液体动静压轴承的温度场与热变形仿真分析

在基于有限体积法的流体仿真软件FLEUNT中,对层流状态下的液体动静压油膜-轴承这一流固耦合模型进行了数值仿真,得出了动静压轴承的温度分布情况;并进一步在有限元软件ANSYS中对轴承的热变形情况进行了分析计算。结果表明:轴承的最高温升及径向最大热变形随主轴转速和偏心率的增大而迅速增大,随环境温度的升高而减小;而供油压力对轴承热变形的影响不大。且轴承径向最大热变形值和轴承间隙在同一数量级,因此热变形在动静压轴承性能分析中不可忽略。     

液体动静压轴承油膜的压力场和温度场分析

针对深浅腔液体动静压轴承的承载特性等问题,对液体动静压轴承的油膜压力场和温度场进行了仿真分析。以超高速磨削电主轴系统中常用的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,建立了液体动静压轴承油膜的三维有限元模型,对油膜进行了网格划分,并对划分后的网格进行了质量评定;采用动网格技术实现了对油膜偏心率的变更,在不同主轴转速、偏心率的工作条件下,计算了深浅腔动静压轴承油膜压力和温度的分布情况,分析了其油膜压力分布和温度分布的变化规律;研究了转速、偏心率对动静压轴承的承载力和油膜温升的影响规律。研究结果表明:在深浅腔液体动静压轴承运转过程中,随着转速和偏心率的提高,油膜承载力和温升也随之提高,且转速对油膜温升的影响要比偏心率大。     

基于热变形分析的液体静压电主轴系统参数优化

液体静压电主轴系统的热变形严重影响机床加工精度,有必要对电主轴系统热变形的影响因素进行分析,以减小系统的热变形量。利用有限元法,分析在工艺参数和结构参数不同取值条件下某液体静压电主轴系统的热变形情况,重点分析冷却水流量、轴承供油压力、主轴转速、轴承结构参数对主轴热变形的影响。结果表明,电主轴系统的最大变形出现在主轴前端安装砂轮处;冷却水流量和供油压力的改变对主轴前端面径向最大热变形的影响规律显示,当冷却水流量和供油压力达到一定值时,系统的热变形已得到有效控制,若再增大冷却水流量和供油压力,热变形量减少的幅度较小;在不同的主轴转速下,润滑油的流动状态不同,润滑油在紊流条件下的主轴前端面径向最大热变形超过层流条件下的2倍。运用均匀设计试验,得到轴承长径比和轴承轴向封油边长度的优化参数值,使主轴前端面径向最大热变形控制为最小。     

复合式动静压轴承的结构设计及仿真分析

针对动静压电主轴在使用过程中存在轴向窜动的问题,结合动静压轴承的结构特点,在分析加工主轴运转中受力状况下,设计一种复合式动静压轴承,解决主轴运转过程中轴向窜动问题,并通过三维建模的方式,剖析了结构中的进油、回油、测压、冷却等系统的结构设计。以复合式动静压轴承设计参数为基础,通过利用FLUENT流体仿真软件和前处理软件GAMBIT重点对动静压止推轴承进行了不同转速状态下的仿真分析,得到油膜压力分布和温度分布云图,依此为依据,结合实际工况,进一步对止推轴承的不同工作载荷状态下的承载能力进行分析研究,并且结合实际情况分析结构设计的合理性,为后期的优化设计提供参考依据。     

新型动静压差速转台无负压条件下油膜温升特性

新型动静压转台运转过程中,静压腔外槽区可能出现负压使得动压油楔供油不足,影响油膜温升特性分析的准确性。为准确研究转台油膜的温升特性,通过FLUENT计算不同供油压力条件下,不同油膜厚度在静压腔外槽区不产生负压时对应的最大转速,并利用MATLAB拟合出相应的最大转速-膜厚曲线,得出随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜在静压腔外槽区不产生负压时所能达到的最大转速均逐渐增大的结论。在保证对动压螺旋油楔供油条件下,研究转速、供油压力和油膜厚度对油膜温升特性的影响。结果表明:转速对油膜温升的影响较明显,随着转速的升高油膜温度逐渐升高;随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜温度逐渐减小,而且油膜厚度和供油压力越大,低转速时油膜温升越不明显。     

考虑边界滑移状态的液体动静压球轴承稳定性分析

液体动静压球轴承稳定性分析包括探究其动态特性及临界转速,其刚度和阻尼系数对轴承转子系统稳定性具有重要影响,而研究临界转速可有效避免轴承转子系统发生涡动失稳。考虑边界滑移条件,将小孔节流器进入油腔流量与封油边流出流量相等作为边界条件,求解出边界滑移状态下的Reynolds方程得到油腔压力和封油边压力;对边界滑移状态下瞬态Reynolds方程采用小扰动法推导出扰动压力偏微分方程,结合有限差分法和松弛迭代法求解方程得到边界滑移状态下液体动静压球轴承的刚度和阻尼系数,进而通过线性稳定性方法求解临界失稳转速,探讨滑移系数、供油压力、转子转速之于轴承动态特性的影响及临界转速之于滑移系数的变化规律。结果表明,滑移系数增大会导致4个刚度系数和交叉阻尼系数减小、直接阻尼增大;供油压力增大将导致8个动态特性系数均增大,转速增大将导致刚度增大及阻尼减小,且滑移效应的发生不影响上述规律;临界转速随滑移系数的增大而减小,系统稳定性降低。     

