基于CFX的液体静压轴承关键参数优化

为研制某曲轴随动磨床砂轮主轴系统,首先要对液体静压轴承进行设计。为此利用计算流体动力学软件CFX对液体静压轴承内部流场进行数值模拟,从油腔深度、小孔节流器孔径、轴承间隙3个关键性参数进行优化研究,通过分析油膜压力分布,求解最优参数。结果表明:通过分析对比液体静压轴承内部流场的数值模拟结果可以看出,最佳的油腔深度、小孔节流器孔径、轴承间隙对轴承承载能力起着非常重要的作用,也为后续研制该磨床液体静压轴承和对该类型的液体静压轴承的流体动力学分析提供参考。     

基于小孔节流的静压油膜轴承动态特性分析

静压轴承的动静态特性在很大程度上受到节流装置的影响,以小孔节流的静压轴承为研究对象,开展其动态特性理论的研究。利用两平行平板缝隙液体流量公式推导了轴承油腔流出的流量数学模型,并充分考虑了主轴转子速度对流量的影响因素,使之更符合实际工况;在对小孔节流后流入轴承油腔的流量方程进行线性化处理的基础上,建立了静压轴承系统的流量连续性方程;结合轴承-主轴系统动力学方程,推导出小孔节流的静压轴承系统动态特性的传递函数,分析了小孔节流静压轴承系统的动态特性。结果表明:小孔节流的四油腔静压轴承动态响应速度在0.06~0.12 s范围内变化,增大供油压力、油腔承载面积、主轴转速及减小油膜粘度、油膜间隙等均有助于提高轴承系统的响应速度。研究结果对于指导工程设计具有一定的参考价值。     

维修与改造技术

近年来,液体静压轴承在我国得到广泛应用,特别是为各类磨床的精化改造提供了有效的技术途径。但往往由于结构参数选择不当,而导致失败或未能达到预期的目的。当然影响静压轴承刚度的结构参数及因素较多,这里仅就小孔节流器有关参数的选择计算,结合实践介绍一点经验。 1.小孔节流器参数的计算及试验为了防止节流器堵塞,一般取节流小孔直径为0.45mm相似文献   

微小孔阵列式空气静压止推轴承性能研究

采用FLUENT软件对不同孔径、不同孔数的微小孔阵列式节流空气静压轴承进行了三维CFD仿真,得到了微小孔阵列式节流空气静压轴承的气膜压力分布和气膜刚度等性能数据。结果表明:当节流器阵列小孔个数和直径不变时,气膜承载力与气膜厚度线性正相关;当气膜厚度不变时,节流器阵列小孔个数或直径增加,气膜承载力和轴承的平均承载力均随之增大,轴承刚度最大点对应的气膜厚度也增大;对比传统单孔节流器和微小孔阵列式节流器轴承的气膜压力分布可知,微小孔阵列式轴承的压力稳定性比传统单孔节流轴承有显著提高。     

可控节流参数对液体静压轴承特性的影响研究

节流器是液体静压主轴的核心元件,其节流特性对液体静压主轴的刚度和回转精度具有直接影响。针对现有节流器在主轴工作时节流特性不可控的不足,提出一款预压预调型可控节流器。在分析可控节流器工作原理和节流特性基础上,根据流体润滑理论,建立基于可控节流器的液体静压轴承承载性能的理论模型,研究可控节流器供油压力、弹簧刚度和控制油腔压力等参数对液体静压轴承承载性能的影响规律,并与固定节流液体静压轴承的承载性能进行对比。研究发现,在其他结构参数及工作参数一定的条件下,可控节流器能够显著地提高液体静压轴承的油膜刚度;在不同偏心率条件下,可控节流液体静压轴承的最佳油膜刚度对应的节流参数不同。在开发的液体静压电主轴试验台上进行了试验研究,通过对油腔压力和油膜刚度的理论计算值与试验测量值的对比,证实了可控节流方案的有效性。     

滚齿机节流器的改进

滚齿机节流器是定压供油式液体静压轴承的主要元件。定压供油式液体静压轴承工作性能的好坏,很大程度上取决于节流器的型式和参数。 我厂引进一台前苏联产5B345Π型滚齿机,机床上的节流器是一种组合式缝隙节流器(见图1)。有     

