双向均压槽节流静压气体轴承静态特性分析

为进一步优化径向静压气体轴承的静态性能,提出在传统小孔节流的基础上配合开设轴向和周向均压槽的复合节流式静压气体径向轴承。利用Fluent软件对比分析传统孔式节流与不同形式复合节流静压气体轴承的静态特〖JP2〗性,探究均压槽截面形状及供气压力对轴承静态特性的影响规律;利用正交试验探究节流器各结构参数对承载特性的影响。结果表明：复合节流式静压气体轴承在一定程度上提升了轴承的静态性能,其中均压槽以“口”字形布置以及截面形状为矩形时效果最优;供气压力的增大也可提升轴承静态特性;节流孔直径和均压槽深度对轴承静态特性的影响要大于节流孔深度和均压槽宽度,节流孔直径以及均压槽深度的增大均使得承载力与刚度呈现出先增大后减小的趋势。     

均压槽气体静压轴承数值计算与静态性能分析

针对气体静压导轨承载力和刚度较低的问题,在导轨的工作面上设计横截面为矩形的直线形均压槽,分别研究均压槽的尺寸、节流孔的尺寸和个数以及供气压力对轴承静态性能的影响;建立轴承气膜的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,通过仿真计算得到轴承的质量流量,利用差膜计算方法得到轴承的承载力和刚度,...     

含均压槽静压止推气体轴承的气膜特性

采用ICEM建立含均压槽的静压止推气体轴承的气膜二维计算模型,分析不同供气压力和气膜厚度下的气膜压力、速度分布,并计算不同供气压力和气膜厚度下的承载力和气体质量流量。结果表明:随着供气压力和气膜厚度的增大,均压槽内的气旋现象越来越明显;随着供气压力的减小和气膜厚度的增大,气膜压力趋近于线性分布;轴承的承载力随着供气压力的增大而增大,气体流量随着供气压力和气膜厚度的增大而增大。均压槽是影响气膜压力和速度分布的关键因素,而均压槽内的气旋现象是影响均压槽内部流场的主要原因之一,而随着气膜厚度的增大均压槽的这种影响会而逐渐减小。     

弹性均压槽空气静压推力轴承的实验研究

用弹性薄板实现的可变均压槽与固定均压槽结合应用的空气静压推力轴承,是作者提出的一种新结构轴承.文中运用空气静压推力轴承性能测试试验台测试空气推力轴承的载荷及气膜厚度.对该轴承的刚度性能进行了实验研究和分析,结果表明,该新型气体静压推力轴承的计方案能够提高轴承的刚度.     

新型径向槽结构静压气体轴承静态特性研究

设计一种新型径向槽结构静压气体轴承,其周向和径向截面分别呈椭圆弧形和扇形。建立该径向槽结构静压气体轴承CFD模型,分析径向槽结构参数如深度、半径、数目、角度和试验参数供气压力,对静压气体轴承承载能力和刚度的影响。研究结果表明:静压气体轴承承载能力随槽结构深度、数目、角度和供气压力增加逐渐增大,随槽结构半径增加先增大后减小;槽结构数目和供气压力对其承载能力影响尤为显著;静压气体轴承径向槽结构参数和供气压力影响其刚度及最佳刚度对应的气膜厚度,其中槽结构半径、数目和供气压力对刚度值影响显著,槽结构角度和半径对最佳刚度对应的气膜厚度影响显著。由此可见,径向槽结构参数显著影响静压气体轴承的承载能力和刚度。     

带轴向微通槽静压气体轴承承载特性研究

以开设轴向微通槽的径向静压气体轴承为研究对象,通过Fluent软件对轴承的承载力和刚度进行仿真分析;针对矩形、三角形和椭圆形3种截面微通槽,分析气膜厚度对轴承的承载力和刚度的影响,得出微通槽的最佳截面形状设置;针对最佳截面形状的微通槽,分析不同槽宽和槽深对承载力的影响。研究发现:轴向微通槽可以明显提高径向静压气体轴承的承载力和刚度,偏心率越大,提升效果越明显;气膜厚度较小时,矩形微通槽气体轴承的承载能力和刚度最佳,且气膜厚度越小,微通槽形状的影响越大;气膜厚度较大时,3种微通槽轴承的承载力及刚度相近;承载力随微通槽槽宽和槽深的增大而先升高后趋于稳定。     

弹性均压槽空气静压轴承静特性的影响因素分析

为了研究影响弹性均压槽空气静压轴承静态特性的因素,基于气固耦合原理,建立弹性均压槽空气静压轴承的耦合控制方程,采用有限差分对控制方程进行离散求解,分别研究供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承静态特性的影响。结果表明:供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承承载力和刚度的影响较大,供气压力越大,轴承的承载力和刚度也越大,但刚度最大时的工作气膜间隙越小;均压槽宽度越大,轴承刚度最大时的工作气膜间隙越大;节流孔直径越小,轴承刚度越大。实验结果和理论计算结果基本一致,验证了数学模型和理论方法的正确性。     

