波动载荷下静压支承油膜的数值仿真

为了进一步优化静压支承系统的设计并为其安全运行提供依据,根据实际工程中的液体静压支承系统,运用CFD-ACE+建立了系统中油膜的数值模型,并进行波动载荷下动态数值模拟计算.根据计算结果,并对比理论公式,详细分析了在波动载荷下油膜承载力与刚度的变化特性以及供油速度对其变化特性的影响.结果表明:惯性作用使油膜厚度及承载力对载荷变化的响应存在一定延迟,并且该延迟受供油速度影响;油膜承载力随厚度的变化关系在载荷增大与减小的过程中并不重合;油膜刚度在载荷达到最大值与最小值时最不稳定.     

在阶跃载荷作用下液体静压支承的过渡过程特性研究

本文在考滤油液本身和所含气体可压缩的条件下,分析了在阶跃载荷作用下液体静压支承的过渡过程,求得支承系统过渡过程的特性方程、过渡过程延续时间、支承间隙的位移量,以及各参数对过渡过程的影响。在上述理论分析的基础上,得出改善静压支承过渡特性的措施,为提高机床主轴支承和运动精度,提供了新的理论依据和途径。     

液体静压支承动态稳定性理论研究

目前,液体静压支承的动态特性理论尚不够完善,有待于做进一步深入研究。本文在考虑了油液可压缩的基础上,分析了容积效应的驱振作用和挤压效应的阻尼作用对静压支承系统动态特性的综合影响,并用数学和自控理论求得稳定性的判别公式。同时,对含气液体静压支承系统的振幅频率特性进行了分析计算,得出几种状态下的失稳频率范围。最后,在上述定性及定量分析的基础上,总结出对设计有参考价值的如下结论:1.挤压效应是动态稳定因素,因此:增大支承面积;减小支承间隙;增加油液粘度。2.容积效应是动态不稳定因素,为此:减小系统压缩容积;减少反馈节流器的压力腔容积变化;减小油液中的气体含量。     

液体静压导轨静态特性的计算

液体静压导轨借助输入支承工作面的液体静压力来支承载荷,凭借其极好的静、动态性能得到广泛应用.静压导轨的油腔几何尺寸和节流阀的设计是根据油腔内的压力分布而确定的.运用有限差分法计算在稳定状态下的静压导轨油腔内的压力分布情况,从而进一步计算静压导轨的静态特性参数.计算结果表明,静压导轨的承载能力随着油膜厚度的增大呈减小的趋势,静刚度随着油膜厚度的增大而变化.     

双列内节流液体静压轴承动态特性分析

应用液体静压支承动态特性的分析原理,研究确定了有回油槽双列内节流液体静压轴承的传递函数,并在此基础上,分析了系统的稳定性及各种参数对轴承动刚度的影响,结果表明：这种轴承的稳定性很好;轴承的动刚度与载荷率近似地区正比：设计间隙和油液粘度承动刚度的影响很大,而供油压力对轴承刚度的影响很小。     

静压支承等效面积的近似计算及误差分析

对液体静压支承等效面积的近似计算进行了详尽的误差分析，提出了一种更为精确的近似计算方法，这种方法有较大的实用价值，它不仅适用于普通液体静压支承，而且也能满足大长径比开式静压支承这类特殊的静压支承工程设计的要求。     

液体静压油膜-转台系统的模态分析及参数影响

为了使液体静压油膜-转台系统运行平稳,减小其振动,根据实际工程状况,建立了液体静压油膜-转台系统的有限元模型,并对系统进行了模态分析,研究了系统参数对系统振动频率的影响;并且,利用响应面方法得到了系统参数与振动频率之间的显式函数关系.结果表明:油腔个数、材料弹性模量和油膜刚度的共同作用对系统频率产生影响;材料弹性模量对系统低阶振动频率的影响较小,对高阶振动频率的影响较大;油膜刚度对系统低阶振动频率的影响会随着系统油腔数目的增多而增大.     

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。     

无回油槽双列内节流液体静压轴承的研究

内节流液体静压轴承结构简单、紧凑、容易保证节流精度,而且双列内节流静压轴承润滑油泄漏少,功耗小,轴的挠曲刚度高,因此有必要对这种轴承的性能进行全面的研究。根据液体静压支承理论,利用流量平衡方程,分析了无回油槽双列曲节流体静压轴承的基本性能,即受径向载荷和承受弯矩的能力,得出了一些重要结论,从而为该轴承在实际中应用提供了理论依据。     

基于热油携带的静压支承油膜温度场及试验

为了更加准确地阐明静压支承油膜发热机理,提出了一种考虑热油携带的油膜温升计算方法。定义了油膜热油携带因子并推导出表达式,从理论上对不同工况条件扇环腔油垫是否发生热油携带进行了判定。建立了热油携带影响下供油温升方程,采用有限体积法进行油膜温度场模拟,得到不同工况条件下考虑热油携带的油膜温升曲线,并与试验结果进行对比分析,吻合较好。结果表明:针对本结构静压支承,当转速小于10 r/min时,任何载荷工况下均无热油携带发生;当转速大于60 r/min时,在整个载荷范围(0～32 t)内均有热油携带现象发生。当发生热油携带时,油膜温升加剧,且转速对温升的影响比载荷对温升的影响更明显。     

Influence of load capacity on hydrostatic journal support deformation in finite element calculation

Based on the application of the four-oil-pad radial hydrostatic bearing in heavy equipments, the deformation of the four-oil-pad radial hydrostatic bearing was calculated by using the finite element method. The formula of film stiffness, film thickness and carrying capacity were established; the influence of the main parameters, such as load, load area and deformation on the supportability was analyzed; and the capacity of the two kinds of bearings was compared. The result shows that the carrying capacity of typeⅠ is prior to that of type Ⅱ . Calculations provide a theoretical basis for the bearing choosing and structure designing in the actual project.     

