小孔节流方式对静压气体球轴承工作特性的影响

介绍了静压气体球轴承的结构形式和工作原理;给出了静压气体球轴承工作特性的工程计算方法;研究了在轴承几何参数相同的情况下,不同的小孔节流方式对静压气体球轴承工作特性的影响,并建立模型,通过Fluent软件对轴承的承载能力进行了仿真分析。结果表明:在设计参数相同的情况下,静压气体球轴承在环形孔式节流方式下的静刚度特性较好,但在简单孔式节流方式下有更好的承载和流量特性。     

多自由度电机中的气体静压球轴承特性分析

针对多自由度电机采用传统关节轴承在三维运动时存在摩擦力高,且易产生机械碰撞的问题,提出了一种利用气体静压球轴承代替传统关节轴承作为支撑的多自由度电机。在对不同气体静压球轴承的特性进行了对比的基础上,选定了多孔气体静压球轴承;建立了气体静压球轴承的数学模型及COMSOL三维仿真模型;通过仿真计算,验证了解析法算法的准确性,并进一步分析了各类参数对轴承的承载能力、耗气量和静态刚度的影响。研究结果表明:节流孔数目、包角角度及供气压力,对气体静压球轴承性能都有直接影响,其节流孔最优分布角度为32°;该结果为气体静压球轴承的设计以及在多自由度电机中的应用提供了参考。     

静压气体径向与半球轴承混合支撑轴系设计及静特性研究

针对精密机床主轴结构采用前后2个静压气体径向轴承时存在的安装精度难以保证,且不能自动调心的问题,设计一种新型气浮主轴结构,该气浮主轴前端支撑采用静压气体半球轴承,后端支撑采用静压气体径向轴承。基于最大承载和刚度原则对静压气体径向和半球轴承进行结构设计与优化;利用Fluent软件对径向轴承与半球轴承分别进行气膜流场特性分析,得到径向轴承和半球轴承在不同偏心率以及不同转速情况下的承载特性。结果表明:径向轴承与球轴承的承载力均随着偏心率以及供气压力的增大而逐渐增大,刚度随着供气压力的增大而增大,随着偏心率的增大逐渐减小。设计的主轴在供气压力为0.5 MPa、偏心率为0.5时,承载力和静刚度均可以满足精密加工的要求。     

误差对气体球轴承动静压混合承载性能的影响分析

针对一种新型结构的小孔节流气体静压球轴承,结合其制造方法,分析了在制造、安装及工作过程中可能产生的误差,采用有限元方法求解气体润滑雷诺方程,定量分析了各误差对静压和动静压混合润滑条件下承载性能的影响规律,对该类轴承的设计制造和性能保障有重要的指导价值.     

国内静压气体润滑技术研究进展

简述静压气体润滑轴承的发展,介绍国内静压气体球轴承,小孔节流、表面节流与多孔质节流静压气体轴承以及静压气体润滑数值模拟与实验研究的进展,展望未来国内静压气体轴承的发展趋势。介绍通过比例分割算法、遗传算法、相似准则等研究各型球轴承所得到的结构参数取值范围与优化设计方法等方面的研究成果和小孔节流轴承新的迭代算法与收敛判据及理论与数值计算结论与性能分析的实验数据,以及结构参数对表面节流轴承性能影响的研究成果与两种新型表面节流轴承和材料参数与结构形式对多孔质轴承性能的影响。针对静压气体轴承超声速现象和激波存在性问题,介绍轴承超声速场适用的SSTk-ω湍流模式的N-S润滑方程和在此基础上获得的数值计算与理论分析结论及试验验证所取得的研究进展,并探讨静压气体轴承入口处压力突降的现象。     

新型环面节流静压气体球轴承动特性分析

通过引入无穷小半径的概念，解决了具有整体球窝面的环面节流静压气体球轴承球窝中心点保角变换不存在的数学困难。借助小参数摄动和伽辽金有限元法，给出了求解球面坐标系下二维非定常雷诺气体润滑方程的一种近似解法，从而建立起分析该结构球轴承铅垂方向上动态特性的一类理论方法。分析结果证明了新型环面节流气体球轴承具有充分、完全的稳定性能。在结构参数不变的情况下，轴承的动态特性随供气压力、气膜间隙高度以及摄动频率的变化而变化。     

