PM流量控制器节流液体静压轴承静动态特性分析

将PM流量控制器用于无周向回油槽四腔向心静压轴承,建立了PM流量控制器静压轴承数学模型,重点研究分析了轴承结构参数及PM流量控制器参数对静压轴承特性的影响。研究结果表明:轴承轴流封油边系数越小、周流封油边系数越大,轴承油膜刚度和承载力越大,初始油膜间隙增大,油膜刚度减小;润滑油动力粘度较大且初始油膜间隙较小时,油膜刚度和承载力较大;液阻比越小,比流量越大,油膜刚度越大;供油压力越大,油膜刚度、承载力和流量越大。同时基于线性化下液体静压轴承系统的传递函数,利用Matlab Simulink软件在时域和频域内分别研究了静压轴承系统的动态特性。研究结果表明:在阶跃载荷作用下,随着供油压力和比流量的提高,过渡过程时间越短,静压轴承系统的动态特性越好;在正弦载荷作用下,提高供油压力、比流量都会使轴心偏移量的稳态幅值减小,油膜动刚度增大,且供油压力较比流量对系统频率特性的影响显著。     

燕尾静压导轨初始油膜厚度对静动态性能的影响

燕尾静压导轨的工作性能与其选取的初始油膜厚度密切相关。通过对由PM流量控制器调控的燕尾静压导轨进行研究,分析并推导出初始油膜厚度与静压导轨静动性能之间的函数关系。结果表明：增大导轨底层大面和燕尾面初始油膜厚度,都可以提高导轨的承载能力,但提升幅度不大;降低导轨底层大面和燕尾面初始油膜厚度,均会增大低燕尾导轨的静、动态刚度,其中导轨底层大面初始油膜厚度的变化对静刚度影响更大,燕尾面初始油膜厚度的变化则对动刚度影响更大,在实际中应该根据所设计导轨工况选取合适的初始油膜厚度。     

液体圆柱静压导轨设计参数对其性能的影响

为研究液体圆柱静压导轨的初始参数对导轨性能的影响,以内反馈节流形式的液体圆柱静压导轨为研究对象,列出力平衡方程、流量连续性方程,经推导和线性化处理得到液体圆柱静压导轨的线性化微分方程组,利用Laplace变换得到传递函数,推导出液体圆柱静压导轨的数学模型。从时域、频域内分别分析初始油膜厚度、油液黏度、供油压力对导轨性能的影响。研究表明在低频段减小初始油膜厚度、增大油液黏度和供油压力,在高频段增大初始油膜厚度,可增大导轨动态刚度,提高支承的稳定性,减小导轨间隙相对稳态位移值。在高频段,油液黏度、供油压力对液体圆柱静压导轨的动态性能影响不大。研究工作对液体圆柱静压导轨的设计提供参考价值。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明:增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

采用PM流量控制器的闭式静压导轨静态性能分析

PM流量控制器是一种预压预调型单面薄膜反馈节流器,其结构设计巧妙,油膜刚度高,动态特性好。通过研究PM流量控制器的工作原理和特点,具体分析了PM流量控制器参数对闭式静压导轨静态特性的影响,以期对PM流量控制器参数的合理选用提出理论依据。     

PM流量控制器参数对液体静压导轨运动精度影响的研究

液体静压导轨在超精密机床中广泛应用,其运动误差直接影响被加工件表面精度,因此,针对液体静压导轨运动精度的研究并不少见。然而,上述研究涉及的建模方法都具有一定的简化处理,并且少有考虑恒压式液体静压导轨中关键元件节流器的影响作用。基于运动学理论,直接建立四油垫闭式液体静压导轨准静态理论模型,研究PM流量控制器参数对运动精度的影响。分析表明,该节流器三个关键参数不影响运动误差曲线波峰波谷的出现位置,但会影响运动误差的波动程度和PV值。通过油膜反力波动分析可以解释运动误差变化机理,油膜反力波动越剧烈,运动误差变化也越显著。相对于其他两个参数比流量Kr和供油压力P_s,初始流量Q_0对运动精度的影响较为显著。研究工作旨在为PM流量控制器关键参数的选取提供理论参考。     