均压槽对空气静压轴承微振动的影响

由于空气静压轴承工作过程中的微振动制约了它在超精密设备中的应用,本文对空气静压轴承的动态特性进行了实验分析,并提出用带均压槽的结构设计来解决上述问题。运用有限元软件对空气静压轴承进行仿真,得到了空气静压轴承的各项性能参数。分析了微振动产生的原因并提出在空气静压轴承工作表面增加均压槽来有效抑制空气静压轴承的微振动的方法。通过实验对提出方法进行了验证,结果显示计算结果与实验具有较好的一致性。实验表明通过增加均压槽的方式可以将轴承微振动降低80%,有效地提高了空气轴承的稳定性和运行精度。本研究为抑制空气轴承微振动和提高整个机床设备精度做出了有益探索。     

带有圆周方向均压槽的静压气体止推轴承的气锤自激

通过开设均压槽,可以增加静压气体轴承的承载能力和刚度,但是如果气体轴承的均压槽等参数设计不合理,会出现一种振动现象——气锤自激振动,尤其是设计高压重载气体止推轴承时。针对常用的圆盘止推气体轴承,建立轴承活动件的动力学方程,再运用小扰动方法和流量连续性方程得到了气锤自激振动的稳定性判别方程。通过求解稳定性判别方程,发现供气压力越大,自激振动的倾向性越强;气膜间隙在一定范围内容易引起自激振动;节流孔直径越大,自激振动的倾向性越强;当止推轴承的外径和内径的比值比较小时,容易发生气锤自激。通过计算得到了不发生气锤自激振动的轴承设计参数,可用于高压重载气体止推轴承的设计。     

小孔节流静压气体轴颈轴承的静态特性研究

通过对小孔节流静压气体轴颈轴承润滑方程的分析,利用泛函求极值法将二阶偏微分方程降为一阶,采用有限元方法,利用三角单元线性插值函数,简化压力分布方程式的计算,对轴承的参数进行了优化,得到了轴承上各点的压力分布和轴承的承载能力和支承刚度,并分析了轴承间隙和偏心率等因素对承载能力和刚度的影响。     

基于有限差分法对不同润滑介质下静压气体轴颈轴承性能研究

利用有限差分方法编写一套可以用于分析动静压气体轴承性能的计算程序,并通过已有算例和试验验证本程序计算结果的可靠性。对不同润滑介质下静压轴颈轴承气体消耗量进行研究发现,不同分子量润滑介质下气体消耗量随偏心率变化表现出不同的变化规律,小分子润滑介质下气体消耗量与偏心率成正比,而大分子润滑介质下气体消耗量与偏心率成反比,并且此规律与节流小孔类型无关,小孔节流轴颈轴承气体消耗量大于环面节流类型轴颈轴承。相同供气压力和偏心率情况下,小分子润滑介质小孔节流轴颈轴承承载能力比环面节流类型轴承承载能力小,大分子润滑介质下正好相反。本程序方法为后来对俄罗斯油—气混合低温氦透平膨胀机气体轴承端改造奠定了理论基础。     

不同雷诺数下螺旋槽径向气体轴承承载特性分析

为研究螺旋槽径向气体轴承在不同雷诺数下承载力的变化规律,建立基于Ng-Pan理论修正的气体轴承润滑模型,利用有限差分法求解该模型,得到不同雷诺数下轴承的承载特性,分析轴承几何参数和槽型参数的变化对承载力的影响。结果表明：螺旋槽径向气体轴承在非层流润滑状态下承载力大于层流润滑状态下的承载力;轴承几何参数对承载特性影响显著,其中随偏心率增大承载力呈发散式增大,且非层流状态下承载力与层流状态下承载力差距加大,随长径比增大承载力呈收敛式增加;轴承槽型参数中槽宽比、槽深比对承载特性有明显影响,随槽宽比、槽深比增加轴承承载力增加,而槽数对轴承承载力的影响并不显著,螺旋角对非层流状态下轴承承载力影响较大;轴承进口压力对承载性能有明显影响,随进口压力增大,承载力在层流状态下增加,在非层流状态下波动较大。     