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。     

静压气体轴承静刚度的动态测试新方法

以环面节流静压气体球轴承为例,建立轴承动静态刚度与气膜位移-动态力频响函数的数学模型;借助数学分析和数值试验,从理论上揭示了轴承气膜位移-动态力频响函数与气膜静刚度、动刚度之间的联系,指出静压气体轴承静刚度的测量可以通过测量低频下气膜频响函数的幅频特性来代替.介绍球轴承气膜幅频特性测试装置的工作原理及测试系统固有模态对测试结果的影响.实测结果表明,静压气体轴承静刚度的动态测试新方法是正确可行的,气膜与承载质量构成的本质非线性二阶振动系统,其低频段的动态刚度数值仍然等于该工作点处的静刚度.新的测试方法,能够实现轴承静态刚度的在线自动测试,提高静刚度的测试精度和效率;将激振频率扩展到机械系统通常涉及的频段后,可以同时得到轴承的动静态刚度和气膜位移-动态力的幅频特性,这对于气体轴承稳定性及精密轴系动态性能的研究具有重要的意义,是轴承的静态测试所无法实现的.     

基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究

应用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT进行数值模拟,对影响气体静压止推轴承静态性能的相关因素进行了分析研究,并给出了相应的变化曲线.在自行研制的实验平台上进行气体静压实验,实验与数值模拟计算的结果取得了较好的一致性,证明了将该方法应用在气体润滑领域的可行性,也为进一步改进小孔节流气体静压止推轴承的设计和改善、提高其性能提供了理论依据.     

最大刚度下单供气孔静压球面气体轴承的参数优化初探

按照已知承载力求最大静刚度的设计准则,采用不可压缩流简化,建立了显含球轴承4个结构参数(气腔包角θ0、球窝包角θ1、供气孔直径d以及球半径R)的刚度计算表达式;利用静压气体球轴承的相似原理,将设计变量进一步缩减至3个(θ0、θ1、d);约束条件考虑了小孔节流器的实现条件、稳定性工作条件及加工制造限制条件等.选择适用于不等式约束的复合形法作为优化算法,编制了优化计算的MATLAB程序.优化结果与20世纪60年代美国格鲁曼公司制造使用的气体球轴承的结构参数完全一致.     

气体静压多孔质球面轴承静态性能分析

与传统的小孔节流气体静压轴承相比,气体静压多孔质轴承具有高承载能力、高阻尼和很好的稳定性等。气体静压多孔质球面轴承具有合力始终对准球心,轴承运转平稳等优点,既具有轴向限制同时具有径向限制,在工业当中应用相当普遍。给出了球面轴承的理论分析、有限元推导过程,基于有限元推导过程给出了球面轴承的理论计算静态性能。在自行研制的试验台上进行气体静压试验,由此得到轴承的静态性能。试验结果和理论计算结果之间的吻合良好,从而说明理论计算的正确性和可行性。     

流体静压多孔质球面轴承静态性能分析

对流体静压多孔质球面轴承进行理论分析,给出了其有限元计算方法,同时利用实验验证理论计算的正确性。结果表明,气体静压实验数值和有限元计算结果吻合良好,实验数值和有限元计算结果之间的误差小于10%,产生误差的原因是有限元数值计算没有考虑到流体的惯性效应、速度滑移、多孔质球窝的变形以及轴承表面粗糙度的影响;气体静压球面轴承的承载能力和静态刚度明显小于液体静压球面轴承,气体静压球面轴承刚度低的主要原因是所用的多孔材料孔隙度较大,即多孔材料的渗透率较大。     

气体静压球轴承的静特性分析及其实验研究

针对空气静压球轴承雷诺方程求解困难的问题,应用Matlab PDE工具箱提出了一种比较方便的数值求解方法,该方法通过坐标变换将气体润滑三维球面展成二维矩形平面,再将球面轴承的Rey-nolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,进而以Matlab PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,对其静特性进行计算。并研制了一套基于空气静压球面轴承的主轴样机对数值仿真结果进行验证,结果表明该方法比较理想,该方法在流体润滑领域有一定的应用前景。     

