高精度空气静压轴承的研究

空气静压轴承是高精度轴承的发展方向之一。 文中阐述了高精度空气静压轴承的基本原理、设计特点和设计理论。将常用的孔式节流器的环形孔改进为倒角孔,通过气膜压力、轴承刚度等测量的结果表明:采用倒角孔节流器的轴承不仅能减小气体散流、非轴向流和负压的能量损失,而且在不改变轴承间隙和节流小孔孔径的条件下改变表压力比值,提高轴承的回转精度和刚度。 本文还介绍了高精度空气静压轴承的实验装置、制造方法,以及供气装置。     

微小型涡轮发动机圆锥气体静压轴承的特性研究

对用于微小型涡轮发动机的圆锥气体静压轴承的特性开展了理论及实验研究.设计了圆锥气体静压轴承的结构型式,提出了圆锥气体静压轴承的润滑模型及其数值解法,获得了圆锥气体轴承承载力和气体质量流量性能,考察了气膜厚度、供气压力和节流孔数目对轴承性能的影响.建立了圆锥气体轴承测试平台,获得了轴承的质量流量-供气压力曲线,为理论模型的验证提供了实验手段.结果表明,增加供气压力和节流孔数目可提高承载力和气体质量流量;圆锥轴承测试结果与理论结果趋势一致,数据吻合.      

节流孔径对静压圆弧槽干气密封端面流场影响的数值模拟

应用SolidWorks软件分别建立4种不同节流孔径静压干气密封三维几何模型,并运用Gambit软件对4种模型分别进行网格划分.利用Fluent软件对端面流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量、气膜开启力.同时对节流孔直径与气膜推力泄漏量比值进行优化,获得最佳结构参数.数值结果表明:端面压力在节流孔处最高,向四周逐渐下降,密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,随节流孔径的增大泄漏量上升;随节流孔径的增大气膜推力增大.     

超精密加工机床空气静压主轴系统径向气膜刚度分子动力学模拟

针对计算流体力学对超精密加工机床空气静压主轴系统进行动力学分析时的大跨尺度建模问题,该文基于分子动力学模拟基本原理和相似理论,利用LAMMPS开源软件和雷诺相似准则建立了超精密加工机床空气静压主轴系统的分子动力学微观模型。通过与文献算例比较验证了该模型的准确性,并进行了仿真分析。结果表明,在一定范围内,空气静压主轴径向气膜刚度随气膜厚度的增大而非线性减小,随主轴转速的增大而非线性增大,随进气压力的增大而非线性增大。     

基于CFD的水润滑静压推力轴承承载能力分析

基于计算流体动力学(CFD)理论,针对某水润滑静压推力轴承建立了不同的水膜模型,分析水膜厚度与轴承承载能力的关系,以及水腔厚度、进水孔直径、轴承转速对轴承承载能力的影响.结果表明:随水膜厚度的增加,静压推力轴承承载力显著减小;随水腔厚度或进水孔直径的增加,轴承承载力先增大后基本不变;水腔厚度越大,使承载能力最大的进水孔直径越小;随转速增大,轴承端泄增强,且承载能力明显下降.     

空气静压轴承动态性能仿真研究

空气静压轴承具有较小摩擦、运转平稳、使用寿命长、回转精度高且无环境污染等优点.以孔式节流空气静压轴承作为研究对象,利用建模软件,建立孔式节流空气静压轴承三维实体计算模型.通过计算流体动力学（CFD）原理,对该模型网格划分后模拟仿真轴承在一定偏心率下的旋转状态,计算并得出气膜压力分布图,分析其在不同供气压强和不同旋转速度对轴承承载力的影响,并得出影响轴承承载力因素的变化曲线.研究结果对孔式节流空气静压轴承结构设计优化具有可靠性的指导意义.     

