动静压轴承油腔结构对性能的影响

本文讨论静压轴承及动静压轴承的回油槽、油腔形状、封油面等油腔结构形式对轴承的动静压承载能力及抗振性等的影响,指出了提高轴承性能的若干方法。     

小孔节流闭式液体静压导轨流场分布规律及承载特性

传统的液体静压支承设计计算方法是基于求解模型的简化得到的,其计算结果存在一定误差,并且部分关键物理参数是通过液体静压支承设计计算方法所难以获得的。而计算机数值仿真技术的引入弥补了上述理论设计方法的不足。采用理论计算和有限元仿真相结合的方法,对小孔节流闭式液体静压导轨的流场分布规律和纲承载特性进行了研究。首先,根据液体静压导轨设计参数求得无量纲承载能力系数理论曲线和无量纲油膜刚度理论曲线;接着,利用ANSYS/Fluent软件对液体静压导轨的流场分布规律和承载特性进行了仿真研究。研究结果表明:节流孔处液压油流动状态为紊流;压力在油腔区域比较均匀,沿封油面线性下降;无量纲承载能力系数曲线和无量纲油膜刚度曲线的理论值与仿真值变化趋势一致。     

静压导轨在大型成型磨齿机上的应用及调整

液体静压导轨看做运动部件的导轨被分成若干个独立的支承,由油腔、封油面构成每个独立支承;它摩擦阻力小,使用寿命长,刚性好,抗振性能好,运动平稳,液体静压导轨调整简单、可靠,在提高稳定性的同时,相比滚动直线导轨,减少在大负载下容易出现的爬行、滞后情况,从而提高了机床的定位和运动精度。文中在介绍液体静压导轨的工作原理、特点基础上对其在立式成型磨齿机中的应用及浮起量的调整进行论述。     

静压导轨的流体-结构耦合分析及动态性能优化设计

由于液体静压导轨具有抗震性好、工作寿命长、工况稳定等优点,所以广泛用于精密加工的机床中。在液体静压导轨工作的过程中,温升和油腔压力会导致结构变形,从而影响静压导轨的工作性能。通过 ANSYS Workbench的流体分析相关模块得到液体静压导轨的压力场和温度场分布情况,接着进行流体-固体耦合分析研究温度和压力分布对静压导轨静刚度的影响以及动态性能的影响,对静压导轨的结构优化有一定的借鉴作用。     

流固耦合对油静压导轨动静特性的影响

油静压导轨被广泛应用于超精密机床,在设计和计算时往往都是将结构件作为刚体,即在工作过程中结构件不影响静压支承油膜厚度以及油压的分布。针对环形缝隙节流闭式油静压导轨,以封油面上动态雷诺方程和导轨的弹性变形方程为基础,再结合导轨工作台动力平衡方程,建立静压导轨的流固耦合模型。分析流固耦合对静压导轨压板变形量、动静刚度以及阶跃响应的影响。研究表明,导轨压板的变形随油腔压力的增加而线性增加;导轨压板的变形会导致动静刚度减小,也会导致阶跃响应的过渡时间变长;动静刚度的实测值与导轨压板有变形时的理论计算值吻合较好。     

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。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明:增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

高精度内圆磨床液体静压导轨刚度计算

高精度内圆磨床采用了运行精度高、摩擦因数低、产生热变形小的液体静压导轨;作为磨床可移动部件与固定部件间的重要结合部分,液体静压导轨的刚度特性对磨床结构动态特性有着不可忽视的影响;介绍了液体静压支承的基本原理,计算了高精度内圆磨床进给系统采用液体静压闭式导轨对置油垫的刚度,并借助Matlab软件分析对置油垫刚度随供油压力、主油膜厚度、油腔宽度以及总间隙变化的规律,为液体静压导轨的刚度调整提供了理论依据。     

迷宫密封机理在静压支撑系统中的应用

本文应用Flow3D软件,按照迷宫密封的机理,设置静压支撑中油腔的封油边形式,分析其对静压支撑系统承载能力的影响。得到具有规则形状凹槽的封油边能够提供大的出油液阻,进而可以提高油腔承载能力的结论,且凹槽数量越多,承载能力越大。计算结果对于大尺寸、高速运转的静压支撑系统的设计及油膜工作性能的研究有指导意义。     

扇形静压转台结构设计与仿真分析

为解决平面二次环面蜗杆数控磨床加工中出现形位超差和精度不足的问题,通过研究磨床的整体结构和转台工况确定了扇形静压转台的主体结构方案和设计参数,通过理论计算推导出承载力与位移率和面积比的关系和刚度与压力比与面积比的关系,根据面积比最优计算得到油垫的承载力和刚度,并利用FLUENT软件分别对口字型和工字型油腔结构的油垫进行流体力学仿真分析,证明计算得到的油腔尺寸参数可以使转台产生足够的承载力,满足磨床设计要求,分析了矩形油垫中不同的油腔内部结构,得到口字型油腔结构比工字型油腔结构产生的更大承载能力且承载更均匀,油腔内部无内壁阻隔更适合于静压油腔选型的结论。     

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。     

液体静压主轴油膜滑移现象的分析及试验研究

针对液体静压主轴运动过程中动态特性问题,研究微尺度下油膜滑移对轴承承载力,刚度及动态刚度的影响。把微尺度下发生的速度滑移引入到油膜性能方程中,结合液体静压主轴系统平衡方程推导出了主轴系统承载力、刚度及动态刚度表达式,研究了油膜初期主轴静动态性能及油膜动刚度特性。从仿真结果中得到油膜滑移的发生使得承载力及刚度增大,最大刚度对应油膜厚度减小。最后刚度检测试验间接得出了实际主轴系统油膜流动过程中,存在油膜微滑移现象。本项研究为液体静压主轴微尺度下油膜滑移现象及性能的研究探索了一条新途径。     

