表面节流空气静压润滑轴承性能研究

从雷诺方程出发，将静压止推轴承按气膜厚度不同划分计算区域，推导出控制方程的有限差分形式，采用超松弛迭代法对轴承静态特性进行数值求解，分析了不同参数对轴承性能的影响，研究了表面节流止推轴承内部气膜压力分布的规律，并通过实测值对计算结果进行了验证。     

特征线坐标系下柱对称超音速流膨胀波计算方法研究

在静压圆盘止推气体轴承柱对称超音速流膨胀波系的计算中,借鉴Liepmann的特征线坐标系与自然坐标系变换理论和Liepmann引入两个黎曼不变量的方法,使得边界条件的处理更为直观和简便。采用特征线坐标系下的特征线法,推导计算该膨胀波系所用到的基本计算公式,将其应用于 P-M 流动并与 P-M 流动理论解进行比较。结果表明,数值计算结果与P-M流动理论解吻合,该计算方法可行。     

理想气体条件下平行圆盘止推气体轴承承载力特性研究

在高供气压力和大间隙下,平行圆盘止推气体轴承间隙中呈现出超音速主流区与边界层的复杂作用而导致高度复杂的流场。为探讨超音速主流区的特性,采用绝热理想气体和简化轴承模型分析环境背压不变时气膜间隙中流动状态与供气总压的依赖关系,推导出以供气总压和马赫数为主要变量的不同流态下轴承承载力的计算公式。结果表明,随着供气总压的变化,间隙内可能出现4种不同的流动状态,具体由供气总压与3个特征滞止压强的比值来决定;3个特征滞止压强与出口背压的比值仅取决于圆盘的内外半径比。当供气总压在环境背压和第2特征滞止压强之间时,随着供气总压的增大,轴承承载力从0降至最低负值;当供气总压大于第2特征滞止压强时,轴承承载力随着供气总压的提高而线性增大。     

凹面状态下多孔质节流气体静压止推轴承的特性研究

针对凹面状态下多孔质节流气体静压止推轴承特性,采用Fluent软件进行流场计算,分析凹面高度和凹面弦长对气体静压止推轴承静态特性的影响,同时,对比研究凹面和理想平面时供气压力和气膜间隙对压力分布的影响,得出如下结论:随着凹面弦长的增大,凹面多孔质节流气体静压止推轴承的压力分布越均匀,轴承承载力减小,但刚度和耗气量增大;随着凹面高度的增大,凹面多孔质节流气体静压止推轴承的压力分布越均匀,但轴承承载力和刚度减小,且耗气量增大;在凹面状态下,由于流场内压力分布相对均匀,在供气压力增大或气膜间隙减小时,轴承的承载力及刚度变化更加明显。     

微孔节流气体静压止推轴承的静态特性研究

针对微孔节流气体静压止推轴承的静态特性,利用CFX、Solidworks等软件分别对微孔节流、小孔节流、环面节流气体静压止推轴承进行模型建立、网格划分及迭代求解。通过对比分析气膜厚度、节流孔深度等对3种节流类型轴承的承载力、刚度的影响,以及3种轴承的流场流线图,得到如下结论:微孔节流气体静压止推轴承与小孔节流、环面节流气体静压止推轴承相比,具有较好的刚度;微孔节流气体静压止推轴承的气膜厚度为8～11μm、节流孔深度为3～5mm时,轴承静态特性较好;气体从微孔节流器流出后的压力值小于气体从小孔节流器以及环面节流器流出后的压力值,但微孔节流器的耗散效应小于小孔节流器以及环面节流器的耗散效应。     

磁头/盘界面超薄气体润滑雷诺方程的数值求解

针对利用一般数值方法求解超薄气膜润滑雷诺方程时出现的不易收敛问题,提出了基于PDE工具求解气体润滑雷诺方程的方法,计算了具有不同克努森数和最小间隙的平板型滑块空气轴承和双轨型滑块的气膜压力分布.并求解了作用面上的轴承力.计算结果与利用MGL方法和DSMC方法求得的计算结果比较表明,该方法具有足够的求解精度,且收敛速度快.该方法为具有复杂磁头形貌特征的超薄气体润滑雷诺方程求解提供了一种方便、准确的方法.     

两平行旋转圆盘间隙内粘性层流的解析解

研究两平行旋转圆盘间隙内粘性层流的流动，求解解析解，方法通过分析两平行旋转圆盘间隙内粘性层流的流动特点，利用数量级比较的方法，对粘性流体运动方程（Ｎ－Ｓ方程）进行了简化，并进行积分以求得缝隙内粘性流场的解析解。结果求得了两平行旋转圆盘间隙内粘性层流的速度、压力、粘性力、剪切应力、粘性力矩和功率等多数。结论所得结果为涉及此类流场的机构，如滑差离合器、液压泵和马达的配流盘、液力止推轴承等的设计提供了理论基础和有效的方法。     

微尺度下速度滑移对空气静压导轨性能影响

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性,引入气体稀薄效应中的速度滑移算法到Navier-Stokes方程,推导出体现微尺度条件下空气膜流动特点的雷诺方程,进而对气膜内的压强分布进行了仿真分析,根据得到的压强分布计算气膜承载力和刚度随气膜厚度变化的规律,通过试验对得出的结论进行了间接验证,与分析结果吻合.     

