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。     

非均匀供气静压气体径向轴承的静特性分析

非均匀供气可以实现静压气体轴承的刚度调节,增强轴承的承载能力。为了探究非均匀供气条件对静压气体轴承内压力分布和静态特性的影响,以双排供气径向气体轴承为研究对象,采用数值计算对不同供气方式（变压供气孔位置、区域范围）和供气压力下轴承的静态特性进行了研究。数值计算结果表明：变压供气孔的位置对轴承的静特性有较大影响;当在主要承载区内增大供气压力时,可显著增强轴承的动静压效应;增加压力可变的区域范围有助于提升轴承承载力,但耗气量也相应有所增加;增加承载侧供气压力和减小非承载侧供气压力都可以有效提升轴承承载力,后者还可以减小气体总流量;承载侧与非承载侧的供气压差越大,越有利于轴承承载力的提升。     

静压气体轴承超声速现象的研究与发展

简述了静压气体轴承的类型及发展,回顾了静压气体润滑轴承中超声速流动现象的理论与试验研究,比较分析了它们的特点与不足,指出供气压力低、承载能力小是传统气体轴承不可克服的缺点。根据气体动力学理论和已进行的相关试验。详细分析了超声速静压气体润滑轴承的性能优势,即没有供气压力的限制,承载能力可以随供气压力的提高成比例提高。计算流体力学的发展为超声速气体轴承的研究提供了有力的技术工具,根据气体轴承内各段不同的流动特点,采用分场计算的方法可以得到精确的气体润滑模型,最后指出了超声速静压气体轴承将成为气体轴承的一个新的发展方向。     

精密机床静压气体轴承静特性分析及基本参数的优化

对精密机床气体轴承静特性进行理论分析,运用有限元法将雷诺方程离散化,得到静压气体轴承的承载能力、刚度以及供气量的计算公式。对某精密机床小孔节流静压气体轴承的静态特性进行分析,得到供气压力、偏心率、节流孔直径和刚度以及承载能力之间的关系曲线;通过优化分析,得到精密机床主轴前后静压气体轴承优化的结构参数和操作参数。     

静压气体轴承承载特性的数值计算研究

以静压径向气体轴承为研究对象,采用有限差分法(FDM)耦合比例分割法求解静压气体润滑雷诺方程,利用MATLAB软件编写计算程序,采用超松弛迭代(SOR)的方法进行数值求解,获得气膜的压力分布,计算轴承的静态承载能力。该方法与CFD计算结果具有较好的趋势一致性,最大误差低于11%。利用程序求解分析静压气体轴承的静态承载特性随供气孔排数、供气压力以及转速的变化关系。结果表明:轴承的承载能力与偏心率、供气孔排数、转速成正比关系,对于双排供气模式,其稳压区的存在能够提升轴承的承载能力,并能削弱动压效应的影响。     

具有鸟翼轮廓仿生槽的动静压气体轴承静态特性分析

基于仿生学原理和几何重构法,在动静压气体轴承上设计具有鸟翼轮廓仿生槽,以提高其承载能力及刚度。运用变分法求解雷诺方程并使用FLUENT软件,对鸟翼轮廓仿生槽动静压气体轴承进行静态特性仿真分析,研究轴颈转速、供气压力、偏心率、槽深以及槽偏角对轴承静态特性的影响。结果表明：在偏心率相同时,随着轴颈转速的增加,轴承承载能力和刚度随之增大,随着供气压力的增加,轴承承载能力逐渐增加、刚度逐渐减小;当气膜厚度一定时,随着槽深的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势,随着槽偏角的增加,轴承承载能力和刚度呈现先增加后减小的趋势。     

单供气孔静压球面气体轴承特性分析

为探究静压球面气体轴承的工作特性,以单供气孔静压球面气体轴承为研究对象,建立轴承的气膜模型,使用有限元软件进行仿真计算,研究球窝包角、平均气膜厚度、供气孔直径和供气压力对轴承承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度的影响规律。结果表明：球窝包角越大,轴承的承载力越大,球窝包角的变化对轴承耗气量和气膜间隙内最大气流速度影响很小;平均气膜厚度越小,轴承的承载力越大,轴承的耗气量和气膜间隙内气流最大速度越小;供气孔直径越大,轴承的承载力和耗气量越大,气膜间隙内最大气流速度越小;随着供气压力的增加,轴承的承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度均增加。     

