节流器结构参数对Nanosys-1000液体静压导轨承载特性的影响

从实际加工角度出发,研究了节流器结构参数对Nanosys-1000超精密加工机床静压导轨承载特性的影响。利用流体分析软件建立导轨承载油垫的有限元模型并搭建了相关静压导轨实验台,研究了进口油压为1.7 MPa,油膜厚度为36μm时承载油垫的压力场分布特征,并通过对压力场积分得到油膜承载力,求导得到油膜刚度,从而揭示不同结构参数对静压导轨承载特性的影响。研究结果表明:节流器结构参数中节流孔孔径对机床承载特性影响最大,其次为节流孔孔长,出入口倒角对其影响甚微。导轨负载较小时,扩大节流孔孔径与缩短节流孔孔长有助于改善静压导轨承载特性;但在重载条件下,缩小节流孔直径,增加节流孔孔长反而更有利。将仿真数据与实验数据作对比,得到3个承载力测量点数据误差分别为7.9%,6.9%,8.6%。最后根据研究成果,确定了Nanosys-1000机床静压导轨节流孔结构参数。     

速度滑移影响下液体静压止推轴承静态性能分析

为了研究微尺度下速度滑移对液体静压止推轴承性能的影响,将速度滑移模型引入传统雷诺方程中,得到修正的雷诺方程;通过求解修正后的雷诺方程,得到速度滑移影响下八油腔液体静压止推轴承的静态性能特性。研究结果表明:速度滑移的存在并没有改变轴承性能的变化趋势,但使得相同油膜厚度下油膜压力、轴承承载力和刚度增大;随着滑移长度的增大,轴承油腔压力、承载力及刚度增大,最优油膜厚度变小;轴承的承载力和刚度随着供油压力的增大而增大,供油压力相同时,速度滑移使得轴承承载力和刚度有一定程度的增大。     

球磨机静压轴承静态压力场及流场仿真分析

针对多油腔静压轴承压力油流动的复杂性,使用通用流体有限元软件CFX对油膜进行数值模拟,分析了静态下的油膜压力及流场对静压轴承承载能力的影响.结果显示,圆形主油腔使压力场及流场稳定、均衡;不同的进油速度影响到副油腔压力的大小;通过分析轴瓦出口边缘的流线稳定性,可验证油腔尺寸合适与否.     

高速高压圆弧齿轮泵滑动轴承油膜特性研究

以用于补偿高速高压圆弧齿轮泵不平衡径向力的滑动轴承为研究对象，在对其进行理论建模和分析的基础上，利用计算流体动力学软件Fluent分析相同工况下不同初始油膜厚度、进油口直径、进油口角度、轴向封油边宽度、油腔深度等结构参数对滑动轴承油膜特性的影响，并在此基础上对轴承结构参数进行了优化，最后通过实验进行验证。研究结果表明：初始油膜厚度和进油口角度对轴承温升影响显著，初始油膜厚度或进油口角度的增加使滑动轴承温升明显减小；轴向封油边的增加使轴承承载面增大，轴承承载力和温升也随之增大；进油口直径取1.7 mm和静压槽深度取1 mm时，使轴承温升达到最低；在负载压力15 MPa、转速6000 r/min工况下，与安装未优化滑动轴承的齿轮泵相比，安装优化后滑动轴承的齿轮泵温度降低5℃。     

基于N-S方程的径向滑动轴承油膜承载力的计算

在进油口和轴肩存在的情况下,对有限长径向滑动轴承油膜承载力进行N-S方程计算,并通过与雷诺方程结果的对比验证该计算方法的可靠性。计算结果表明,偏心率及轴径转速增加,油膜承载力增加;偏心率增加,油膜承载力作用角减小;宽径比增加,油膜承载力和作用角均增加;进油压力越大,油膜承载力越小,作用角越大;进油压力为0.3MPa时,进油口直径越大,承载力越小,作用角越大。     

Temperature field distribution of non-spherical hydrostatic bearings for ultra-precision machine tools

利用ANSYS CFX流体力学分析软件建立了不同油膜厚度下的液体静压轴承流体模型,研究了非球面超精密加工机床液体静压推力轴承的温度场分布.对静压推力轴承进行了试验研究,获得了工作台上不加负载、加300 kg负载、加500 kg负载3种情况下主轴性能各参数.仿真结果表明:油腔区域初始温度为20℃,从封油边开始温度逐渐升高,其中外侧的温度要比内侧温度稍高;当油膜厚度为33μm时,最高温度为20.29℃,当油膜厚度为23 μm时,最高温度为21.72℃,油膜厚度越薄,温度越高.试验计算值与仿真值分别相差3.33％、8.33％、1.32％,证实了液体静压推力轴承设计和数值计算的正确性.     