静压空气平面轴承特性与节流器间距关系的仿真研究

基于FLUENT仿真了同孔径等间距孔式静压平面空气轴承节流器2×2阵列,得到了4种间距下阵列的质量流量、气膜压力分布、速度分布等,为优化节流器间距提供了依据。采用Pave和Hex/Wedge Cooper方法划分阵列的几何模型得到非均匀体网格,然后基于三维双精度标准k-ε黏性湍流两方程模型实现了计算流体力学仿真。仿真结果表明:在一定范围内增大节流器间距,气膜静压力平均值减小但气膜承载力增大,增速逐步减缓;节流器间距的调整不影响阵列的质量流量;随着节流器间距的增加,气膜压力从最大值向环境大气压递减的速度变小,气体平均出口速度按比例减小,气体速度死区的面积增大。     

基于静特性分析的环面节流静压气体球轴承参数设计

环面节流多孔闭式球轴承具有整体球窝面,是静压气体球轴承的一种新结构形式.按照优先考虑静刚度指标以及兼顾流量、承载力指标的设计原则,采用保角变换有限元法研究闭式气体球轴承几何参数设计的基本过程,并详细讨论了球窝外包角、供气孔包角、供气孔数和供气孔直径对轴承静特性的影响.结果表明,对轴承承载力特性影响较大的参数是球窝外包角和供气孔数,对流量特性影响较大的参数是供气孔数和供气孔直径,对轴承静刚度特性影响较大的参数是球窝外包角、供气孔包角和供气孔直径.通过分析,给出了闭式气体球轴承几何参数的推荐取值范围.     

新型静压气体球轴承侧向承载特性

在某些应用中,静压气体球轴承同时受轴向力和侧向力的作用,研究轴承的侧向承载特性十分必要。提出一种基于计算流体动力学(CFD)、三维稳态可压缩Navier-Stokes方程的数值解法,将适用于可压缩流体的改进的SIMPLE算法应用于离散方程的求解。分析中心气膜厚度和几何参数对球轴承侧向承载特性的影响,并将数值模拟结果和实验结果进行对比。研究结果表明:采用改进的SIMPLE算法对轴承流场分析结果可以较真实地反映其侧向特性;中心气膜厚度h较大时(h20μm),轴承侧向承载力随偏心率的增加而增加,且它们近似线性;轴承半径和球窝外包角对侧向特性影响很大,侧向刚度与半径的平方近似成正比。     

温度影响下箔片动压止推轴承分析

为了探讨高温、高转速透平机械中影响箔片轴承性能的温度及气膜压力场分布等因素,对以弹性支撑结构刚度为常数的箔片动压止推轴承建立了雷诺方程和能量方程,并对轴承内部的气流速度进行了分析;通过将气膜的温度、压力以及箔片的变形进行流固热多场耦合,采用有限差分法进行数值计算,得出了内部气膜温度和压力分布,由此分析了轴承结构刚度和轴承数的变化,以及气膜压力、温度和承载力的变化趋势。研究结果表明:支撑结构刚度增大,轴承间气膜的平均压力减小,平均温度上升;轴承数增大,气膜的平均压力和温度升高。设计气体轴承时弹性支承结构的刚度与转子的转速应予以考虑。     

带附加气室空气弹簧力学特性参数试验

为了揭示带附加气室空气弹簧动力学特性,基于1T15M-2膜式空气弹簧建立了带附加气室空气弹簧力学特性试验测试系统,利用自由衰减振动的方法研究了簧上质量、节流孔直径、附加气室容积等因素对系统等效刚度、等效阻尼及固有频率等力学特性参数的影响.试验结果表明:在保持弹簧工作高度不变的前提下,增加簧上质量会增大弹簧等效刚度,但簧上质量的变化对弹簧的等效阻尼比和固有频率影响不大;随节流孔直径的增大,等效阻尼先增大后减小;在节流孔直径4～7 mm范围内,等效刚度和固有频率均由最大值迅速降到最小值;在附加气室容积小于主气室容积2～3倍范围内,增大附加气室容积有利于降低空气弹簧的等效刚度和固有频率;在节流孔有效作用下,再增大附加气室容积会明显增大空气弹簧等效阻尼比.     

静压支承导轨密封边的油膜特性

基于理论分析,研究静压支承系统中静压油垫的承载力和刚度特性。利用Coons曲面法建立壁面粗糙形貌符合高斯分布的油膜三维模型,采用数值模拟手段从微观的角度分析粗糙度对密封边油膜性能的影响。研究结果表明:设计参数ηo存在1个理论最优值使得油垫承载刚度达到最大。受粗糙度影响,油膜压力分布呈现随机波动性。油膜承载力与流动速度保持线性增加关系,但随厚度的增加逐渐降低,降低幅度不断减小。相对粗糙度越大油膜承载力越高,且承载力的增加量几乎不受油膜厚度变化的影响,而流动速度变化时,承载力的增加表现为变化率基本相等。     

