空气静压轴承主动控制技术的研究

本文根据空气静压轴承在应用中的不足之处,利用计算机控制的测试系统测量出轴承的径向和轴向误差,并引进主动控制技术修正轴承的这几类误差,提高其刚度,并相应其旋转精度,为空气静压轴承在生产中推广使用作了技术上的探讨.     

一种连续加载的气浮导轨静刚度在位测量方法

根据空气静压导轨静态性能测试要求,提出了一种连续加载的气浮导轨静刚度在位测量方法。采用两台电感测微仪测量导轨滑台的位移量、小水泵抽水,以及电子称测量加载质量变化的方式,实现了对空气静压导轨连续加载和负载变化量与气膜间隙变化量的测量,实验结果与理论分析结果有较好的一致性,说明该实验方法是合理的,同时也表明了将该方法在空气静压导轨的静态性能测试中应用的可行性。     

空气静压轴承静刚度有限元非线性分析

在空气静压轴承的设计和应用中,由于非线性问题,常常难于定性确定轴承气膜刚度.采用有限元方法对空气静压轴承的静刚度进行分析,以通用有限元软件Ansys为分析平台,对轴承进行全参数三维实体建模,分析了轴承在不同偏心率下气膜上的压力分布,得到不同偏心率下轴承的承载力和静刚度变化规律.结果表明,当受载发生偏心时,空气静压轴承的静刚度表现出高度的非线性.     

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。     

空气静压轴承动刚度有限元非线性分析

由于空气静压轴承在应用中表现出非线性,以致难于确定轴承气膜的刚度.为了解决这一问题.定性分析空气静压轴承动态刚度与转速的关系,本文采用有限元方法对空气静压轴承的动刚度进行分析,研究气膜动刚度在主轴高速运转中所表现的非线性行为.分析结果表明,高速转动的空气静压轴承的动压效应不容忽略,在偏心率为0.5的情况下,转速为8000r/min时,动压效应可以提高轴承的承载能力约10%.     

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.     

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。     

空气静压止推轴承动态性能试验台

针对空气静压止推轴承动态性能的研究需求,研制了一种可以测量一定外部扰动情况下的轴承气膜间隙变化量及对应扰动变化量之间关系的试验台,阐述了试验台的机械结构、测试系统以及工作原理。测试结果表明:该试验台很好表征了不同的外部扰动频率下气膜间隙的变化趋势,运行平稳,可靠性高,能够满足空气静压止推轴承动态性能的研究需求。     

空气静压轴承中活动环式主动节流器探讨

针对空气静压轴承刚度低的缺点,提出了一种主动节流器。通过这种主动节流器对空气轴承进行压力反馈控制,达到提高轴承刚度的目的。理论分析和计算表明,在一定的载荷范围内,具有这种主动节流器的空气静压轴承能达到无穷大刚度。     

T型复合结构空气静压支承平台承载性能研究

为了深入研究空气静压轴承在径向和轴向复合工况下的承载性能和规律,设计并研制了一台T型复合结构空气静压支承平台装置。结合T型复合结构空气静压支承平台的三维模型,采用流体润滑理论和有限体积法对空气静压组合轴承与单独径向轴承进行了数值计算,研究了偏心率和供气压力以及转速等参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响规律。结果表明：空气静压轴承随着偏心率和供气压力的增大其承载力呈逐渐增大规律;单独径向轴承的承载性能要优于组合轴承的承载性能。     

非球面超精密气浮式测头设计及仿真

非球面接触式测量过程中,采用空气静压轴承的气浮式测头,可以减小测量探针对被测表面的压力和测头移动过程中所受的摩擦力。设计了一种非球面超精密气浮式测头,采用工程算法对其方形空气静压轴承进行了尺寸设计,建立了三种采用不同节流孔形式的轴承设计模型,同时分别对这三个轴承工作时内部的气流以及整个测头内部的气流建立了有限元模型,并采用Fluent流体计算软件对以上气流模型的气压分布、压强以及流量进行了仿真计算,预测了测头的静态性能。结果表明,测头刚度可达1.77MN/m,测头与被测表面之间的接触力可控制在0.1~7mN之间,所消耗空气流量最多为3.6m3/h,满足测头设计要求。     

基于响应面法的小孔节流静压气体轴承多目标优化

以小孔节流静压气体轴承为研究对象,针对其承载力和刚度较低、质量流量较大的缺点,运用响应面设计方法全面分析节流器参数对轴承性能的影响以及参数间的交互影响,得到拟合公式用于预测目标函数,并以最大承载力、最大刚度和最小质量流量为设计目标,采用精英策略的多目标遗传算法优化轴承性能。研究表明:节流器参数对轴承性能的影响极显著,同时,参数间的交互作用对目标函数均有影响;节流孔直径是承载力和质量流量的显著交互影响参数,偏心率是刚度的显著交互影响参数。得到的二阶多项式拟合公式可以近似计算轴承性能,可用于预测目标函数。采用多目标优化使轴承承载力提高57.1%,刚度提高50.2%,质量流量减少40%,显著提高了轴承性能。     

