狭缝节流静压气体止推轴承性能研究

为研究狭缝节流气体止推轴承流场特性,利用运动方程、连续性方程及气体状态方程推导了流场的压力分布公式、质量流量公式和最佳刚度条件,并在一定的参数条件下计算了轴承的承载和刚度。理论分析和计算结果表明,在其他参数相同的条件下,轴承的承载力和质量流量随狭缝的宽度的增加而增加;随着狭缝深度的增加而减小;在其它结构参数相同的条件下,随着狭缝深度的增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加;随着狭缝宽度的减小,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加。     

精密导轨用气体轴承微米形状静压面特性研究

精密加工装备或测量仪器要求导轨具有高刚度高精度特性。文章提出了基于气体轴承静压面微米形状的刚度提升方法,研究分析多孔质气体轴承微米形状的结构原理及类型,采用母线多线法和同心圆法测量圆柱型气体轴承静压面,并评估其曲面不规则度或同心度偏差,以减少加工误差对静压槽形对气膜静态特性的影响;通过SolidWorks内嵌插件对气体轴承加载力进行仿真分析,为气体轴承微米形状静压面静态特性的槽型深度提供试验参数依据;最后对比分析了0.1～0.5 MPa气体压力对平面气膜在承载载荷力、静态刚度、气体流量等特性影响,当凹面槽深h_1=1μm即该值接近受承载力变形量时,气体轴承刚度较好且气体流量较低;当微米形状为凸面时,气体轴承静压面特性表现较差,为精密导轨工程应用高刚度高精度气体静压轴承设计提供参考依据。     

小间隙下狭缝节流静压气体止推轴承静态性能的研究

减小气膜间隙可以提高气体轴承的刚度和承载,为研究小间隙下狭缝节流气体止推轴承静特性,运用FLUENT软件对小间隙下狭缝节流止推轴承进行流场仿真。采用滑移边界条件对小间隙下轴承流场进行计算,结果表明,随着气膜厚度的增加,滑移的影响逐渐减小,当膜厚大于等于4μm时滑移影响可以忽略。计算了狭缝结构对轴承静特性的影响,结果表明,在其他参数相同的条件下,轴承的承载力随狭缝的宽度的增加而增加;随着狭缝深度的增加而减小。在其它结构参数相同的条件下,随着狭缝宽度的减小,最大刚度值增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小;随着狭缝深度的增加,最大刚度值增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小。     

轻载电主轴动静压轴承的性能规律与双目标优化

针对轻载、高速、小偏心下电主轴动静压轴承刚度难以提升且温升过高的问题进行研究,采用有限差分数值法求解广义雷诺方程。以某精密磨床电主轴样机轴承为例,分析了额定载荷下轴承的性能受主要参数的影响规律。以增大刚度和控制温升为双目标,优化轴承间隙和节流孔直径,结果表明:在温升满足要求的条件下,优化后的轴承在额定载荷下的主刚度提升了8.8%;适当改变供油压力后的轴承,其额定载荷下主刚度提升了15.3%。证明单一参数的改变难以同时降低温升并提高主刚度,多参数协同优化能够使轴承额定载荷下的主刚度有较明显的提升效果。     

均压槽气体静压轴承承载性能研究

为提高气体静压轴承的承载能力,基于超精密微小型机床的气浮导轨模型,在其气体静压轴承顶部的工作面设计直线形、双弧形和X形三种均压槽结构。建立轴承气膜的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,通过仿真计算得到轴承气膜的压力分布以及轴承的气体质量流量。综合考虑轴承顶部和底部两部分气膜对承载性能的作用,得出轴承的承载力W、刚度K和气体质量流量M,从而确定直线形均压槽轴承具有最佳的承载性能。继而分析直线形均压槽的宽度、深度和节流孔的个数对轴承承载性能的影响规律,得到了优化的均压槽结构。通过分析得出以下结论:设计均压槽可以有效提高轴承的承载能力,但增加了轴承的耗气量;适当增加均压槽深度可以提高轴承的承载力和刚度;增加节流孔的个数可以增大轴承承载力,但会使轴承的刚度降低。     

不同油腔形状的高速动静压轴承研究

本文研究了四种不同油腔形状的高速动静压轴承，研究内容包括流量、承载能力，刚度、涡动频率。这四种结构油腔轴承分别是正方形油腔轴承，三角形滑腔轴，圆形油腔轴承，角向小孔轴承。通过对四种轴承性能比较发一同，角向小孔轴承具有最优良的性能。     

一种轧辊静压轴承的瞬态响应分析方法

静压轴承是轧机轧辊中承受径向载荷最直接的部件。对轧辊静压轴承进行瞬态响应分析是轧机设计的关键环节,其动力学特性直接影响到轧机的生产效率及轧制精度。本文在建立静压轴承的Reynolds方程及其边界条件的基础上,分析静压轴承的流量连续状态,并联合能量方程和温-粘关系方程对Reynolds方程进行迭代求解。在考虑油膜力的非线性条件下,运用动态油膜力代替线性刚度、阻尼系数,建立静压轴承的动力学方程,并采用Newmark-β法迭代求解该方程,得到了静压轴承的瞬态响应,为静压轴承动力学分析提供一种新思路。以某型号四腔静压轴承为例进行了瞬态响应计算,结果验证了本方法在进行静压轴承瞬态响应分析的有效性。     

