主动磁力轴承支承刚度特性研究

以单自由度磁力轴承为研究对象,建立非线性支承力模型,通过对磁力轴承非线性支承力特性的分析,揭示出磁力轴承支承刚度与控制器参数之间的非线性关系,对磁力轴承结构设计以及控制器的设计具有指导作用.基于非线性支承力模型和线性支承力模型设计不同的控制器,对磁力轴承转子系统进行刚度试验,结果表明,基于非线性刚度模型设计的控制器具有较好的稳定性和较高的刚度,并满足系统的回转精度要求.     

考虑滚子位置变化的圆柱滚子轴承非线性刚度特性分析

以圆柱滚子轴承为研究对象，考虑轴承运转过程中滚子周向位置分布的周期性变化，对经典圆柱滚子轴承载荷分布理论进行改进，并对由此引起的轴承刚度时变特性进行分析，同时研究圆柱滚子轴承平均刚度及平均接触滚子数随径向力的非线性变化规律。为了对改进理论算法进行验证，采用有限元接触分析方法对圆柱滚子轴承刚度及滚子接触状态进行分析。研究结果表明，改进理论算法和有限元接触法均能准确预测轴承瞬时刚度的时变特性及平均刚度随径向力的非线性变化特性，同时证明轴承平均接触滚子数的改变是轴承刚度变化的根源。基于改进理论算法进而分析轴承初始径向游隙、径向力、滚子设计数量等关键参数对圆柱滚子轴承性能的定量影响规律。     

高刚度数控车床主轴有限元分析

基于对具有硬质车削功能的高刚度数控车床的主轴相应的高精度、高刚度要求,在对主轴分析研究的基础上,采用弹簧阻尼单元模拟轴承支承,建立主轴的有限元模型,进行静、动态特性分析,并对固有频率随轴承支承刚度的变化关系进行了模拟研究。计算结果表明,采用该方法分析高刚度数控车床主轴单元可以得到满意的结果,为工程设计提供了一定的参考。     

高精度金刚石工具磨床主轴结构设计及有限元分析

对高精度金刚石工具磨床主轴系统进行了结构设计,分析了轴承预紧力对主轴温升和刚度的影响。分析结果表明轴承预紧力对主轴支承刚度有显著影响。在考虑轴承径向刚度和轴向刚度的基础上,研究并建立了主轴的有限元模型。利用有限元软件ANSYS对主轴单元进行了动静态特性分析,结果表明所设计的主轴系统能够满足金刚石刀具刃磨要求。     

基于CFD的深浅腔液体动静压轴承承载特性研究

针对工程上常用的雷诺方程假设条件较多,计算精度尚不能满足高速精密轴承设计需要的局限,采用基于N-S方程的CFD软件研究了深浅腔液体动静压轴承工作参数和结构参数对轴承刚度、流量和温升的影响规律,并对轴承刚度进行了实验研究。经理论与实验分析证实,轴承刚度理论值与实测值两者吻合较好,从而证实了基于CFD软件分析结果的可靠性和分析方法的可行性。     

局部多孔质气体静压径向轴承的建模与仿真

针对目前超精密机床制造需要高承载、高刚度气体静压轴承的情况,设计出一种局部多孔质气体静压径向轴承。建立了局部多孔质气体静压径向轴承的数学模型,并仿真了各参数对轴承静态特性的影响。结果表明,选择合适的平均半径间隙、节流器直径和渗透系数、轴承直径和长度可以获得最大的承载值和刚度值。     

气浮台轴颈轴承的参数设计

单轴气浮台气体轴承由止推轴承和轴颈轴承组成,轴颈轴承虽没有负载要求,但要求具有较高的气膜刚度和一定的径向抗干扰力。对气浮台轴颈轴承按最大刚度准则进行抗干扰设计,表明轴颈轴承采用2个短轴承比长轴承更能提高刚度和抗干扰力。分析轴承供气孔位置、气膜间隙、供气孔数以及供气孔直径对轴承静态特性的影响,确定轴承的最佳参数以获得较大的气膜刚度和良好的静压稳定性。对设计的轴颈轴承进行径向抗干扰力校核,保证了气浮台具有良好的工作性能。     

