空气静压导轨气膜波动主要影响因素分析

针对空气静压导轨运动过程中出现的气膜波动问题,研究溜板气腔结构、节流器直径、供气压强对气膜内气旋及气膜波动的影响。通过仿真数据的对比分析发现气旋现象与气膜波动存在紧密的联系。从仿真结果得到了对气膜波动产生影响的因素有:节流孔的直径、气腔的结构形状和供气压强的大小。在上述的这些影响因素中供气压强的大小对气膜波动影响较大,最后试验对得出的这一结论进行了验证,与仿真结果吻合。这些分析为从导轨结构和工艺参数上对空气静压导轨的气膜波动进行抑制,提高导轨的稳定性及加工精度提供了理论依据。     

空气静压导轨气膜波动的辨识

空气静压导轨的气膜波动已成为超精密加工工件波纹度的主要影响因素.为分析空气静压导轨性能,利用雷诺方程推导出双排节流孔结构形式的空气静压导轨气膜刚度计算公式,并对相应空气静压导轨进行静态刚度检测试验以验证建立的导轨气膜刚度模型的正确性与可行性.结合静压导轨的模态分析结果,建立空气静压导轨的动力学模型.根据气浮导轨系统的动力学方程,给出气浮溜板刚度及其在加工过程中随气膜厚度变化的波动频率的仿真步骤和结果,根据引起的振动幅值分析气膜波动对加工结果的影响.利用小波变换把加工工件面形检测结果分解为各尺度下低频信号和高频信号,并把各尺度下高频信号做功率谱密度分析,从导轨气膜波动频率出发辨识出导轨气膜波动信号所在的尺度,根据相应的功率谱密度幅值推导出对加工结果的影响程度.     

应用有限体积法研究空气静压导轨力学特性

研究了润滑气膜的主要力学参数.引入有限体积法,应用理想气体等温条件下的k-ε模型封闭控制方程组对润滑气膜的力学特性进行数值分析,得出不同气膜厚度下导轨工作面上的压强分布规律.数值结果表明:导轨内气膜从节流孔沿工作面到导轨边缘的压强分布规律并非按雷诺润滑方程均匀递减变化,而是在节流孔附近存在半径约为500μm的负压区;在静压导轨气膜厚度与承载力分析的基础上,指出气膜与导轨间的气固耦合所引发的导轨弹性自激振动是静压导轨实现纳米级定位的主要制约因素.本项研究为导轨自激振动抑制、气膜振幅减小乃至空气静压导轨整体精度提高等工作做了有益探索.     

应用有限体积法空气静压导轨力学特性的研究

空气静压润滑是精密工程领域的关键技术之一,润滑气膜的压强分布、承载能力、刚度等力学特性是决定导轨稳定性的主要因素。目前,空气静压导轨设计中常采用简化雷诺方程的工程计算方法,存在静态性能误差大的特点。本文针对润滑气膜的压强分布规律、承载力等主要力学特性参数进行研究。基于节流孔出射气流为冲击射流,引入计算流体力学的有限体积法,应用理想气体等温条件下的k-ε模型封闭控制方程组对润滑气膜的力学特性进行数值分析,得出不同气膜厚度下空气静压导轨工作面上的压强分布规律。数值结果表明：导轨内气膜从节流孔沿工作面到导轨边缘的压强分布规律非雷诺润滑方程所给出的均匀递减变化,而是在节流孔附近存在半径约为500µm的负压区、峰值约为0.05MPa;在静压导轨气膜厚度与承载力分析的基础上,指出气膜与导轨间的气固耦合所引发的导轨弹性自激振动是空气静压导轨实现纳米级定位的主要制约因素。     

复合节流空气静压导轨静承载力的仿真分析

利用基于有限体积法方法的F1uent软件。对空气静庄导轨在采用不同类型节流器和不同供气情况下的静承载力进行仿真分析，其中非定常部分仿真时使用的是湍流模型，定常部分是使用理想气体的层流模型。结果表明，使用模型在非稳态状态下求解更接近实际情况，同时采用鼓形槽内凹的菱形排布的节流器，静压导轨能获得较大的静承载力。     