多孔质气体止推轴承跨缝过程时变特性研究

针对某大型超平气浮支撑平台上卫星模拟器所使用的多孔质气体止推轴承,在跨越气浮平台的拼缝过程中存在的运动卡滞和自激振动问题,建立多孔质轴承气体润滑理论模型,考察气体轴承的稳态特性;使用有限元法分析多孔质气体轴承通过拼缝时的动态时变特性,并分析压力分布、承载能力、倾覆力矩的变化。结果表明:平台拼缝间隙的存在对多孔质气体止推轴承压力分布造成了较大的影响,导致跨缝过程中其承载能力大幅降低,从而造成轴承表面划伤,因此在轴承的设计选用中应留有较多的承载余量;多孔质气体止推轴承在跨峰过程中,在其运动方向上存在呈正弦波动的倾覆力矩,但对其正常使用不会造成影响。     

超精密空气静压主轴静态性能的数值分析

为了对超精密空气静压主轴静态性能进行数值分析，利用有限元法求解空气静压轴承内的压力分布，计算径向和止推轴承的承载、刚度和供气流量。研究轴承参数对轴承静态性能的影响，提出空气静压轴承的设计准则。推导出精密主轴承载、径向刚度、轴向刚度和角刚度的计算公式。实验证明数值分析是正确的。     

应用有限体积法空气静压导轨力学特性的研究

空气静压润滑是精密工程领域的关键技术之一,润滑气膜的压强分布、承载能力、刚度等力学特性是决定导轨稳定性的主要因素。目前,空气静压导轨设计中常采用简化雷诺方程的工程计算方法,存在静态性能误差大的特点。本文针对润滑气膜的压强分布规律、承载力等主要力学特性参数进行研究。基于节流孔出射气流为冲击射流,引入计算流体力学的有限体积法,应用理想气体等温条件下的k-ε模型封闭控制方程组对润滑气膜的力学特性进行数值分析,得出不同气膜厚度下空气静压导轨工作面上的压强分布规律。数值结果表明：导轨内气膜从节流孔沿工作面到导轨边缘的压强分布规律非雷诺润滑方程所给出的均匀递减变化,而是在节流孔附近存在半径约为500µm的负压区、峰值约为0.05MPa;在静压导轨气膜厚度与承载力分析的基础上,指出气膜与导轨间的气固耦合所引发的导轨弹性自激振动是空气静压导轨实现纳米级定位的主要制约因素。     

基于数值模拟的小孔节流空气静压轴承静动态特性研究

为了提高小孔节流空气静压轴承的静动态性能,基于流体力学和固体力学的基本控制方程,建立小孔节流空气静压轴承双向流固耦合数值模拟模型;采用静态数值模拟方法获取了设计参数对承载力和刚度的影响规律,进一步对微气膜间隙内三维流场特性进行了分析,有效降低了微气膜间隙内气体冗余现象对空气静压轴承动态稳定性的影响,并在数值计算的基础上对空气静压轴承结构和工作参数进行优化设计;在气体静压试验平台上对自行研制的空气静压轴承进行静动态特性测试。试验结果表明:所提出的数值模拟方法具有很好的预测效果;所采用的优化设计方法能够显著提升空气静压主轴的静动态特性。     

应用Marc分析气体静压轴承静态性能

依据气体润滑理论,建立了环面节流气体静压轴承数学模型。利用通用有限元软件Marc中的滑动轴承模块,结合气体静压润滑问题的有限元理论分析方法,对该模块进行二次开发,求得气体静压轴承的静态特性,并通过实验加以验证。     

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。     

气体静压多孔质止推轴承静态特性的理论发展

多孔质材料被用来作空气静压轴承的节流器在过去已经广为报道了。多孔质材料节流器化传统的了流器具有一些显的优点,如设计和制造简单,很高的承载能力和刚度,更优越的尼特性以及体成。甚至更加复杂的几何结构如球轴承,空气静压丝杠也能够很容易获得,到目前为止,止推轴承尤其是圆板状的止推轴承是进行理论分析的最简化的几何模型,同时也是报道最多的。本首先介绍多孔质空气静压轴承的理论,接着着重介绍多孔质止推轴承的理论发展,最后,作讨论了关于多孔质介质的进一步研究的方向。