的可行性.结果表明:自补偿双锥面液体静压轴承比同条件下固定节流静压轴承的径向承载力高,且其在较小载荷下工作时具有较高刚度.     

电主轴角接触球轴承摩擦学和动力学耦合分析

基于弹性流体动力润滑理论和动力学理论,对角接触球轴承(主轴轴承)进行摩擦学特性和动力学特性耦合研究.在Ansys软件中建立考虑主轴轴承摩擦学特性的动力学仿真模型,利用有限差分法求解弹流润滑的Reyn-olds方程和弹性方程,求解轴承油膜反力,在Ansys中进行动力学仿真,输出轴承零件各种运动参数特性曲线.研究表明,速度是影响主轴轴承内部弹流油膜的重要因素,在相同的预载荷、接触角等工况条件下,陶瓷角接触球轴承的内圈油膜厚度随转速增大先增大后逐渐减小,外圈油膜厚度随转速增大开始变化不明显,随后明显减小.     

改进型流量误差反馈迭代法及其空气静压轴承应用

空气静压轴承以空气作为润滑剂,尤其适用于高速应用场合。该文基于Reynolds方程,在极坐标条件下推导出止推空气静压轴承的有限差分模型。提出改进型流量误差反馈迭代法并应用于止推空气静压轴承的迭代计算中,采用伴随迭代随时更新的流量相对误差作为反馈变量,并随时修正速度因子。研究改进型流量误差迭代法的收敛特性,具体分析速度因子和迭代初值对收敛速度的影响。结果表明:迭代初值对收敛速度影响不明显,改进型方法可以增加速度因子裕度。通过研究轴承节流参数对轴承性能的影响表明:配合良好的节流孔和气隙可以显著提升轴承刚度。     

多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性

为了研究多孔质石墨静压气体推力轴承的静态特性,建立了相对应的理论计算模型.基于该模型分析了多孔质石墨密度、表面限制层、供气压力以及气体质量流量等因素对多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性的影响.理论计算结果表明,轴承承载力与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;气体质量流量与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;轴承的刚度与石墨密度、供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大.进一步设计实验台,绘制出多孔质石墨静压气体推力轴承的气膜厚度与承载力的静态特性曲线图.对比发现,实验结果与理论结果吻合较好,从而验证了数值计算方法的可靠性.     

耦合因素对混合润滑滑动轴承特性的影响

低速工况下处于混合润滑状态的滑动轴承易因变形或倾斜而发生磨损。为分析轴颈倾斜和磨损对滑动轴承混合润滑特性的影响,建立了计入轴颈倾斜和弹性变形的平均流量方程、G-T接触方程和Archard磨损方程耦合模型,采用有限差分法及超松弛迭代法计算混合润滑状态下轴承特性参数和时变磨损参数,对比了轴颈倾斜前后或磨损前后轴承的润滑性能,并分析粗糙度和边界摩擦系数等因素对各性能参数的影响。搭建摩擦磨损试验台测试了倾斜状态下轴承的润滑特性,验证了理论模型的正确性。理论分析与试验结果表明：重载大偏心时轴承转变为混合润滑状态,轴颈倾斜程度越大,轴承越容易发生混合润滑;轴承倾斜后,压力峰值和接触区域形状发生改变,磨损量因而发生变化,并且磨损深度分布沿轴向或周向倾斜;磨损降低了油膜的动压效应,并且使膜厚比降低,导致油膜压力峰值下降约20%,接触压力峰值降低约90%,承载力最高下降约19.71%;对比磨损前后的轴承形貌发现,轴颈倾斜使得磨损集中于间隙减小的一端。该研究可为实际工程中轴承的设计提供理论依据。     

滑靴副润滑油膜成膜特性的理论与试验研究

为使滑靴副具有良好的摩擦性能,应使滑靴副处于全膜润滑状态. 通过耦合流体动力润滑方程、膜厚方程、任一点速度方程、流量平衡方程以及滑靴所受的力和力矩平衡方程,建立了滑靴的摩擦动力学模型,设计了滑靴副模型试验装置,仿真分析与试验研究了工作转速与压力对滑靴副油膜特性(中心膜厚、最小膜厚以及倾斜方位角)的影响. 仿真与试验结果表明,滑靴副的油膜厚度随工作转速的升高而增大,但增大趋势逐渐变缓;滑靴副油膜厚度随工作压力的升高而减小;低速高压下,滑靴副易处于混合润滑状态.      