空气静压导轨静态性能的解析计算及分析

空气静压导轨是空气静压止推轴承的一种，在直线气浮导轨中被广泛采用。本文利用线性气源假设，将气膜中气体的二维流动化为一维流动，使雷诺方程得到简单的解析解，推导出空气静压导轨的解析计算公式，并利用该计算公式分析导轨参数对其静态性能的影响，从而为空气静压导轨找到了一种快捷方便的设计方法。     

空气静压导轨的精度研究

本文根据精密机械的精度理论和空气静压的工作方程,对影响导轨总精度的各个因素进行了较详细的探讨,并推导出了空气静压导轨的精度计算方程式。同时,对精度的综合和分配也提出了看法。     

空气静压导轨的应用研究

对小型三座标测量机的导轨进行改型设计,将原来的滚动导轨改为空气静压导轨,提出了一种新的空气静压导轨的优化设计方法,给出计算结果。介绍了气垫压力分布的理论分析和试验研究,其理论计算与试验结果趋向一致。     

均压槽尺寸对空气静压导轨静态性能的影响

引入有限体积法,采用理想气体等温条件下的k—ε模型封闭流动控制方程组,对均压槽尺寸改变条件下空气静压导轨润滑气膜流场分布进行数值模拟,得到导轨工作面压力分布图及承载力、刚度变化曲线,数值模拟结果表明：导轨承载力及气膜刚度随均压槽尺寸的增大而先增大后减小,存在一个最佳值;随均压槽尺寸增大,导轨工作面压强分布趋于均匀;但当均压槽大于一定尺寸时,气膜湍动随机性引发导轨工作面压强不规则分布,易造成偏载、导致导轨性能不稳。该结论为空气静压导轨均压槽设计及导轨系统静态性能的提高提供依据。     

超声速流下多供气空圆盘静压止推气体轴承性能分析

应用Fluent软件对多供气节流小孔盘静压止推气体轴承进行三维流场的模拟计算,分析供气小孔数、气膜间隙和供气压力对圆盘静压止推气体轴承性能的影响,并和Reynolds方程解的结果进行比较,分析气膜内发生超音速流和不发生超音速时气膜内的压力分布和马赫数情况.结果表明,应用Fluent数值模拟可以很方便地处理节流小孔进入到气膜内区域的复杂流场流动;增加供气孔数、减小气膜间隙和降低供气压力能够避免多供气孔静压止推气体轴承气膜内发生超音速.     

小孔节流静压止推轴承超音速现象分析

小孔节流空气静压轴承固定气膜厚度时提高供气压力,在某些情况下节流孔的周围会发生压力突降的现象,这时可能会在节流孔附近因激波的出现而产生超音速区.本文针对这种现象,结合FLUENT软件进行分析,指出此时气膜内的压力分布,速度分布和马赫数分布,并对其分布位置进行比较和分析.从熵增角度证明小激波的存在性并且确定其出现位置.为完善静压气体轴承边界层理论提供一定的依据.     

环形多孔节流空气静压轴承气膜流场分析

为提高空气静压轴承工作的稳定性,设计一种环形多孔节流空气静压轴承,建立其物理模型,并采用大涡模拟方法对轴承节流孔出口处附近计算区域的气膜流场进行分析。结果表明：空气静压轴承气膜压力在节流孔的出口附近气膜间隙上出现分离,但在远离节流孔的出口气膜压力曲线是重合的;节流孔数为9时轴承节流孔出口处的最大压降幅度为节流孔数为1时的26%左右,最大速度突升幅度为节流孔数为1时的43%左右,表明增加节流孔的孔数可以显著减小节流孔的出口附近压力的突降、速度的突升,提高轴承工作稳定性;在空气静压轴承工作过程中,节流孔出口处附近压力和速度的突变会产生微振动现象,而采用环形多孔节流可显著降低微振动现象。     