环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究

为提升气体静压止推轴承的静态性能,设计一种新型环形多孔气体静压止推轴承。依据气体润滑原理、采用有限体积法对环形多孔气体静压止推轴承的三维物理模型进行数值模拟,研究节流器上节流孔数量、直径、分布方式和供气压力对气体静压止推轴承静态性能的影响。结果表明：节流孔数量对环形气体静压止推轴承的承载力影响显著,但孔数增加到一定程度后承载力增速放缓;节流孔直径对承载刚度影响较大,随着节流孔直径逐渐减小最佳刚度逐渐增大;节流孔排布方式和供气压力对气体静压止推轴承的静态性能均有明显影响。     

气体静压止推轴承静态性能的数值仿真与实验研究

应用Fluent软件对小孔节流气体静压止推轴承进行了三维流场的模拟计算,分析了节流孔孔径、节流器工作面积、气源供气压力等因素对气体静压轴承性能的影响。结果表明:止推轴承的承载能力随着节流孔直径的增大而增大,在气膜间隙较小时,刚度随着节流孔孔径增大而减小,在气膜间隙较大时,刚度随着节流孔孔径的增大而增大;在保证加工精度的前提下,增大节流器工作面尺寸,以及在保证气源供气连续的前提下,增大气腔供气压力,都可以显著地改善止推轴承的静态性能。在自行研制的实验平台上进行气体静压实验,实验结果与数值模拟计算结果具有较好一致性,证明了将该数值计算方法的可行性。     

真空预载型多孔质气体止推轴承静态特性研究

为了提高孔质静压气体轴承的刚度,将负压腔引入多孔质静压气体止推轴承的设计中,运用有限元方法对真空预载型多孔质静压气体止推轴承进行数值分析,分析负压腔真空度、负压腔面积比S_a/S(负压腔横截面积与轴承横截面积比值)、多孔材料渗透率、供气压力等因素对轴承静态特性的影响。分析结果显示:负压腔中真空度的变化对轴承的刚度几乎没有影响;真空度的增大,改变了气膜的压力分布造成轴承承载能力在一定程度上的下降;在气膜间隙5～12μm之间,真空腔的引入使气膜刚度明显增加;当S_a/S≠0,气膜间隙8～10μm时,S_a/S值的变化对轴承承载能力的影响较刚度更大;在一定承载能力下,轴承刚度随负压腔面积比增大而增大,而气膜厚度随之逐渐减小。试制真空吸附型多孔质静压气体止推轴承,并对其承载能力、刚度进行试验,实验值和理论值有较好的一致性。     

轴向槽圆柱气体动压轴承的性能研究

采用有限差分法计算轴向槽圆柱气体动压轴承的压力分布,计算轴承的承载能力和偏位角.分析显示,轴向槽位置对轴承性能有较大影响.通过计算结果与相关文献的相应数据进行对比证明,该计算方法的可行性.     

可倾瓦气体动压轴承承载能力的数值分析

应用MATLAB的偏微分方程工具箱,采用有限元法求解气体润滑Reynolds方程,通过完全装配分析法计算了可倾瓦动压气体轴承的承载能力,研究了轴承偏心和瓦块预负荷对可倾瓦轴承的承载能力、最小气膜厚度和最大气膜压力以及瓦块摆角的影响。计算结果表明,随轴承偏心或瓦块预负荷增大,各瓦块的承载能力和摆角发生明显变化,轴承的最小气膜厚度减小,最大气膜压力增大,承载能力增大。从理论上解释了可倾瓦轴承的承载能力与轴承偏心和瓦块预负荷的密切相关性。     

Integrated Numerical Analysis on the Performance of a Hybrid Gas-Lubricated Bearing Utilizing Near-Field Acoustic Levitation