速度滑移对液静压轴承油膜微流动影响敏感度

为了使液体静压轴承油膜性能的研究更加准确,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和有限差分方法,研究了液体静压轴承间隙油膜微流动的速度滑移现象及其对轴承性能的影响,并定义敏感度物理量对影响程度进行评估.在传统油膜流动假设条件基础上,引入Navier速度滑移边界条件对传统的Reynolds方程进行修正,通过有限元差分方法求解修正后的Reynolds方程,采用梯形积分公式求解轴承承载力等性能参数,对速度滑移影响的轴承性能的敏感度做出定量和定性分析.研究结果表明:油膜压力分布、轴承的承载力、动刚度及油腔流量等轴承性能对速度滑移都有一定的敏感性.最大油腔压力随滑移系数的增加而减小;速度滑移在一定程度上提高了轴承承载能力和油腔流量,但同时降低了轴承动刚度,流量对速度滑移的敏感度最大达到100%.     

Effect of angular misalignment on the static characteristics of rotating externally pressurized air journal bearing

This paper studies the effect of angular misalignment on the static characteristics of rotating externally pressurized air journal bearing with four degrees of freedom(4-DOF). A clearance function is used to describe the film thickness of air journal bearings with angular misalignment along two perpendicular directions. The finite different method(FDM) and an iterative procedure are applied to solve the Reynolds equation and obtain the air film pressure distribution. Various eccentricity ratios and rotating speeds are taken into considerations for the comparisons of static performances of the air journal bearing under different tilt angles. The results show that the air film thickness, load capacity, stiffness, load moment, attitude angle and volume flow rate are affected greatly by the angular misalignment.     

基于毛细管节流多油垫静压转台理论和实验研究

针对毛细管节流多油垫闭式静压转台建立主轴系统动力学模型,应用Simulink软件得到了主轴系统在偏载下的动静态特性,分析了不同外载及不同加载位置对转台油膜厚度、油膜承载力、油腔压力及转台偏转角的影响.搭建了静压转台动静态特性实验装置,对8油垫静压转台进行了动态加载实验和正弦激励扫频实验.计算结果与实验结果比较表明:该理论模型具有合理性,为静压转台的优化设计和精密机床加工精度的提高提供依据.     

极端工况静压支承润滑状态的微间隙油膜形貌表征

极端工况条件下静压支承运行过程中的极易发生摩擦学失效且润滑状态极难获得,为解决此技术难题,设计一种新型油垫可倾式静压支承结构,形成静动压混合推力轴承,提出利用微间隙油膜形貌来表征静压支承润滑状态的想法。针对新型双矩形腔油垫可倾式静压支承,建立温升和功耗、热固耦合变形、流固耦合变形及油膜形状等数学模型。分析极端工况下微间隙油膜温度场和油膜压力场分布特征,求得摩擦副热力耦合变形,获取三维油膜形貌,判断静压支承润滑状态。搭建油膜厚度测量装置,获得油膜厚度状态,验证理论分析和数值模拟所获得的油膜形貌的正确性。结果表明：极端工况下该结构润滑效果大大改善,轻载高速时热变形起主导作用,油膜厚度差异较大。低速重载时力变形占主导地位,油膜较平滑。油腔外侧封油边交角处变形最大,此处油膜最薄,易发生摩擦学失效。     

摆角铣头气体静压轴承的工程设计与数值模拟

对转速为1.6×105r/min的精密摆角铣头主轴系统的2种气体静压轴承,即双排孔圆柱轴承和闭式平面止推轴承进行设计研究.对两种气体静压轴承在不同节流方式、不同节流孔直径下的最佳气膜厚度和对应的最大刚度进行设计计算,得到该轴承结构参数对其刚度的影响规律.利用FLUENT软件对所设计轴承的气体流动状况进行数值模拟,得到偏...     

平行圆盘形静压支承的理论研究

本文阐明了平行圆盘形静压支承的最大油膜刚度，最大承载能力和最小功率损耗等性能参数与圆盘支承结构参数之间的关系，并得到了最小油膜厚度与阻尼管结构参数的关系式，为该类支承的结构设计提供了简捷的方法．     

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。     

液体静压转台系统动力学分析及参数影响

为了控制液体静压转台系统的振动,将液体静压转台系统承载力进行了泰勒展开,从而将非线性油膜力等效简化为弹簧阻尼器系统,建立了液体静压转台系统的有限元模型,并对系统进行模态分析和谐响应分析,研究了油腔几何参数对系统动力学特性的影响,探讨了油腔数目、材料弹性模量、等效油膜刚度及等效油膜阻尼等参数对系统动位移的影响.结果表明:随着油腔外半径、初始油膜厚度和油腔深度的增大,系统的固有频率值将减小;封油边宽度增大,系统固有频率则增大.根据油腔布局的不同可以看到:4油腔系统的动位移最小,16油腔系统的动位移最大,系统在低频范围的动位移比高频范围大.材料弹性模量、等效油膜刚度和等效油膜阻尼对动位移有显著影响.该研究为液体静压转台系统的动态设计和提高转台的加工精度提供了参考依据.