非球面超精密机床静压轴承温度场的分布

利用ANSYS CFX流体力学分析软件建立了不同油膜厚度下的液体静压轴承流体模型,研究了非球面超精密加工机床液体静压推力轴承的温度场分布。对静压推力轴承进行了试验研究,获得了工作台上不加负载、加300kg负载、加500kg负载3种情况下主轴性能各参数。仿真结果表明:油腔区域初始温度为20℃,从封油边开始温度逐渐升高,其中外侧的温度要比内侧温度稍高;当油膜厚度为33μm时,最高温度为20.29℃,当油膜厚度为23μm时,最高温度为21.72℃,油膜厚度越薄,温度越高。试验计算值与仿真值分别相差3.33%、8.33%、1.32%,证实了液体静压推力轴承设计和数值计算的正确性。     

螺旋槽狭缝节流动静压气体止推轴承静态特性

为优化动静压气体止推轴承的承载特性,设计一种具有螺旋槽和狭缝节流器结构的动静压气体止推轴承,采用Fluent对轴承静态特性进行仿真分析,通过改变主轴转速、供气压力,研究气膜厚度、螺旋槽宽度、狭缝厚度等参数对轴承静态特性的影响。结果表明:相对狭缝节流止推轴承,增加螺旋槽结构可以提升轴承的动压效应增强,从而提升轴承的承载力和刚度;相同条件下,气膜厚度越大,轴承的承载力和刚度越小;主轴转速和供气压力增加,承载力和刚度均提升明显;螺旋槽宽度增加,轴承的承载力和刚度先增大后减小;狭缝厚度增大,轴承的承载力先增大后不变,刚度先增加后减小;狭缝深度提升,轴承的承载力减小,刚度先增大后减小。     

变黏度静压滑动轴承高速时油膜动态润滑特性

静压滑动轴承转台直径大（D=4.5 m）,高转速运行时产生线速度值很大,其内部润滑油膜受压及剪切发热导致油膜变薄进而影响到机床加工精度和运行可靠性。针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜动态润滑特性。建立该静压轴承的流量、承载力、油膜温升等理论模型,自定义用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,选取外载荷12 t,转速为80~200 r/min（线速度18~48 m/s）高速下的工况条件参数进行动态润滑特性数值模拟,并进行相同工况参数下的试验验证,揭示出高速时油膜厚度变化对油膜温度、油腔压力、封油边处流量的影响规律。研究发现,该型号轴承在承载12 t时,随着膜厚的减小,油膜剪切发热严重,温升加剧,且高速下受润滑油黏度变化影响造成压力损失严重,研究数据为工程上静压轴承可靠运行提供理论依据。     

环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究

为提升气体静压止推轴承的静态性能,设计一种新型环形多孔气体静压止推轴承。依据气体润滑原理、采用有限体积法对环形多孔气体静压止推轴承的三维物理模型进行数值模拟,研究节流器上节流孔数量、直径、分布方式和供气压力对气体静压止推轴承静态性能的影响。结果表明：节流孔数量对环形气体静压止推轴承的承载力影响显著,但孔数增加到一定程度后承载力增速放缓;节流孔直径对承载刚度影响较大,随着节流孔直径逐渐减小最佳刚度逐渐增大;节流孔排布方式和供气压力对气体静压止推轴承的静态性能均有明显影响。     

利用边界层理论确定弹性金属塑料瓦油膜能量方程的进油温度边界条件

针对推力轴承的基本结构，利用边界层理论确定弹性金属塑料瓦（EMP瓦）油膜能量方程的进油温度边界条件，结合“三峡推力轴承方案”中EMP瓦推力轴承数据，分析考虑热边界层对进油温度影响时，EMP瓦推力轴承润滑性能的变化情况。计算结果表明：考虑热边界层对进油温度的影响时，进油平均温度和最高油膜温度均有所升高，最大压力也有所增加，最小油膜厚度、流量及功耗都有所下降，说明热边界层对推力轴承的润滑性能产生了一定的影响。     