高精度内圆磨床液体静压导轨刚度计算

高精度内圆磨床采用了运行精度高、摩擦因数低、产生热变形小的液体静压导轨;作为磨床可移动部件与固定部件间的重要结合部分,液体静压导轨的刚度特性对磨床结构动态特性有着不可忽视的影响;介绍了液体静压支承的基本原理,计算了高精度内圆磨床进给系统采用液体静压闭式导轨对置油垫的刚度,并借助Matlab软件分析对置油垫刚度随供油压力、主油膜厚度、油腔宽度以及总间隙变化的规律,为液体静压导轨的刚度调整提供了理论依据。     

基于流量控制阀的液体静压导轨动态特性分析

以流量控制阀调节下的闭式液体静压导轨为对象,建立了导轨系统的运动学方程和流量方程,推导并线性化处理了外载荷与油膜厚度、油腔压力的微分方程组,利用Laplace变换获得了传递函数,推导了导轨动态性能的数学表达式。以现场调试为基础,绘制了油膜厚度与动力黏度、油腔压力与初始开口度的关系曲线,分析了系统的幅频、相频特性。分析了动力黏度、初始开口度对时域、频域内导轨动态性能的影响,研究结果可为工程调试提供理论基础。     

新型液体静压支承技术在机床导轨上的应用

该文介绍了液体静压导轨的工作原理,针对开式液体静压方式工作过程中存在的问题,提出采用喷射泵与PM流量控制器相结合的新型液体静压支承技术,保证了开式液压静压导轨所需的油膜厚度和刚度,并将该技术应用到机床导轨中,使机床抗振性强,运动精度高,提高了工件的加工精度。     

Theoretical Analysis and Numerical Simulation of the Static and Dynamic Characteristics of Hydrostatic Guides Based on Progressive Mengen Flow Controller

The oil film thickness of oil hydrostatic guide with constant pressure supply based on capillary restrictor is greatly affected by load,and this kind of hydrostatic guide is usually applied to the machine tools with moderate load.The static and dynamic characteristics of the guide have been studied by using some theoretical,numerical and experimental approaches,and some methods and measures have been proposed to improve its performances.The hydrostatic guide based on progressive mengen(PM) flow controller is especially suitable for the heavy numerical control(NC) machine tools.However,few literatures about the research on the static and dynamic characteristics of the hydrostatic guides based on PM flow controller are reported.In this paper,the formulae are derived for analyzing the static and dynamic characteristics of hydrostatic guides with rectangle pockets and PM flow controller according to the theory of hydrostatic bearing.On the basis of the analysis of hydrostatic bearing with circular pocket,some equations are derived for solving the static pressure,volume pressure and squeezing pressure which influence the dynamic characteristics of hydrostatic guides with rectangle pocket.The function and the influencing factors of three pressures are clarified.The formulae of amplitude-frequency characteristics and dynamic stiffness of the hydrostatic guide system are derived.With the help of software MATLAB,programs are coded with C++ language to simulate numerically the static and dynamic characteristics of the hydrostatic guide based on PM flow controller.The simulation results indicate that the sensitive oil volume between the outlet of the PM flow controller and the guide pocket has the greatest influence on the characteristics of the guide,and it should be reduced as small as possible when the field working condition is met.Choosing the oil with a greater viscosity is also helpful in improving the dynamic performance of hydrostatic guides.The research work has instructing significance for analyzing and designing the guide with PM flow controller.     

滑动轴承动压特性的影响因素研究

以某发动机惰齿轮轴承为研究对象,采用一维动力学方法进行多工况计算,针对油孔布置、载荷方向、载荷大小、轴承转速4种因素,分析滑动轴承润滑油流量、最小油膜厚度、偏位角、最大油膜压力4个动压特性参数的变化规律。结果表明：油孔布置和载荷方向主要对润滑油流量有明显影响,而对其他3个动压特性参数影响较小;油孔数量越多,油孔在圆周方向上越靠近油膜厚度最大处,则润滑油流量越大;油孔分布越均匀,因载荷方向改变引起的流量波动越小;载荷大小和轴承转速对4个动压特性参数都有明显影响;随载荷增加,最大油膜压力大致呈线性增加,而其他3种动压特性的变化速率降低;随转速增大,最大油膜压力减小的速率逐渐降低,而其他3种动压特性大致呈线性增加。     

Experimental study on the characteristics of pad fluttering in a tilting pad journal bearing

The fluttering characteristics of the upper unloaded pads in a tilting pad journal bearing were studied experimentally. In order to investigate the fluttering phenomena of the pad, the absolute vibration of the pad, the relative vibration between the bearing and the shaft, and the circumferential film thickness/film pressure were measured with the variation of the supply oil flow rate, the shaft speed, and bearing load. By analyzing the circumferential distributions of the film thickness, it was identified that the film shape of the upper pad continuously alternates between the wedge shape and the diverged shape in the rotational direction while the shaft is rotating. And it was discovered that the pads tend to a representative sub-synchronous self-excited vibration exactly like classical rotor-bearing instability, defined as the oil whirl and oil whip phenomena, with the increase of rotating speed from the cascade plot of the pad. The major finding was that the incipient fluttering velocity of the pad increased with the increase of the supply oil flow rate but decreased with the increase of the bearing load. The experimental results also showed that the fluttering amplitudes of the pad can be effectively suppressed by controlling the supply oil flow rate.     

