基于ANSYS的空气静压轴承有限元分析

采用ANSYS对空气静压轴承的气膜压力分布进行研究,同时推算出轴承的承载能力和静刚度,为空气轴承式板形仪的结构设计和性能分析提供一定的理论依据。     

新型空气静压轴承

随着科学技术的发展,轴承的种类也越来越多,如各种液体润滑轴承、液体静压轴承、固体润滑(如石墨、二硫化钼)轴承、磁力轴承以及空气或其它气体润滑轴承。现介绍空气静压轴承。空气轴承就是利用气体的粘性提高间隙中气体的压力,从而将物体悬浮起来的轴承。空气轴承分动压型、静压型和压膜型三种。动压型空气轴承的两个面相对移动,且间隙呈楔状,沿移动方向间隙逐渐变小,由于相对移动,气体因其粘性作用,被拖带压入楔形间隙中从而产生压     

于小孔节流空气静压止推轴承流场特性研究

小孔节流空气静压轴承一般都采用数值方法进行分析,数值方法求解过程中一般采用简化的N S方程求解,不能真实反映节流孔出口流场的真实特性。研究小孔节流形式的空气静压止推轴承的流场特性,建立小孔节流空气静压轴承模型,应用流体分析软件求解完整N S方程,并加入湍流模型求解,使计算结果更加准确。计算结果表明,气体流出节流孔后压力骤降且可能出现负压,压力骤降的值和气膜间隙成正比;在节流孔出口附近,气膜上下边界的空气流速小于气膜中间的流速,而且气体易与气膜上边界产生速度分离。     

空气静压轴承径向回转精度的分析

空气静压轴承靠对压缩空气的节流而产生承载能力,文献给出了径向轴承的表压比、狭缝因子和轴承间隙的关系式式中K_g——表压比,K_g=P_d-P_a/P_0-P_a;P_d 为气腔(轴承间隙组成)压力;P_0为气源压力;P_a 为环境压力;G——狭缝因子,G_0为设计值;h——轴承的单边间隙,h_0为设计值。例如:对一个设计参数为h_0=12     

空气静压轴系支承的数值分析

采用有限差分技术,对精密轴系中的径向和轴向空气静压轴承进行了数值分析。主要针对有多个供气孔的径向轴承的复杂流场,沿周向展开承载曲面以雷诺方程为气体润滑的控制方程。同时根据质量守恒原理,制定出每个供气孔出口压力边界条件逐轮修正的迭代路线,计算出不同偏心率和供气压力下的压力分布、承载能力及流量。该技术成功地用于轴系支承精确设计并制造出精密模块化主轴轴系。     

空气静压止推轴承静态性能测试装置设计

根据空气静压止推轴承静态性能测试要求,设计了一套基于气体静压轴承负载自动平衡原理的测试装置,实现了对空气静压止推轴承承载力、不同负载下气膜厚度以及气膜间隙内压力分布的测量.实验结果与理论分析结果取得较好的一致性,说明本套实验装置的设计是合理的.     

塑料空气静压轴承浇铸工艺的研究

精密切削时 ,机床主轴必须具有较高的回转精度 ,为此 ,通常采用空气静压轴承。它主要由主轴和轴承组成 ,目前 ,主轴的精密加工较为容易 ,一般可在精密磨床上磨削而成 ,而轴承内表面的加工则比较困难。笔者用浇铸成形的方法制造塑料空气静压轴承 ,可使轴与轴承达到高精度的配合 ,经测试表明 ,主轴轴心漂移量可控制在亚微米级以下。１塑料空气静压轴承基础成分的配方优化要求实际应用的塑料空气静压轴承 ,不仅具有较高的形状精度、机械强度 ,还要求材料具有良好的热稳定性、防腐蚀、防老化等物理化学性能。（１）环氧树脂环氧树脂的品种繁多 ,…     

大功率空气静压轴承电主轴

介绍自行研究设计的空气静压轴承高频电主轴设计上的特点：一是空气轴承采用“全支承”结构,显著地提高轴承的承载能力和刚度;二是较国内同类型产品其变频电机的输出功率显著增大,可适应高效磨削的要求。     

空气静压轴承孔型节流器的CFD研究

应用计算流体力学CFD软件,建立了空气静压轴承孔型节流器的流体边界模型,根据雷诺方程运用等温条件下的κ-ε湍流模型,给定合适的初始值和边界条件,计算得到了孔型节流器的速度场及压强场的分布,分析了节流孔直径对速度和压强的影响.     

气动板形检测辊气体静压止推轴承的有限元分析

本文从气体雷诺方程出发 ,根据静压止推轴承的特点 ,运用Galerkin有限元方法推导了润滑气膜压力分布的有限元方程 ,并由气膜的边界条件 ,给出了稳态雷诺方程的有限元方法求解过程     

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。     

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。     

多供气孔静压圆盘止推气体轴承的参数设计

采用工程计算方法研究了按最大静刚度准则设计多供气孔环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数的基本过程,详细讨论了供气孔数和供气孔直径参数对轴承静态性能的影响。随供气孔直径的增大,轴承消耗的体积流量增大,承载力也随之增大,但小气膜高度时增加值较小,大气膜高度时增加值较大,且轴承的最大静刚度逐渐减小。大的供气孔直径,可使轴承在更大的气膜高度下工作。供气孔数对轴承性能的影响与供气孔直径参数相似。理论优化的结果表明,圆盘内径参数应尽量取小值,供气孔分布圆半径应取圆盘内外径的均方根。对不能采用理论优化的几何参数,在数值分析的基础上,给出其合理取值范围。供气孔直径应在0.4~0.8 mm范围内取值,供气孔数应在5~8范围内取值。     

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。     

气体静压轴颈-止推串接型轴承涡流力矩的有限元分析

采用有限元方法研究了制造误差对狭缝节流气体静压轴颈-止推串接型轴承的涡流力矩的影响，主要分析了狭缝宽度误差和轴颈圆度误差对涡流力矩的影响，以及轴颈的不同安装角度、偏心等因素对涡流力矩的影响。经对比验证表明，有限元计算结果与实测结果基本一致，研究结果对于气体静压轴颈-止推轴承的设计、装配优化和性能预测具有重要的指导意义。     

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。     

均压槽与静压气体轴颈轴承承载特性的关系研究

主要研究通过开设不同结构形式的均压槽来提高静压气体轴颈轴承的承载能力和刚度,利用加权余量法和有限元离散化方法求解雷诺方程进行数值计算和仿真,针对单排孔和双排孔轴颈轴承,分析不同长度的周向均压槽,以及不同数量、不同位置和不同长度的轴向均压槽对轴承承载能力和刚度的影响规律。结果发现:开设周向均压槽和轴向均压槽都可以提高轴承的承载能力,相比开设周向均压槽,开设轴向均压槽对提高轴承的承载能力更为有效,而且只开设一条或两条轴向均压槽就能显著提高轴承的承载能力,通常将轴向均压槽置于气膜间隙较小的位置时能使轴承的承载能力和刚度最大。数值仿真结果通过试验进行验证,研究结果可用以指导高承载和高刚性静压气体轴颈轴承的设计。     

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。