基于动网格技术的空气静压轴承线刚度及角刚度分析

为了在超精密机床设主轴设计阶段准确得到空气静压轴承的静态特性,文章提出了一种基于Fluent动网格技术的数值仿真方法,综合分析了在考虑进气孔直径、进气压力、气膜厚度及轴承转速等条件下对空气静压轴承线刚度及角刚度的影响。结果表明:轴承线刚度随气膜厚度的减小、进气压力的增大而增大,且最大线刚度所对应的进气孔直径随压力增大而增加;轴承角刚度随气膜厚度的减小、进气孔压力和进气孔直径的增大而增加。     

基于PM流量控制器的开式液体静压导轨动态特性分析(英文)

液体静压导轨系统实质是非线性系统,在分析其动态特性时通常被简化为线性系统,然而目前还未见关于对线性化导致的误差进行研究的文献。以PM控制器调节下的开式静压导轨为对象,推导了导轨关于压力、流量的非线性微分方程组。一方面,对导轨支承系统进行线性化处理,利用Laplace变换的方法获得了系统的传递函数,并绘制了系统的阶跃响应和脉冲响应曲线。另一方面,利用Simulink工具箱搭建了非线性系统的框图,并绘制了系统的阶跃响应和脉冲响应曲线。对比2种方法得到的响应曲线,线性化的系统与原系统的响应曲线差别很小,精度能够满足正常的工程需要,表明线性化处理对于PM控制器调节下的开式静压导轨是可行的。因此对静压导轨进行了动态性能分析,绘制了幅频、相频、动刚度曲线图。所做研究为线性化处理使用PM控制器的开式静压支承系统提供了理论依据,为工程实际提供了参考。     

磁液双悬浮轴承单自由度支承系统解耦控制研究

磁液双悬浮轴承是以电磁悬浮为主,静压为辅的一种新型支承轴承,能够大幅度提高承载能力及刚度,适于中速重载的场合。由于液体静压系统特性为小间隙、强阻尼、正刚度、斥力型,而电磁悬浮系统特性为大气隙、弱阻尼、负刚度、吸力型,且两系统共同支承时相互耦合,互为干扰,大幅降低了支承系统的运行稳定性,因此本文拟研究磁液双悬浮轴承单自由度磁液两支承系统之间的耦合特性,揭示其耦合力的产生机理并设计解耦控制器。首先,本文介绍了磁液双悬浮轴承的结构特点、单自由度支承系统的受力形式以及控制调节机理。然后,建立了磁液双悬浮轴承单自由度支承系统的数学传递函数,揭示磁液两支承系统之间的耦合特征及影响规律。最后,设计了类前馈解耦控制器及对角阵解耦控制器,并通过Simulink模块对比分析了两种解耦控制器的解耦效果。研究表明：两种解耦控制器均能够有效减小单自由度磁液两支承系统间的耦合程度,但类前馈解耦控制器比对角阵解耦控制器具有更好的稳定性、准确性,更适用于磁液双悬浮轴承单自由度磁液两支承系统的解耦控制。本论文能够为磁液双悬浮系统的稳定控制提供理论参考。     

轴承预紧对机床主轴刚度的影响

阐明了用有限元法分析计算机床主轴组件刚度的步骤和方法,并对主轴刚度进行计算,讨论不同预紧条件下,轴承刚度对主轴性能的影响;并探讨轴承预紧后,增大预紧量对主轴刚度的影响。结果表明:支承轴承预紧的增大使主轴弯曲刚度增幅最大为22%,而对固有频率的影响不明显。     

高线轧机辊箱油膜轴承润滑特性分析

高线轧机油膜轴承工况条件极为恶劣,为了保证轧机油膜轴承在多种工况下的安全性,采用有限元方法耦合求解润滑方程和温黏方程,分析了不同工况下轧机油膜轴承的关键静动特性润滑性能参数,并对多种工况条件下轴承的润滑特性进行了校核。在高速重载工况下,轴承的温升偏高,可以通过增加冷却润滑油的流量或采用具有高热导率的轴承材料来加强散热;在低速重载工况下,轴承的比压较高,油膜厚度较小,可以通过增大轴承宽度来提高轴承的安全性。同时,应当减小轧机在恶劣工况条件下的连续运行时间,降低对轴承的损伤,延长其使用寿命。     

小孔节流式盘状静压止推气体轴承主要几何参数的设计

采用保角变换有限元方法计算量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n对小孔节流盘状静压止推气体轴承静态性能的影响。对承载力特性影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对流量和静刚度特性影响较大的参数是量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。按照优先考虑静刚度指标和兼顾流量、承载力指标的设计原则,从分析中得到了一般情况下该类轴承主要几何参数的推荐取值范围。     