Nanosys-1000机床静压止推轴承流场分布规律及承载特性

为了提高Nanosys-1000非球面曲面光学零件超精密加工机床加工精度,研究了机床核心部件静压止推轴承内流场分布规律,进而揭示其承载特性。利用ANSYS/Fluent软件建立对称结构静压止推轴承扇形油垫的仿真模型,采用层流模式对进油压力为1.3~1.9 MPa、油膜厚度为20~36 μm的油垫流场分布规律与承载特性进行分析。研究结果表明：油垫内压力在油腔区域比较均匀,沿封油边呈线性下降;油膜承载力随油腔压力线性增长,且在同一进油压力下,油膜厚度越小,油膜承载力越大,进油压力为1.5 MPa时,油膜厚度从36 μm减小到20 μm,油腔压力从3.05×10⁵ Pa增加到8.02×10⁵ Pa,油膜承载力相应地从880 N增加到2 109 N;同一负载即油膜承载力下,进油压力越高,油膜厚度越大,油膜承载力为1 320 N时,进油压力从1.3 MPa增加到1.9 MPa,油膜厚度从26 μm增加到30 μm;同一油膜厚度下,进油压力越高,润滑油流量越大,油膜厚度为28 μm时,进油压力从1.3 MPa增加到1.9 MPa,润滑油流量从0.179 L/min增加到0.231 L/min。相关研究结果在研制的Nanosys-1000非球面曲面超精密加工机床静压止推轴承上得到了验证。     

大型螺旋桨静压支承静平衡仪设计研究

介绍了一种采用球面静压支承的船用螺旋桨静平衡仪,分析了平衡仪的工作原理及静压支承压力分布、承载能力和油膜刚度等性能特点,给出了采用电子称重和角位移确定螺旋桨不平衡质量及方位的检测方法,提高了检测精度。     

锁止离合器液粘传动机理分析

液粘传动是利用主动和从动摩擦片间的油膜剪切力来传递运动和转矩,实现无级变速和同步运行的一种新型传动装置.本文运用流体动力润滑理论,对锁止离合器液粘油膜传动机理进行了理论分析,建立了带径向油槽摩擦片间油膜传动的数字模型,得到了油槽数目、深度、宽度对液粘传动性能的影响;并考虑油液离心力对传动性能的影响;获得了锁止离合器油膜温度场的分布.     

静压孔位置对油膜支承可倾瓦轴承承载性能的影响分析

为了提高汽轮机转子系统中支承轴承的油膜刚度,以三瓦油膜支承可倾瓦轴承为研究对象,研究静压孔相对位置对轴承承载性能的影响规律。建立了油膜支承可倾瓦轴承油膜润滑模型,并运用计算流体动力学方法数值求解三维N-S方程,揭示了不同静压孔相对位置下轴承压力分布、最小膜厚、偏心率、刚度等性能参数的变化规律。分析结果表明：在载荷为890 N的情况下,改变孔的位置可以提高轴承油膜刚度;当静压孔相对位置γ=5°左右时,孔位置接近油膜最大压力分布区,与γ=0°时相比,最小膜厚和偏心率分别减小9.8%和48%,主刚度kyy、kxx接近原结构的1.4倍和1.1倍,此时静压孔位置为相对最优位置区域。依据分析结果开发了新型油膜支承可倾瓦轴承（γ=5°）,通过试验对比分析了普通滑动轴承与新型油膜支承可倾瓦轴承的综合性能,结果表明,高转速时所开发的新型油膜支承可倾瓦轴承具有更好的承载性能与减振性能。研究结果对油膜支承可倾瓦轴承的性能分析具有一定的参考价值,设计轴承静压孔时可根据油膜压力分布规律对其优化以提高轴承性能。     

新型芯轴式液压缓冲器设计与流场分析

针对传统液压缓冲器缓冲容量低、压力峰值大、缓冲不平稳等问题,提出一种新型的芯轴式液压缓冲器,并应用数值模拟的方法对该缓冲器进行流场分析。基于流体动力学理论,利用Fluent软件得到了缓冲器在初始状态下高压腔、低压腔和阻尼孔的压力及其差值的变化情况。改变螺距、槽宽和槽深等结构参数,得到了新型芯轴式液压缓冲器的压力及压差变化规律。结果表明:螺距对缓冲器缓冲特性有明显影响;槽宽和槽深对缓冲性能的影响取决于螺距的大小。     

复合节流式静压气体轴承静态特性分析

为进一步提升静压气体轴承的静态性能,以普通孔式节流为基础,配合表面周向和径向槽节流,提出复合节流式静压气体轴承,以充分发挥2种节流方式的优点,使静压气体轴承具有更好的承载能力和刚度。利用Fluent计算轴承内流场参数并分析流场特性,比较复合节流式与普通孔式节流静压气体轴承的承载能力和刚度,并研究孔式参数和表面槽参数对复合节流式静压气体轴承静态特性的影响。结果表明：在一定气膜厚度范围内,复合节流式静压气体轴承对于提升承载力、增强刚度有着显著的效果;复合式节流因为有表面槽二次节流的存在,均压效果更好。增加节流孔数、节流孔直径、节流孔分布圆半径,以及在气膜厚度较小时增加表面槽长、槽宽、槽深,均有利于增加轴承承载力;在气膜厚度较小时,增加节流孔数、减小节流孔直径,以及增加表面槽长和槽宽、降低槽深,均有利于增加轴承刚度。