不同微结构静压轴承油膜流动特性研究

在剪切力和压缩力共同作用下,液体静压轴承黏性油膜的液阻和流速会发生变化,导致油膜的散热能力不稳定,而增加油膜流动阻力,减小流动速度可以有效提高油膜的散热能力。为增加流体的扰动进而增强换热,在静压轴承工作面上加工不同的微结构(矩形、三角形、椭圆形),通过数值仿真方法研究微结构在不同跨度、不同深度、不同间距下对轴承工作面油膜流动速度的影响,得到黏性油膜增阻减速的有效范围。结果表明：综合微结构深度、跨度、间距变化对油膜液阻的影响,矩形微结构增阻效果最明显,椭圆形微结构次之,三角形微结构最差;当微结构间距单一变化时,只有矩形微结构可起到降低流场平均速度的作用。因此,矩形微结构可起到增阻减速的作用,且增阻减速的最佳间距范围为0.01～0.04 mm。     

混合流态下径向滑动轴承的静态特性研究

以无限宽径向滑动轴承为研究对象,考虑油膜中同时存在层流和紊流两种流态,基于层流、紊流润滑理论,联立求解雷诺方程、能量方程和温黏方程,分析油膜中流态变化,得到压力分布、承载力、摩擦力和最高温度等特性参数。结果表明:随着转速的升高和偏心率的增大,油膜内流体从完全层流转变为完全紊流要经过一个复杂的流态变化过程;与单一层流流态相比,混合流态下油膜承载力和摩擦力较大,温升较高,黏度变化较大,这表明流态的改变和热效应对轴承特性有着不可忽略的影响,在计算轴承特性时,应准确判断油膜中流态,并考虑热效应的影响。     

卸荷工况下喷油螺杆空压机性能特性研究

通过试验研究分析了在卸荷工况下的螺杆压缩机轴承供油量、排气量、轴承温度、比功率、油气比等性能参数的变化情况。研究发现：在同一排气压力下，排气量随着转速上升而下降；在同一转速下，排气量随排气压力上升急剧下降；随着转速和排气的上升，比功率增长率上升；在排气温度与喷油温度保持稳定的情况下，随着排气压力上升，轴承供油量、轴承温度上升；油气体积比随着排气压力上升而上升，最高时达到了20％，严重背离了合理的工况要求。     

高档数控机床静压转台双环形油腔流场特性仿真

为了提高高档数控机床的加工精度和稳定性,设计了一种新型的双环形油腔结构。基于流体动力学理论,并采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法,研究了入口雷诺数对油腔内部流场结构和油腔承载力的影响。结果表明:入口雷诺数对于油腔内部流场结构和油腔承载力均具有重要影响;随着入口雷诺数的增大,油腔中心凹槽内部由单胞对流发展成多胞对流;同时,油腔承载力也相应增加。通过与传统圆形油腔对比发现,在相同入口雷诺数条件下,双环形油腔具有更高的承载力。该研究对设计高档数控机床新型油腔结构、优化油腔几何结构、提高承载力和加工精度有指导意义。     

可变阻抗滑动轴承的动力系数计算

本文讨论了具有两个动力缓冲器的可变阻抗滑动轴承的动力学系数及其计算方法，建立了基于Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程和流量连续性原理的油膜压力分布理论模型，并提出了这种轴承油膜的线性动力学系数计算的压力扰动法。理论分析结果表明这种轴承可以在运行条件下有效地改变其油膜的动力特性，为这种轴承的实际应用提供了必要的理论基础。     

轴承振动对油膜层流失稳的影响

通过自行设计的实验台,实验观测了轴承振动对油膜层流失稳的影响。结果表明,轴承的振动加速了流体的层流失稳,影响油膜层流失稳的主要因素是振动的强度以及低频振动,而高频振动对其影响较小。