空气静压推力轴承压力分布实验台研制

为解决空气推力轴承气膜压力分布问题,研制了一种新型气体润滑止推轴承性能测试试验台.该实验台利用弹簧拉伸、压缩平衡原理实现对气浮块加力,利用力传感器测定施加载荷大小,采用精密数控X-Y工作台实现压力分布的连续测量.得到的实验结果与气体压力分布的数值分析结果吻合.结果表明该实验台能够自动测试轴承间隙内的压力分布,且数据采集自动化程度高,测量精度便于控制等特点.     

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...     

高速重载静压推力轴承温度场速度特性

针对重型立式数控装备中所用的大尺寸静压推力轴承的润滑问题,建立了模拟静压推力轴承本体及间隙油膜三维流动的数学模型及边界条件,采用ICEMCFD软件对环形腔的静压推力轴承内部流体温度场进行仿真模拟,获得了旋转速度和间隙油膜温度的关系,得到了其温度场的分布规律.结果表明:间隙油膜温度随着工作台旋转速度增加而增加,最高温度出现在半径内侧与外侧封油边和油腔形成的阶梯附近,最低温度出现在回油槽处.     

4种表面微观结构推力轴承的承载特性研究

设计了凹圆、凸圆、凹条、凸条4种典型的表面微观结构,并采用有限元方法对这4种表面微观结构推力轴承在液体中的承载特性进行了研究,分析了各表面微观结构轴承在不同轴承间隙、转速和液膜黏度等工况条件下对承载力的影响规律。结果表明:4种表面微观结构轴承在液体润滑条件下均能产生承载力,不同微观结构轴承在相同工况条件下承载力大小不同,推力轴承的承载力随轴承间隙的增大而逐渐降低,随轴承角速度的增大而增大,随润滑液液膜黏度的增加而增大;凸形微观结构推力轴承的承载力受轴承间隙、转速和液膜黏度的影响较大,而凹形微观结构推力轴承的承载力受以上因素的影响较小。     

精密离心机气体静压轴承刚度测试新方法研究

为了获得精密离心机气体静压轴承刚度高精度的测试结果，在离心机主轴轴线的某一平面内放置两个电容测微仪，测试主轴几何轴线的径向位移。通过离心机上下两个校正面的动平衡执行机构，分别设置一个静不平衡与一个偶不平衡。分析电容测微仪输出的振动矢量，建立以气体静压轴承刚度为未知量的离心机转子的力矩方程。应用计算机，从设置静不平衡与偶不平衡、数据的采集到数据处理，实现精密离心机气体静压轴承刚度在线自动测试。该方法大大地提高了气体静压轴承刚度的测试精度与测试效率。     

波箔气体轴承温度场计算与动静态性能分析

为计算波箔轴承的温度场分布,研究轴承的热特性,推导了考虑外部冷却条件时的平箔片内表面等效对流换热系数,将箔片一侧的导热换热模型耦合到气膜三维能量传递模型中.建立轴承套、转子的导热与对流换热模型,耦合求解非等温Reynolds方程、气膜能量传递方程、箔片变形方程.计算并分析轴承转速、载荷、外部冷却气流等因素对轴承温度的影响,分析了轴承的静动态性能.结果表明:转速对轴承温度影响很大,温度随载荷变化不大,冷却空气的冷却效率随流量增大逐渐降低.与等温条件相比,非等温模型的轴承承载能力较大,且具有较大的动态刚度与阻尼.     

考虑能量方程影响的燃气管道流动特性分析

采用特征线法对高压燃气长输管道非稳态流动的数学模型进行了数值求解,考虑能量方程和城市用气规律,对燃气管网非稳态流动问题从理论上进行了分析,解决了由于忽略能量方程所带来的计算精度低的问题,编制出了用户负荷随时间变化时,压力、温度、流量沿管线分布的动态模拟程序,并给出了计算实例。     

气体轴承-转子耦合作用下离心机回转误差计算

针对精密离心机气体轴承-转子耦合系统,采用计算流体动力学方法计算径向、止推轴承的承载力;通过拟合方法获得考虑偏心和供气压力的气体轴承的承载能力非线性模型,并基于有限元法建立轴承-转子耦合作用下的动力学模型,对重力、不平衡量、非线性气膜力作用下的转子动力学进行耦合计算,得到不同偏心量下转子回转误差轨迹图。结果表明在不平衡量为3 kg·m时转子回转误差最大为1.03 μm,误差在μm级,满足10-6精密离心机的回转误差要求。