圆柱腔小孔节流空气静压轴承动力学性能研究

为研究轴承参数对气膜刚度、阻尼特性的影响,以圆柱腔小孔节流空气静压支承轴承为例,基于动网格方法,采用数值仿真计算分析轴承气膜在外激励下的动载荷响应特性,计算气膜承载力、刚度和阻尼;考虑气膜厚、气腔尺寸、小孔孔径、供气压与激励特性,基于正交试验设计构造正交表,进行采样计算,采用径向基神经网络模型拟合得到承载力、刚度和阻尼与轴承参数的相关性数学模型;基于得到的数学模型,分析气腔尺寸对轴承动力学性能的影响。研究表明:由于挤压膜效应,激励频率的增加可使气膜刚度增加、阻尼降低;当轴承间隙气容更小时,刚度随激励频率的增加更快。     

一种计算深沟球轴承径向刚度的新方法

介绍了一种使用有限元计算深沟球轴承径向刚度的方法,基于patran／nastran对深沟球轴承有限元模型建立和求解进行了详细的阐述。并根据经验公式计算深沟球轴承的径向刚度。有限元计算结果与经验公式结果比较表明,该种方法适合求解深沟球轴承径向刚度。     

小孔节流静压支承轴承力学性能的数值建模

为了讨论小孔节流空气静压支承轴承的节流器尺寸,气膜厚度与供气压等轴承参数对轴承力学性能的影响。针对圆柱腔小孔节流静压支承止推轴承,首先进行了轴承间隙流场的数值仿真与分析,其中以小孔尺寸,气腔尺寸,供气压及气膜厚为设计变量,利用正交实验设计的基本原理构造正交表,通过对轴承间隙流场的数值计算进行采样以获取轴承的承载力与刚度;其次在设计变量范围内基于径向基神经网络模型建立承载力与刚度的分析数学模型,在该分析模型中全面考虑了各轴承参数的作用,同时考虑了轴承间隙的流场结构对力学性能的影响,得到的模型经过拟合校验以证明具有足够的精度;最后基于该分析模型讨论了小孔与气腔尺寸对轴承承载力与刚度的影响,为工程设计提供了参考。     

向心透平发电膨胀机静压气体轴承设计与承载特性分析

为提升有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统向心透平发电膨胀机静压气体轴承的承载力与刚度,采用表压比法设计了以R245fa为润滑工质的静压气体轴承,分析转子偏心率、供气孔尺寸、进气压力对静压气体轴承承载力与刚度的影响。实验结果表明：在相同供气压力下,轴承承载力与刚度随着转速的增大而增大;在相同转速下,0.7 MPa供气压力相对于其他气体供气压力轴承的承载力与刚度略高;静压气体轴承的偏心率越大承载力越大;相同供气孔直径下,静压气体轴承的承载力与刚度随着转速的升高而升高;随供气孔直径增大,静压气体轴承的承载力和刚度也随之增大。     

基于匀压和阻尼的空气静压轴承静态特性研究*

针对常规空气静压轴承设计时存在的承载能力、刚度与气动锤之间的矛盾,提出一种基于虚拟均压和被动阻尼设计方法。采用该方法设计一种含环布均压槽和阵列阻尼孔的矩形平面空气静压止推轴承,并研究其静态特性。研究结果表明：与常规空气静压轴承结构相比,设计的空气静压止推轴承在供气压力0.5 MPa下的最高承载力提高了43.4%,最高刚度提高了51.3%;减小阻尼孔数量、减小节流孔径、提高供气压力和增设均压槽可获得最佳刚度特性;增加阻尼孔数量、减小节流孔径、提高供气压力和增设均压槽可获得最佳静态特性和动态稳定特性的综合性能。     

螺旋槽小孔节流动静压气体轴承动态特性分析*

为进一步改善小孔节流动静压气体轴承的稳定性,对螺旋槽小孔节流动静压气体轴承的动态特性进行了研究。建立不定常工况下的动态雷诺方程,采用偏导数积分法求解动态特性系数。研究有无螺旋槽、涡动比、转速、供气压力以及槽宽和槽深对轴承动态特性的影响规律。结果表明:螺旋槽可以显著提高轴承的动态特性,增加轴承的稳定性;随涡动比的增大,直接刚度系数增加,交叉刚度系数和各阻尼系数都减小;随转速的增大,各刚度系数增加,而各阻尼系数减小;随供气压力的增大,各刚度和阻尼系数均增加;随槽宽的增大,直接刚度系数和阻尼系数呈先增加后减小趋势,交叉刚度系数和阻尼系数变化较小;随槽深的增大,直接刚度系数增加,交叉刚度系数和各阻尼系数先增加后减小。     

弹流润滑圆柱滚子轴承径向刚度的计算

针对滚动轴承刚度计算方法存在的问题,对圆柱滚子轴承受力和弹性变形进行了分析,得出了静态工况下滚动轴承的刚度计算式.在此基础上,将有关弹性流体动力润滑理论引入轴承刚度计算过程,以Dowson-Higginson油膜厚度公式为依据,研究了油膜厚度对轴承刚度的影响,推导出了用于计算圆柱滚子轴承径向刚度的数学公式,实例计算表明,该计算方法具有更高的计算精度.