润滑油黏度对液体静压导轨性能的影响

为了提高液体静压导轨的性能,采用5种牌号润滑油,定量分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。首先,根据现场工况确定了导轨系统的初始设计参数,计算了不同温度、不同牌号润滑油的动力黏度;接着,基于导轨的力平衡方程及流量方程,建立了导轨系统总功率损失、静态性能、动态性能的线性化数学模型,以总功率损失、承载能力、静刚度、固有频率、调整时间和动刚度作为导轨系统的性能指标;最后,利用MATLAB软件分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。研究表明：增大润滑油牌号(VG22→VG100),降低工作温度(60℃→10℃),润滑油黏度增大,导轨系统总功率损失由507.58W (VG22,60℃)降低至33.93W (VG100,10℃),承载能力、静刚度、固有频率恒定不变,调整时间由29.84μs (VG22,60℃)缩短至0.46 μs (VG100,10℃),动刚度由173kN/μm (VG22,60℃)增大至10 369kN/μm (VG100,10℃)。因此,增大润滑油的动力黏度,能降低导轨系统的功率损失,静态性能不受其影响,动态性能大大提高。     

推力轴承模型试验件承载能力的实验

将一透平机械中的中型推力轴承通过相似模型化得到模型试验小型轴承,对其承载能力进行了实验,得到了轴瓦的进、出油温度和支点处的油膜厚度。实验表明,可用支点处的油膜厚度来代替最小油膜厚度的测量,为工程实际提供了一种新的测量思路     

Influence of boundary conditions and turntable speeds on the stability of hydrostatic oil cavity

The flow, bearing, and carrying capacity of the cycloidal hydrostatic oil cavity in hydrostatic turntable systems are numerically simulated, considering the rotation speeds of a turntable from 0 to 5 m/s and different boundary conditions. The vortex effect is weakened, and the stability of the oil cavity is enhanced with the increase in lubricant viscosity. However, the increase in inlet speed, depth, and inlet radius of the oil cavity causes the vortex effect to increase and the stability of oil cavity to reduce. With the increase in the oil film thickness, the carrying capacity of the oil cavity diminishes. The oil cavity pressure increases along the direction of the motion of the turntable; it is distributed unevenly because of the rotation of the turntable. With the increase in turntable speed, the location and size of the vortex scope in the oil cavity flow field and the strength of the vortex near the entrance gradually weaken and move away from the entry. The distribution of pressure is determined by the locations of the vortex. When the vortex is close to the wall, the wall pressure increases at its location. Otherwise, the wall pressure decreases first and then increases after the center of the vortex.     

螺杆泵斜-平面固定瓦推力轴承润滑特性分析

为了提升润滑油系统可靠性,避免轴承磨损,采用CFD分析螺杆泵斜-平面固定瓦推力轴承的润滑特性。计算该螺杆泵螺杆轴向力,得到油膜承载力数值范围;采用有限差分法得到油膜压力分布与厚度分布,采用有限体积法仿真分析不同油膜厚度、不同进油温度时轴承的压力场。仿真结果表明：温度通过影响润滑油黏度对轴承压载产生影响,当油膜厚度固定时,进油温度越低,润滑油黏度越大,轴承所受压载越大;当进油温度一定时,油膜厚度降低,则承载能力增加。因此,在低温启动滑油泵时,油膜由薄变厚平衡螺杆轴向力的过程中,轴承压载可能会超过许用压载,从而导致轴承磨损。     

Experimental assessment of hydrostatic thrust bearing performance

This work presents an experimental study to assess the performance characteristics of hydrostatic thrust bearings. A test rig is designed for testing two configurations of hydrostatic bearings compensated by a capillary tube, one with a mid-circular recess and the other with multi-sectors (four recesses of different recess radii ratios). The performance characteristics have been measured, namely, oil film thickness, recess pressure, pressure distribution and oil flow rate. A specially devised computer program using an iterative technique has been adopted to compute numerically the pressure distribution and predict other performance characteristics. Good agreement has been obtained between predicted theoretical performance and that experimentally measured. The results demonstrate that the bearing recess size and location have a great influence on the performance of the hydrostatic thrust bearing.     

The influence of the molecular mean free path on spherical thrust gas bearing performance

The performance of a spherical thrust gas bearing under slip flow conditions was investigated and it was shown that as the ratio of the mean free path to the minimum film thickness increased the bearing load-carrying capacity and the lubricant mass flow rate increased while the frictional torque decreased. The effect is more pronounced at lower values of inlet pressure and film thickness.