滚动轴承的安装与修复技术

轴承是各种机械旋转轴不可或缺的支承件。机器运转灵不灵活,完全取决于轴承的安装质量和轴承在工作中滚珠和滚道出现疲劳剥落后的修复。轴承在理论上分为两大类型：滑动轴承和滚动轴承,滚动轴承与滑动轴承相比有比较多的优点,所以本文主要研究滚动轴承的理论,主要着眼于安装以及修复两个方面的技术。     

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。     

推力滑动轴承结构参数的数值研究

以推力轴承扇形瓦块为研究对象,采用柱面坐标,通过对二维雷诺方程进行离散化求解,得出推力滑动轴承的无量纲压力分布,并通过数值计算研究方法,详细研究了瓦高比、长宽比和瓦块数对轴承润滑性能的影响规律,指出了推力滑动轴承最佳结构参数的确定方法,为推力滑动轴承的结构设计提供了理论支撑。     

环隙科特层流润滑理论

根据环隙科特流理论导出了滑动轴承偏心环隙的单位宽循环流量公式 .在以空气为介质的实验中 ,证实了Sommerfeld边界条件 ,即在最大间隙和最小间隙处的压强等于环境压强 .并分别对无限长轴承与有限长轴承建立了断面流量与坐标之间的关系 ,揭示出了这种偏心轴承可能产生的极限承载能力和最小承载能力 .并第一次提出了在最大压强、最小压强处的坐标和通过该断面的流量与相对偏心量有函数关系的观点 ,以及有限长轴承中界面上的压强分布与无限长轴承压强分布成比例 .     

发动机主轴承EHD分析研究

建立了主轴承EHD(弹性流体动力润滑)的有限元仿真模型，基于有限元法与有限差分法对不同转速下主轴承润滑特性进行了仿真，研究了不同转速下内燃机主轴承EHD载荷、弯矩、油膜厚度、油膜压力、摩擦功耗以及机油流量的变化规律。研究结果表明：随着转速的升高，最大载荷下降，平均载荷上升，最小油膜厚度值增加，油膜压力减小，液动摩擦功耗逐升高，粗糙接触摩擦功耗减小，机油流量增加。     

有限长轴承非稳态油膜力近似公式

用短轴承理论近似分析有限长轴承，只适用于宽径比比较小的情况，在短轴承理论基础上的结合Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法首次给出了有限长轴承非稳态油膜力的近似公式，既保留了由短轴承理论所给出公式的简单性，又使其在很大宽径比范围内具有很高的精度，以满足工程的需要，最后进行了实例计算。     

永磁磁浮叶轮在血泵内的偏心距测量及分析

为了消除叶轮血泵内的机械磨损、延长血泵的使用寿命，采用了永磁磁浮技术，并利用自制测试系统测量永磁磁浮叶轮在血泵内的位置，数据处理结果表明，血泵流量及转速达到一定值后叶轮便能实现悬浮，而且转速越高、流量越大、气隙越小血泵越稳定，即旋转叶轮的偏心距及振幅越小．此外，还证实两种常用的永磁轴承比作者研制的永磁轴承稳定性差．     

轴承-转子系统运动分析及主轴振动的相位控制

为限制高速运动过程中轴承转子系统的振动及提高机床加工精度,提出了通过控制可倾瓦轴承转子的振幅和相位以降低主轴前端振幅来达到提高加工精度的方法.建立了刚性轴转子系统的五自由度振动模型,并求出了转子系统振动的微分方程;通过流量平衡法求得可倾瓦轴承的供油流量,并离散雷诺方程求出了可倾瓦轴承的油膜力;通过欧拉法得出了可倾瓦轴承转子轨迹,并通过空间直线方程得出了主轴前端转子运动轨迹;通过电磁致动器作为辅助控制装置调节可倾瓦轴承转子的切向加速度和法向加速度.算例的仿真结果显示可倾瓦轴承转子的轨迹收敛成圆形,并减小了前后轴承的相位差,主轴前端振幅降低了60.26%.