波箔片制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响

为探究制造误差对径向波箔轴承的影响,基于Timoshenko梁单元建立波箔片变形的简化模型,基于ABAQUS建立波箔片的实体模型,并对比2种模型下波箔片的静刚度。结果显示,Timoshenko梁模型和实体模型的波箔片静刚度曲线较为吻合,且均呈线性变化。建立径向波箔轴承的实体模型,对轴颈进行位移加载,分析轴承的静刚度特性。结果显示,在考虑摩擦时,轴承的静刚度存在明显的滞回特性。设计存在2种不同误差类型的径向波箔轴承,并对其静刚度特性进行分析,发现波高误差对静刚度的影响大于波距误差,且控制起主要支承作用的波纹的波高误差能够有效降低制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响。     

基于有限元方法的高速凸轮轴磨床电主轴的模态分析

利用有限元法分析高速凸轮轴磨床主轴的动态特性,并对前后轴承的刚度和止推轴承的位置进行分析,为类似的液压主轴设计提供依据。     

超精密空气静压主轴静态性能的数值分析

为了对超精密空气静压主轴静态性能进行数值分析，利用有限元法求解空气静压轴承内的压力分布，计算径向和止推轴承的承载、刚度和供气流量。研究轴承参数对轴承静态性能的影响，提出空气静压轴承的设计准则。推导出精密主轴承载、径向刚度、轴向刚度和角刚度的计算公式。实验证明数值分析是正确的。     

电磁轴承刚度阻尼自动测试

针对电磁轴承刚度阻尼难以测量的问题,设计一套电磁轴承刚度阻尼测试系统,实现电磁轴承刚度、阻尼的自动测量.该系统激振器由自行研制的LabVIEW测试系统产生,电磁轴承传感器作为拾振器,自行研制的测量分析系统作为测量分析工具.给出电磁轴承的刚度和阻尼测量结果.根据本系统获得的电磁轴承支承转子的刚度、阻尼特性,对控制器的优化设计以及转子模型的优化设计有一定的指导意义.由于电磁轴承具有可控刚度和阻尼特性,因此可利用等效刚度和等效阻尼概念选择控制系统参数,简化设计过程.对实验室的样机台架进行具体分析,证实这种方法可行.分析结果还表明,若控制参数选择合理,将获得令人满意的减振效果.     

配对角接触轴承刚度和摩擦力矩分析计算

对配对角接触轴承刚度和摩擦力矩进行了分析，推导出配对预紧轴承的轴向、径向刚度和摩擦力矩公式，并对刚度误差进行了分析，以A型轴承为例，对推导出的计算公式进行了验证。     

空气静压轴承静刚度有限元非线性分析

在空气静压轴承的设计和应用中,由于非线性问题,常常难于定性确定轴承气膜刚度.采用有限元方法对空气静压轴承的静刚度进行分析,以通用有限元软件Ansys为分析平台,对轴承进行全参数三维实体建模,分析了轴承在不同偏心率下气膜上的压力分布,得到不同偏心率下轴承的承载力和静刚度变化规律.结果表明,当受载发生偏心时,空气静压轴承的静刚度表现出高度的非线性.     

基于等效电流法的永磁轴承分析

承载力和刚度的计算分析是永磁轴承设计的主要内容.基于等效电流法建立了永磁轴承的数学模型,推导出了轴向磁化永磁轴承轴向力及径向力的理论计算公式,并将数值计算结果与基于等效磁荷法的计算值进行了比较,进一步说明了两种算法的等效性.对径向采用主动磁悬浮轴承、轴向为永磁轴承的转子系统的轴向承载力及刚度特性进行了试验研究,得出一些对永磁轴承的设计可以提供一定参考的依据与结论.     