合理设计液体静压轴承长径比的探讨

本文介绍以主轴系统刚度最大为目标求取静压轴承长径比值的方法,通过实例计算,确定了二种结构形式轴承合理长径比值的范围,可供设计时参考;本文从节省能源出发,还提出在满足承载能力的条件下,采用小值长径比的建议。     

孔式环面深浅腔液体动静压轴承的结构及稳定特性研究

孔式环面节流深浅腔液体动静压轴承精度高、刚度大、寿命长、吸振抗震性能好,广泛用于精密及高速加工机床的主轴。介绍孔式环面节流深浅腔动静压轴承的结构特点及工作机制,分析了该动静压轴承的刚度;为了满足动静压轴承多年连续使用而不需维修的生产需要,提出了该动静压轴承的稳定性判据。     

新型微孔节流气体静压轴承的特性研究

针对狭缝节流静压气体止推轴承的狭缝加工质量难以保证的问题,提出了一种微孔节流气体静压止推轴承。基于Fluent软件,保证轴承的总节流面积相同,通过改变气膜厚度、节流孔(缝)深度,对比研究了狭缝节流和微孔节流静压气体止推轴承的承载力、刚度及耗气量;其后对轴承的总节流面积取不同值时的轴承特性进行分析对比,从而判断了两种轴承在一定条件下是否具有互换性。结果表明:气膜厚度、节流孔(缝)深度、轴承的总节流面积取不同值时,微孔节流静压气体止推轴承在承载力、刚度及耗气量上都与狭缝节流静压气体止推轴承有较高的一致性;在一定的工况下,微孔节流静压气体止推轴承可以代替狭缝节流静压气体止推轴承。     

主动磁悬浮电主轴系统建模与控制参数分析

为实现磁悬浮电主轴的稳定悬浮运行并满足加工精度要求,通过对某型号主动磁悬浮电主轴的结构和控制原理进行研究,在忽略主轴转子磁化和磁漏等非线性因素影响的前提条件下,通过对主轴转子在磁悬浮轴承中的受力分析,建立了磁悬浮轴承的电磁支承力与轴承气隙偏移量及控制电流的表达式,对基于不完全微分PID控制的磁悬浮电主轴系统的临界转速与磁悬浮轴承的电磁刚度进行了定量研究,得到不同PID控制参数下,磁悬浮轴承支承刚度随涡动频率的变化曲线及固有频率随PID控制参数的变化曲线图。研究结果为磁悬浮电主轴控制系统进一步设计使用和分析优化提供了依据。     

三轴虚拟仿真转台的结构有限元分析与数学建模

本文基于虚拟样机技术得到了三轴转台的机械结构模型，并利用有限元模态分析技术，来对转台机械结构进行精确建模。同时通过该模型进行系统性能分析，主要包括系统三框联接特性和轴承承载刚度等因素对转台控制性能的影响；并提出在实际系统设计中应加强三个框架刚度和轴承承载刚度，以及应将各个框架与端轴联接刚度尽可能加大，从而可进一步拓宽系统频带宽度，提高整个转台系统的性能。     

均压槽结构对超高速空气静压轴承性能影响分析北大核心

以超高速空气静压止推轴承为研究对象,建立了圆形、环形、扇形和十字形四种均压槽轴承的CFD仿真模型,采用计算流体力学方法,对比分析了有无均压槽轴承在不同气膜厚度与工作转速下对轴承承载性能(压力分布、承载力、刚度、消耗气体质量流量)、稳定性(最大气流速度与湍流动能)的影响。结果表明,气膜厚度和工作转速对5种轴承的承载性和稳定性影响较大,并得到了其影响规律;其中,环形槽轴承兼顾承载性与稳定性,通过实验验证得到环形槽轴承的最佳工作转速。研究成果可为超高速空气静压轴承的进一步优化提供一定的理论依据。     

磁液双悬浮轴承单自由度支承系统稳定性分析

磁液双悬浮轴承采用液体静压与电磁悬浮的双重支承形式,在大幅度提高承载能力及刚度的同时,也使得其稳定性的影响因素较多,易诱发其支承系统运行不稳定。然而稳定性又是磁液双悬浮轴承结构设计及性能分析的前提及基础,因此本文拟对磁液双悬浮轴承单自由度支承系统进行稳定性分析及校正。首先,本文介绍了磁液双悬浮轴承的结构特点、支承调节机理。接着,基于力学平衡方程、电磁方程及流量方程,推导了轴承单自由度支承系统的传递函数,并对其支承稳定性进行了分析。研究表明:轴承单自由度支承系统存在右端极点是系统本质不稳定的主要原因。最后,采用根轨迹法与频率法对单自由度支承系统进行了稳定性校正,并利用Matlab软件对校正后的单自由度支承系统进行了检验。结果表明:校正后的支承系统稳定性得到了大幅度提升及具有良好动态品质。本文所做研究能够为磁液双悬浮轴承系统的结构设计及性能分析提供理论参考。