推力空气箔片轴承新型结构构建及其动力学性能

提出一种新型推力箔片轴承，该轴承的优点是通过波箔和平箔的组合来改变箔片轴承的轴向刚度等动态特性。以新型推力箔片轴承为对象，运用弹性力学理论分析推力箔片轴承顶箔和波箔的变形，联立黏温方程、气膜三维能量方程和等温Reynolds方程得到非等温Reynolds方程。利用小扰动法处理非等温Reynolds方程得到气膜压力的定常控制方程和微分控制方程。运用有限差分法和逐点松弛迭代法对其进行数值求解得到推力箔片轴承的气膜压力分布、气膜厚度分布、箔片变形量分布、气膜温度分布、轴向刚度、轴向阻尼等特性参数。结果表明，箔片轴承的轴向刚度和轴向阻尼随着波拱半长、楔形间隙高度差、波拱半径的增加而减小；轴向刚度和轴向阻尼随着涡动频率比、转速、波箔厚度、顶箔厚度、轴承外径的增加而增大。     

小孔节流静压轴承的模糊可靠性设计

对小孔节流静压轴承进行模糊可靠性设计.在设计中利用"可靠度"这一协调性指标,从轴承的整体利益出发,建立了以轴承的刚度最高为目标函数的模糊可靠性设计模型,编制了相应的软件进行相关的计算.实例计算表明了此方法的正确性和可行性.在液体静压轴承的使用中大部分采用定压供油系统,都是以节流器作为该系统的压力补偿元件.由于节流器的结构形式不同,使轴承上对置的油腔所产生的压力差也不同,即轴承的承载能力和压力油膜的刚度不同.     

新型双作用气浮气缸优化设计及其工况分析

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩檫力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接触无摩擦。该气缸的气浮活塞具有独立供气的特点,解决了传统气浮气缸往复运动过程中两腔气压变化时气浮活塞承载力不够而引起的活塞与缸筒接触产生摩擦的问题。采用Fluent软件仿真分析了偏心量、节流孔径、气膜厚度等因素对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响,得出了多种气膜厚度下最优的气浮活塞节流孔径;研究了偏心量、供气压力对此最优节流孔径的影响,发现了其随偏心量增大而减小、随供气压力增大而增大的规律;开展了不同工况下活塞-活塞杆组件在缸筒中非接触无摩擦运动时的受力情况分析,得出了气缸空载工况时最低供气压力以及加载工况时最大外负载力与供气压力的关系式。研究结果可为该气浮活塞外径和节流孔径参数的选取、供气压力的确定提供参考,进而达到不同工况时满足径向承载力要求后的耗气量尽可能少的目的。     

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.     

真空预载型多孔质空气静压轴承的静动态特性分析（英文）

为进一步提高轴承刚度,将真空预加载技术与多孔质空气静压轴承相结合,使轴承在没有额外预加载导轨的情况下获得双向刚度。探讨工作条件和结构参数对真空预载型多孔质空气静压轴承性能的影响,基于计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对其静动态特性进行了数值分析。深入研究了供气压力、真空度、渗透率、真空抽气口直径、扰动幅度和扰动频率等因素对轴承性能的影响。结果表明,相比于一般多孔质空气静压轴承,真空预载型多孔质空气静压轴承的刚度提高了22.34%;工作条件和结构参数对其静态和动态特性有显著影响。该研究结果对高刚度空气静压轴承的性能研究和优化设计具有一定的指导意义。     

新型空气静压推力轴承承载能力的实验研究

用弹性薄板实现的可变均压槽与固定均压槽结合应用的新型空气静压推力轴承具有高刚度的优点,本文运用空气静压推力轴承性能测试试验台测试空气推力轴承的气膜间隙,气膜压力分布,承载能力。对新型气体静压推力轴承的承载能力进行了实验研究和分析,结论证明该新型气体静压推力轴承的计方案能够提高轴承的承载能力。     

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.     

基于静特性分析的环面节流静压圆盘止推气体轴承参数设计

用保角变换有限元方法研究环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数对其静特性的影响。结果表明,对承载力和流量影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对静刚度值影响较大的参数是无量纲供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。依照优先考虑静刚度指标兼顾流量、承载力指标的设计原则,得出较佳的几何参数取值范围。