具有鸟翼轮廓仿生槽的动静压气体轴承静态特性分析

基于仿生学原理和几何重构法,在动静压气体轴承上设计具有鸟翼轮廓仿生槽,以提高其承载能力及刚度。运用变分法求解雷诺方程并使用FLUENT软件,对鸟翼轮廓仿生槽动静压气体轴承进行静态特性仿真分析,研究轴颈转速、供气压力、偏心率、槽深以及槽偏角对轴承静态特性的影响。结果表明：在偏心率相同时,随着轴颈转速的增加,轴承承载能力和刚度随之增大,随着供气压力的增加,轴承承载能力逐渐增加、刚度逐渐减小;当气膜厚度一定时,随着槽深的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势,随着槽偏角的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势。     

惯性稳定平台用球面洛伦兹轴承

为克服现有惯性稳定平台姿态补偿力矩带宽低、偏转角小的缺陷,提出了一种基于洛伦兹轴承的惯性稳定平台,介绍了其结构、工作原理和球面洛伦兹轴承方案.采用等效磁路法建立并分析了洛伦兹轴承的数学模型,得到了其径向偏转电流刚度.综合考虑气隙磁密均匀性和偏转刚度,对球面洛伦兹轴承进行参数设计,并通过有限元法对洛伦兹轴承进行电磁分析.结果 显示,绕组区域最大和最小气隙磁密分别为0.336 T和0.318 T,气隙磁密变化率为5.6％.基于设计参数,绘制了惯性平台不同角度下偏转刚度曲线,得到了平台不同工作状态下的控制带宽.     

带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承静态特性

设计带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承,运用FLUENT对其静态特性进行仿真分析,通过改变轴向微通槽深度、偏心率、气膜厚度、供气压力等参数,研究其对轴承刚度和承载能力的影响。结果表明：其他条件不变,偏心率越大,轴承刚度越小、承载能力越大;人字槽可以提升气体轴承的承载能力和刚度,主轴转速越快,动压效应越强,轴承刚度和承载能力越大;随微通槽深度增加,轴承刚度先增大后保持稳定,轴承承载能力先增大后减小,因此当微通槽深度过大时,轴承刚度变化不大,但轴承承载能力会减小。     

高速精密电主轴静压滑动轴承设计及性能分析

针对智能产线数控加工中心的需求，对电主轴支撑轴承进行了设计，设计的轴承为四油腔静压滑动轴承，核心设计参数包括内径、封油面宽度、回油槽宽度、节流比及半径间隙等。建立了静压轴承支撑刚度的计算模型，计算获得设计轴承在载荷为100～700 N时的刚度值为6.0×10⁷～10.2×10⁷ N/m。分析了封油面宽度、回油槽宽度、节流比和半径间隙对刚度的影响，对轴承设计参数进行了优化，优化后轴承的刚度值为11.4～29.8×10⁷ N/m。进行了轴承的静刚度测试，载荷为100～700 N时水平刚度为3.1×10⁷～25×10⁷ N/m、垂直刚度为2.5×10⁷～23×10⁷ N/m。研究结果表明：封油面宽度和半径间隙对静压轴承刚度影响较大，是重要的设计参数；刚度试验测试值比理论计算值偏小，原因可能是制造和装配误差导致的轴承节流器、油腔等结构的性能对尺寸误差较为敏感导致。     

龙门式平面磨床电主轴传动装置动态特性分析

以某龙门式高精密光学玻璃平面磨床电主轴传动装置为研究对象,应用弹簧阻尼单元模拟静压轴承,建立电主轴传动装置的有限元模型,分析其动态特性。首先,采用不同的弹簧阻尼单元刚度值,得到静压轴承刚度的变化对电主轴传动装置模态分析的影响特点。其次,调整装置整体结构阻尼比值和静压轴承刚度,对电主轴传动装置进行谐响应分析,得到结构阻尼比、轴承刚度对装置谐响应峰值及动刚度的影响特点。结果表明结构阻尼比、轴承刚度对靠近砂轮处机构的动刚度影响显著,改进此处的阻尼及采用单油腔刚度达到300 N/μm的四油腔静压轴承有利于增大装置动刚度,减小振动幅度,提高加工精度。     

气体静压小孔节流与多孔质节流性能的比较

本文给出了传统的小孔节流和多孔质节流轴承的理论分析，分析了外部供压气体轴承的进气形式对轴承性能的影响，对于不同类型的小孔节流和多孔质节流的轴承，本文给出了实验结果，并对轴承的性能参数即承载能力，刚度等进行了比较，作者分析了小孔节流和多孔节流止推轴承的承载能力和刚度，结果表明多孔质止推轴承同小孔节流轴承相比，具有高的承载能力。