Aerodynamic bearings utilizing near-field acoustic levitation, as a novel hybrid gas-lubricated bearing, can operate with high precision and high rotational speed with low power loss and wear. This article systematically studied the acting mechanisms of aerodynamic and squeeze effects on the static and dynamic characteristics of a hybrid gas-lubricated bearing. The resonance frequencies and mode shapes of the bearing were obtained from a finite element analysis and validated by published experimental measurements. The effects of static elastic deformation, dynamic elastic deformation, and bearing clearance on the load capacity were analyzed. A nonlinear numerical model coupling the air film and the structural vibration was also developed to investigate the stability of the hybrid gas-lubricated bearing. The predicted bearing load capacity shows reasonable agreement with the experimental data. Results show that the bearing using only the aerodynamic effect has a large load capacity but poor stability. By utilizing the squeeze film effect, especially at a proper resonance frequency, the load capacity of the hybrid gas-lubricated bearing can be improved and its stability can also be remarkably promoted.     

Inertial effects on pressure depressions in gas-lubricated thrust bearings

The simultaneous effects of radial and rotational inertia on the performance of an externally pressurized gas-lubricated circular thrust bearing was studied. Pressure depressions due to the effect of various bearing parameters were determined. The theoretical results obtained were compared with the experimental results of Tang and Gross. There is an improvement in the pressure depression and thereby a reduction in the loss of load capacity in the bearing which is beneficial for bearing performance.     

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。     

考虑支点偏置的多孔质可倾瓦轴承静态特性分析

为探究瓦块支点偏置对多孔质可倾瓦轴承静态性能的影响,建立多孔质可倾瓦轴承的热混合润滑模型,应用Fluent软件分析轴承静态特性;采用网格迭代算法和瓦块运动UDF对轴承各瓦块沿枢轴运动及摆动进行模拟,研究偏心率、转子转速、供气压力及枢轴支点偏置对轴承负载能力、质量泄漏量、摩擦扭矩和温升的影响。结果表明：增加轴承支点偏置可提高轴承承载力,特别是在高偏心率、高转速、低供气压力条件下,承载力提高更为明显;在偏心率和转速相同时,适当的支点偏置可显著降低轴承对气体的消耗：但支点偏置会增加摩擦力矩,使转子温度升高,应合理选择支点偏置避免温升对轴承的不利影响。研究结果为多孔质可倾瓦轴承的优化设计提供了参考。     

The Effects fo Speed,Load, and Film Thickness on the Performance of Gas-Lubricated,Tilting-Pad Journal Bearings

This paper deals with the effects of lubricant compressibility on the pressure profile and total load capacity in a partial journal bearing; pivot pressure as a measure of shoe load capacity; shoe friction characteristics; and optimum shoe clearnace ratios for various speeds. The parameter A is used as an indicator of the compressibility effect of gas in the bearing clearance.     

推力轴承模型试验件承载能力的实验

将一透平机械中的中型推力轴承通过相似模型化得到模型试验小型轴承,对其承载能力进行了实验,得到了轴瓦的进、出油温度和支点处的油膜厚度。实验表明,可用支点处的油膜厚度来代替最小油膜厚度的测量,为工程实际提供了一种新的测量思路     

弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究

气弹耦合解是准确预测弹性箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。通过引入箔片的弹性变形以及联立求解动压气体润滑Reynolds方程和弹性箔片的变形方程,给出了弹性箔片动压气体推力轴承的气弹耦合解。应用气弹耦合解理论,将顶层箔片的局部弹性变形纳入考虑范围,对弹性箔片动压气体推力轴承的承载性能进行了计算和分析。有限元数值仿真结果表明:顶层箔片在气膜压力作用下的局部弹性变形直接导致弹性箔片动压气体推力轴承承载能力的降低;根据轴承瓦块上气膜压力分布的特点合理设计支承拱箔的结构形式,可以减小顶层箔片的局部弹性变形,有效提高轴承的承载能力。得到了一种承载能力较高的弹性箔片动压气体推力轴承支承拱箔结构设计方案。