基于非等温条件的空气静压轴承润滑问题研究

改进了传统空气静压轴承的润滑模型,建立了考虑温度影响的空气静压轴承润滑模型,并给出一种该模型的数值解算方法,即利用FEMLAB的多物理场功能,将气体的状态方程作为耦合的桥梁,求解参数形式的雷诺方程和能量方程;将质量流量守恒条件作为判断收敛的条件,利用MATLAB迭代,从而完成最终的求解计算。通过实验研究验证了模型和解算方法的正确性,结果表明:气体通过节流孔后温度降低,在精密和超精密的应用场合将会引起结构非常显著的变形;并且供气压力越大,和(或)节流孔的直径越大,温度降效应越明显。     

一种球面气体静压轴承的建模与仿真

介绍了一种小孔节流式球面气体静压轴承,该轴承的加工工艺性较好,而且在各个方向上都有较大的支承力;针对该轴承支承力的计算提出了一种有限划分计算方法,在建模中考虑到气膜压力分布的不对称性,将轴承根据节流孔的数目划分为数个等分,对每个等分再进行有限划分,若划分数足够多,可以认为在每个小等分中的气膜压力沿划分方向无变化,以小等分中心的压力代替,从而简化了轴承的气膜压力分布的求解;借助MATLAB软件队轴承的支承性能进行了仿真计算,并通过实验进行比较验证,实验结果与仿真结果基本一致。     

小孔节流静压气体轴颈轴承主轴系统的动态特性分析

通过对小孔节流静压气体轴颈轴承的雷诺方程与描述主轴系统的动力学数学模型联立直接进行数值求解,分析了轴承系统的动力学特性,研究了在不平衡质量作用下轴承主轴系统的响应。结果表明,由于精密离心机小孔节流静压气体轴承的支承刚度大,承载能力高,旋转主轴的运动是稳定的。但在一定条件下,旋转主轴有可能出现不稳定现象,这取决于主轴绕固联坐标系各轴之转动惯量间的关系、轴承支承刚度、主轴旋转速度和不平衡质量控制等因素。该方法用于精密离心机静压气体轴承主轴系统动力学的数值计算,提高了计算精度和可靠性。     

圆盘止推静压气体轴承亚音速流场的简化计算

雷诺气体润滑方程仅涉及轴承气膜内的静压分布,对静压气体轴承流道特性的准确刻画还需要研究轴承流道内的气流速度场。将忽略惯性力的纯粘性等温气膜和等熵流动的供气孔拼接,建立了单供气孔环面节流圆盘止推轴承的流道简化模型,给出流道各部分气流马赫数、雷诺数和压力分布的计算公式。结果表明,气膜中气流速度随矢径变化的性质,取决于速度梯度为零的矢径位置;气膜中的气流雷诺数随矢径的增加不断减小。实际的计算结果表明,只要气膜入口截面上的气流马赫数小于临界声速,整个轴承流道将工作在亚音速,供气压力或气膜高度的变化对气膜起始区域边界层发展段长度的影响很小,供气孔始末端截面上压力和温度的变化也很小,忽略惯性力的纯粘性等温雷诺模型基本能够适用轴承的整个亚音速工况。气膜起始区域边界层发展段的长度,可以用气膜中雷诺数大于临界雷诺数的区域长度来近似。     

Externally pressurized gas journal bearing with slot restrictors arranged in the axial direction

In this study, a novel rectangular slot restriction-type externally pressurized gas journal bearing was developed for use in high-speed rotating machinery, such as medical devices and industrial machines. The proposed bearing has several rectangular slot restrictors arranged in the inner surface of the bearing. To measure the bearing characteristics, a model was developed for the numerical calculation of the pressure distribution in the bearing clearance and the static characteristics of the bearing. The proposed bearing, which consists of two parts, was designed and can be manufactured using appropriate techniques. In this study, a prototype bearing with eight slots in its surface was manufactured as a test piece for fundamental tests. The diameter and length of the test bearing are 30 and 40 mm, respectively. The roundness of the bearing was measured using a three-dimensional coordinate measuring machine, and the results were used in the analysis. The pressure distribution and static characteristics obtained experimentally were found to be in good agreement with the calculated values. In the rotational tests, the rotor speed exceeded 380 Hz (22,800 rpm), and whirl vibration did not occur. During testing, the maximum rotor vibration amplitude was 0.002 mm, corresponding to an eccentricity ratio of 0.3.     

静压气体球轴承动态特性的实验研究

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型。计算结果表明,轴承气膜频响函数的幅相频率特性随轴承工作点和摄动频率的变化而变化,表明气膜系统是一个强非线性系统。介绍了动特性实验装置的工作原理及系统固有模态对测试结果的影响。测试结果表明,在22~400 Hz的频段内,当气膜高度不大于70μm时,采用作者提出的静压气体球轴承频响函数计算方法,可以准确地计算出气膜位移-动态力频响函数的幅频特性。实验装置尚不具备相频特性的测试条件,有待于将来的进一步改进。