放射状楔形槽气浮支承静态性能分析

为提升小孔节流气浮支承的静态性能,设计一种放射状楔形槽气浮支承,该楔形槽呈放射状,其周向截面、径向截面和轴向截面分别为扇形、矩形和梯形。建立放射状楔形槽气浮支承的CFD模型,分析楔形槽结构参数对气浮支承静态性能的影响规律。结果表明：采用放射状楔形槽能够改善气浮支承的气膜压力分布,并提升其承载力和刚度;气浮支承承载力随楔形槽放射角度、入口高度和楔形角的增加逐渐增大,随楔形槽半径增加先升高后降低;气浮支承刚度随楔形槽放射半径、角度、入口高度和楔形角的增加逐渐提高。实验结果与预测结果吻合较好,验证了模型的可行性和准确性。     

非稳态工况下弹支SFD圆柱滚子轴承动态特性分析

航空发动机主轴系统中滚动轴承常与弹性支承和挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper,SFD)联合使用,以降低转子的振动.由于支承方式的改变,轴承的运动状态发生较大的变化.基于滚动轴承动力学理论和模态综合法,建立了弹支SFD圆柱滚子轴承-刚性转子刚柔耦合动力学分析模型,开展了转子不平衡量产生的非稳态载荷对弹...     

气体静压径向轴承气膜流场及承载特性分析

研究偏心率及不同供气压强条件下,气体静压径向轴承节流孔附近的气膜流场特性及承载力变化情况,并通过优化节流孔张角,提高轴承承载力.建立气体静压径向轴承三维模型,划分网格并确立模型的边界条件,采用Fluent软件对轴承内部气膜流场进行仿真计算.计算结果表明,气体静压径向轴承偏心率的增加,会导致区域气膜的压力差增大,从而提高...     

稀薄条件下空气静压导轨膜内气体流态分析

基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,沿气膜高度方向将气膜划分为近壁层、稀薄层、连续流层,提出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程。基于空气静压导轨气膜压力递减及气体流速变化规律,将气膜沿长度方向划分为压力驱动区和牛顿摩擦区。通过LAMMPS和FLUENT等仿真气膜支撑区气体流态并计算其流速和压力,得出了相关结论:气膜沿长度方向分为压力驱动区和牛顿摩擦区,沿高度方向分为近壁层、稀薄层、连续流层;气膜分层存在于压力驱动区和牛顿牛顿摩擦区;压力驱动区的气膜分层随气体流速的减小而变弱,牛顿摩擦区的气膜分层保持稳定。     

空气静压轴承流场对微振动的影响机制

为讨论空气静压轴承微振动的影响因素,针对轴承间隙的流场特性进行仿真分析,探讨流场雷诺数与微振动的关系。首先在不同的供气压下,针对轴承间隙进行跨音速流动分析,研究流场结构;其次,分析雷诺数对于漩涡流所致激励力的影响,并进一步采用流固耦合方法,讨论雷诺数对于微振动的影响;最后,建立近似模型讨论气腔容积、小孔孔径、气膜厚对流场最大雷诺数的影响,即研究轴承参数对漩涡激励大小的影响。结果表明：流场最大雷诺数可用以表征漩涡流所致扰动激励的强弱,但微振动还取决于气膜-被支承件系统的动力学性能;在气腔容积较小时,漩涡激励作用更弱,意味着轴承运转的稳定性更好。相关流动机制分析可为以削弱微振动为目的的轴承设计提供参考。     

非稳定流输送管道的耦合振动

以Timoshenko梁模型为基础,通过连续方程和动量方程建立了非稳定流输送管道的耦合振动非线性偏微分方程组,这些偏微分方程通过管壁-液体接触面的力平衡、法向速度协调方程以及流体质量守恒和动量守恒而完全耦合。耦合包括管道与液体之间的摩擦耦合、系统轴向振动与横向振动之间的耦合、管道径向与轴向的Poisson耦合。以该模型为基础分别得到了一次简化模型和用于预测输液管道流固互动现象的扩展水锤4-方程模型。分别采用一次简化模型和4-方程模型对一实验进行仿真,并与实验结果进行了比较,表明一次简化模型的仿真结果比4-方程模型更能反映耦合的影响。     

高精度气体静压轴系刚度分析

文章从多孔质气体静压轴承刚度、主轴几何刚度结构设计原则等方面论述了高精度气体静压轴系刚度的分析方法，并进行了相应的实验。实验表明石墨高精度气体静压轴系不仅精度高而且刚度高。