节流器的改制

节流器是定压供油式液体静压轴承或液体静压支承的主要元件,定压供油式液体静压轴承或静压支承工作性能的好坏很大程度上取决于节流器的型式和参数。 我厂应用的原苏联产52345n滚齿机的节流器是一组合型缝隙节流器。其结构如图所示,它有一个进油口P_1和6个出油孔P_2,6个出油孔分别接入6个油腔来支承卡盘。在节流器壳体内侧有一轴向油槽,在心     

浅谈静压轴承的特点、设计及修复

目前,许多机床的磨头支承结构采用了静压支承,静压支承具有几何精度高,波纹小,维修性方便,寿命长等优点.用于加工硬质合金刀片的机床,由于对以上要求都较高,故改造的成型专用磨床,其前后轴承和止推轴承都是小孔节流的静压轴承.本人根据多年的实践经验,在此介绍小孔节流的静压轴承的特点、计算、维修及修复.     

高速轧辊磨床主轴系统动静压轴承供油液压系统的开发

介绍了普通轧辊磨床主轴系统动静压轴承供油方式的特点,并对常用的普通动静压轴承的恒流量供油系统和恒压供油系统进行了详细的对比分析,在此基础上,设计了高速轧辊磨床主轴系统动静压轴承的供油液压系统,结果表明,相较于常用的普通动静压轴承的恒压供油系统,高速动静压轴承的恒压供油系统的压力稳定性更好,压力调节更方便和可靠.     

有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计

针对小孔节流深浅腔动静压轴承的性能优化问题,基于平行平板扩散流动计算模型及流量守恒原理,推导了微元控制体边界压力的插值函数,提出了分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压力、承载力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的有限体积计算方法。使用该方法研究了供油压力、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性的影响规律,从而得到了以上相关参数的优化区间。在此基础上,采用四因素三水平的正交试验法,在满足多目标性能最优的前提下,得到了小孔节流深浅腔动静压轴承结构参数与工作参数的最优组合。以该组参数试制了小孔节流深浅腔动静压轴承并建立了试验平台,测量了不同转速及供油压力下油腔的压力值。试验结果表明,轴承油腔压力试验数据及理论计算值随主轴转速的变化趋势一致;误差在11%以内。验证了有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计方法的正确性。     

内部节流液静压内圆主轴

内部节流液静压内圆主轴的节流器直接加工在轴承内表面上,这样,主轴总体结构简单,可避免节流器的阻塞。此外还有以下优点:1.油腔压力的变化要比小孔节流器快;2.压力比与轴承间隙无关;3.偏心率不大时,轴承刚性高。文章介绍了主轴结构、内部节流器液静压轴承的设计计算与制造装配等。     

静压支承应用和调试中的一些问题

一、应用中的一些问题 我们在研制 80米/秒高速外圆磨床时遇到过薄膜反馈节流器的薄膜和从节流器到轴承之间的导管产生共振、砂轮主轴转速高时轴承温度过高、止推轴承油囊压力在主轴转动时压力下降、开式液体静压导轨油垫载荷范围难以计算和这一类导轨工作性能不佳等问题。限于篇幅,这里仅就下列三个问题谈些解决办法。 1.薄膜节流器薄膜和节流器到轴承之间导管的共振 我们采用的回油囊薄膜反馈节流轴流式液体静压轴承的技术参数是(参见图 1):轴径 D=7 cm;轴承长度L=6 cm;节流边宽度B=SL=0.6 cm;轴承间隙 h0=3×10-3cm;用 10#机械油。节流…     

基于小孔节流的液体动静压球轴承动态特性分析

以小孔节流方式的液体动静压球轴承为研究对象,建立球轴承的润滑数学模型,推导出层流状态下的Reynolds方程,引入流量守恒原理并结合小孔节流器的流量计算得到油腔和封油边压力分布;采用微扰法推导出扰动压力控制方程,通过有限差分法和松弛迭代法求解扰动压力控制方程得到轴承的刚度和阻尼系数。运用数值分析研究供油压力、转速及油膜间隙等参数对轴承动态特性系数的影响。结果表明,随着油膜间隙减小,供油压力的增大,刚度和阻尼系数会随之增大;随着转速增大,直接刚度变化趋势较小,直接阻尼降低趋势较明显;当油膜间隙为20μm时,轴承刚度和阻尼系数达到最大;转速的提高对于刚度影响较小,而阻尼系数则会明显降低。     