球面螺旋槽动静压气体轴承运动状态仿真分析

利用流体动力学Fluent软件中6 DOF被动型网格模拟分析球面螺旋槽动静压气体轴承在不同转速下的运动状态,结果表明:随转速的增加,轴承转子的振动幅度呈先减小后增大的趋势,当转速达到45 000 r/min时,轴承出现工频以外的2倍频涡动;当转速达到55 000 r/min时,轴承出现多种频率的涡动,此时轴承处于失稳状态。     

圆锥液体静压轴承的耦合热态分析及实验研究

针对圆锥液体静压轴承的热效应,分析其生热和传热的机制,指出圆锥液体静压轴承的热态性能属于耦合传热问题,必须综合考虑润滑油、轴瓦、转轴等零件的生热和传热情况。采用ANSYS CFX软件建立圆锥液体静压轴承耦合热态模型,获得轴承温度场的分布及变化规律,并搭建实验平台对模型进行验证。结果表明:热平衡时,圆锥液体静压轴承各处温度差别较大,随着转速的增大和进油压力的减小,轴承的温升增大;圆锥液体静压轴承热态性能仿真计算结果和实验结果吻合,证明采用圆锥液体静压轴承耦合热态模型能够较为准确地获得轴承的热态性能变化情况。     

油膜轴承动静压混合效应的分析

油膜轴承的性能主要由轴承的动压、静压混合效应决定,以雷诺方程为基础,建立油膜轴承压力特性和油膜间隙函数的数学模型,构造流体连续性方程,采用数值解法求解油膜轴承动静压混合效应,运用MATLAB软件实现油膜轴承压力场的三维仿真.结果表明:合理选择轴承半径、偏心率、转速、油腔半角、油膜间隙、供油压力能获得较理想的动静压油膜混合效应,仿真结果与实测结果接近.     

基于FLUENT的液体动静压轴承的动态特性分析

应用计算流体力学软件FLUENT对超高速磨削用五腔动静压轴承进行动态特性研究,得到动静压轴承内部压力场和温度场分布;计算轴承的承载力、温度、刚度、阻尼等动态参数,分析这些动态参数与偏心率以及转速之间的关系。结果表明:在保持供油压力和轴承偏心率不变的情况下,随着转速的提高,油温上升,轴承承载力及偏位角不断增大;在保持供油压力和主轴转速不变的情况下,随着偏心率的增大,轴承流量有所减少,轴承的承载能力不断增大,偏位角基本保持不变。     

腔内孔式回油液体静压轴承回转性能(动压效应)的研究

液体静压轴承是利用专用的供油装置,以一定的压力把润滑油送到轴承中去,在轴承油腔内形成具有压力的润滑油层,将轴浮起而具有承载能力。而液体动压轴承则需要轴与轴承之间有一定的相对运动才能在轴承间隙中形成一层具有压力的油膜,建立承载能力。液体静压轴承承载能力的大小主要取决于轴承参数以及油泵的供油压力,在小偏心的情况下.一般认为转速与承载力关系不大。然而,静压轴承在较大偏心率使用时,当轴承与主轴有相对运动的场合下,能否象动压轴承那样,把动压效应也考虑进去,以获得较高的承载能力、刚度等,这就是本文所要讨论的问题。     

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。     

内外膜独立供油向心浮环轴承稳定性研究

用有限元法计算内外膜独立供油的高速径向浮环动静压轴承的刚度系数和阻尼系数,用Routh-Hurwitz准则给出计入轴颈和浮环质量的稳定性判据。分析供油压力对浮环轴承内外膜无量纲临界质量的影响,结果表明动静压浮环轴承小偏心工作时,降低供油压力可提高系统稳定性;大偏心下工作时,采用较高的供油压力可提高系统的稳定性。     

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,     

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.     

高效精密动静压主轴热动力学耦合特性分析

针对采用液体动静压轴承支承的高效精密磨床砂轮主轴工作状况,在砂轮主轴静动态特性分析中,考虑了轴承油膜温升的影响。建立了轴承-油膜流固耦合模型,得到随主轴转速和供油压力的变化而改变的轴承油膜温升和动态轴承支承刚度,然后对主轴系统分别进行静态和动态分析,得到轴承油膜温升影响下的主轴静挠度、动挠度和主轴系统的固有频率。结果表明,对于高效精密磨床,轴承油膜的热特性对砂轮主轴系统的静挠度和动挠度具有显著的影响。     

供油孔区域惯性效应对液体静压推力轴承承载力的影响

分析了液体静压推力轴承供油孔区域惯性效应对其承载力的影响,供油孔区域惯性效应主要影响浅油腔液体静压推力轴承的承载力,当油膜厚度比大于5时,考虑和不考虑供油孔区域惯性效应的承载力之间的相对误差小于1％.对于浅油腔液体静压推力轴承,供油孔区域的惯性效应不容忽视,轴承承载力在考虑和不考虑供油孔区域惯性效应时的相对误差受供油孔...     

变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

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。     

小型动静压振动主轴的仿真与实验研究

一种小型动静压振动主轴,该主轴结合螺旋腔轴承,通过双自由度阀(2D激振阀)控制轴向振动,适用于高转速、高频振动的切削中。通过Fluent软件对动静压轴承油膜在不同参数下的压力分布及承载力大小进行仿真分析。实验采集激振频率在20~800Hz之间,振动腔的压力、主轴振动位移以及主轴振动的加速度;通过测试主轴不同的旋转速度以及不同供油压力对主轴径向位移的影响,分析主轴的回转精度。