第六讲 供油装置和动静压轴承故障的排除

一、供油装置 液体动静压轴承必须依靠外部油源供油才能正常工作。供油装置及系统必须满足以下要求:(1)供油压力和流量必须满足轴承的要求。动静压轴承的流量小于静压轴承,一般使用小流量泵;(2)必须经过严格的过滤,     

腔内回油—阻尼岛式静压轴承

根据生产需要,最近我们革新成功了“腔内回油-阻尼岛式”静压轴承,这种静压轴承,与同类型(尺寸及其它参数相同)的老式静压轴承相比。其刚度可提高两倍以上。由于腔内有“阻尼岛”,更增大了它的承载能力,即使短时断油或节流器堵塞,轴承也不会损坏,因此,在供油系统中可省去蓄能器,供油压力也可采用得更低一些。我们在M131w万能外圆磨床的磨头上采     

静压轴承进油路的简化

一般小孔节流式静压轴承的进油都是经过与油腔数量相同的油路,通过各自的节流器进入油腔。结构比较复杂,制造和维修也不方便。我们设计了一种进油路较为简单的四油腔静压轴承,见附图。其各参数的选取与一般静压轴承完全相同,所不同的是四个油腔只用了一根进油管,四个节流器就加工在轴承体上。压力油从进油管压入沉割槽内,沉割槽加工在轴承体外圆周上(也可加工在压入轴承体的箱体孔内圆周上),分别从轴承体上的四个节流器进入油腔。我们曾耽心过节流器加工在轴承体上,经过长时间的使用,由于压力油的流动摩擦,节流小孔是否会     

薄膜反馈节流器特性的流固耦合研究

薄膜反馈节流器作为液体静压轴承的关键部件,其性能的优劣对液体静压轴承的性能有决定性的影响。目前对薄膜反馈节流器的研究更多的是理论推导分析,为了更准确直观的研究薄膜反馈节流器在不同油腔压力作用下膜片应力分布及变形情况,借助ANSYS有限元分析软件,采用双向流固耦合法分析了流体和固体之间的相互作用,研究了节流器出口压力以及金属膜片特性对整个节流器性能的影响,得到不同油腔压力作用下金属弹性膜片的变形情况,对薄膜反馈节流器的设计及选用有一定参考价值。     

精密阶梯形液体动静压轴承（二）

四、轴承主要设计参数的确定和一般液体静压轴承的要求一样,液体动静压混合轴承的设计问题,主要也是要解决轴承的结构参数和性能计算,使轴承在工作载荷下获得最大刚性、最低温升、反应灵敏而稳定。对于阶梯形液体动静压混合轴承,要特别注意零速下承载能力必须足以保证主轴在起动、工作、停车全过程都不发生轴与轴承间的接触,而供油压力和流量又尽可能地小。     

消除薄膜反馈静压轴承磨损引起的振动

我厂使用的一台M1083A型无心磨床主轴是采用薄膜反馈的四油腔静压轴承。该磨床经使用一段时间后,主轴出现振动。振幅随供油压力的增加而加剧。经检查,液压系统除轴承经向间隙由原来的0.062mm变为0.09～0.11mm之外全部完好。经过试验,分析证明振动的产生是由于随着轴承的磨损,周向回油量增大,使流经节流器的流量也同样增大。由于节流器中,两圆凸台之间的流通截面积很小(见图),使流经该处的油速特别快而油压特别低。当压力下降到空气分离压力以下时,油液中就有气泡析出,即所谓     

小孔节流深浅腔动静压气体轴承承载特性分析

以小孔节流深浅腔动静压气体轴承为研究对象,采用Fluent软件对轴承的承载特性进行分析,研究偏心率、供气压力、主轴转速、气膜厚度、浅腔深度比等因素对轴承承载力和刚度的影响。结果表明:小孔节流深浅腔动静压气体轴承浅腔区的平均压力大于深腔区的平均压力,压力最大区域出现在浅腔末端靠近轴承端面处;随着供气压力的增加,承载力逐渐增大,但供气压力不应超过0.95 MPa;当主轴转速在3×10⁵ r/min以内时,承载力和刚度随着转速的增加呈线性增长规律,当主轴转速超过3×10⁵ r/min继续增加时,承载力和刚度的增长趋势明显放缓;承载力与刚度随着浅腔深度比的增加先增大后减小,当浅腔深度是气膜厚度的1～1.5倍时,承载力与刚度接近最大值。