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。     

基于FLUENT的径向静压气体轴承的静态特性研究

以径向静压气体轴承为研究对象,研究动压效应及偏心率对轴承静态特性的影响,采用三维建模,结构化和非结构化网格相结合,运用有限体积法对三维稳态可压缩N-S方程进行求解.结果表明:承载能力随着偏心率的增大而增大;大偏心率高转速时,动压效应对承载能力的影响不可以忽略;大偏心率时,随着转速增加,沿旋转方向,最小气膜间隙处的压力分布不断增大;当转子静止时,刚度随偏心率的增大而先增大后减小;高转速时,刚度随偏心率增加而增加;计算结果与试验结果的对比表明该计算方法能够有效进行径向静压气体轴承流场特性分析.     

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。     

狭缝节流径向气体静压轴承的结构设计研究

针对狭缝节流径向气体静压轴承,利用基于有限体积法的Fluent软件进行流场三维建模仿真,研究分析了狭缝的宽度、深度、位置、形状及轴承长径比等因素对轴承静态特性的影响,得到以下结论:当狭缝宽度z=3~4μm、狭缝深度H=15~17 mm、狭缝距端面L2=10~15 mm时,轴承具有最佳静态特性;轴承长径比在0.8~1.5区间,随轴承长径比的增大,轴承静态特性逐渐改善;与连续狭缝相比,非连续狭缝轴承具有较好的静态特性。     

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.     

局部多孔质气体静压止推轴承压力分布的研究

利用计算流体动力学软件FLUENT对局部多孔质气体静压止推轴承的压力分布进行了仿真研究.局部多孔质和气膜都采用有限体积法进行离散,同时考虑了气体在局部多孔质和气膜内的三维流动,因此使仿真结果相比于二维计算结果更加接近实际.通过仿真研究给出了多孔质圆柱塞个数、半径及其高度不同时,轴承压力分布的变化趋势.结果表明,随着多孔质圆柱塞个数的增加、半径的增大或其高度的减小,气膜内的压力都会相应的增大,从而使静压轴承的承载能力得到提高.     

小孔节流静压气体轴承压降效应的数值分析

孔式节流静压气体轴承存在的压降效应会降低轴承承载性能。为探讨不同轴承结构参数对节流孔出口处压降效应的影响,以小孔节流静压气体轴承为研究对象,采用有限差分法、超松弛迭代法对轴承气膜流场进行计算,得到不同轴承结构参数下气膜压力分布。结果表明：节流孔直径和数量、偏心率、节流孔位置以及平均气膜厚度均对节流孔的压降效应产生重要影响;压降效应随节流孔直径和数量的增大而减小,随平均气膜厚度和偏心率的增大而增大,随空气温度升高而降低;节流孔越靠近轴承端面,压降效应越强;转速变化对节流孔压降基本不产生影响,表明压降效应主要与轴承的静态特性有关,与动态性能关系很小。     

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     

基于气固耦合的静压气体轴承静态性能仿真研究

为了探究静压气体轴承的静态性能,运用CFD软件进行气固耦合仿真,对可变节流静压气体止推轴承的静态性能相关影响因素进行研究,得到不同状况下的轴承静态性能变化规律。结果表明:可变节流静压气体轴承速度流场变化过渡更为平稳,可有效促进工作时稳定性;提高供气孔压力可以提高轴承的承载力和刚度,同时耗气量会明显增加;增大节流孔的直径可以有效提升轴承承载力,但峰值刚度反而下降,耗气量亦会增加。     

基于球面轴承的空气静压主轴设计

在分析空气静压球轴承工作原理的基础上,设计了气体静压对置双半球球面轴承.通过理论分析及计算确定了气体静压球轴承的尺寸,为了提高气体静压球轴承的性能,研究了其结构设计,提出一些改进措施.通过改进结构,有助于提高气体静压球轴承的承载力和刚度,消除加工装配误差的影响.     

基于气浮轴承的无摩擦气缸设计及参数优化

针对超精密垂直轴对无摩擦、高稳定性重力平衡系统的需求,本文设计了一种新式无摩擦气缸,并对气浮轴承的参数进行优化.首先,确定气浮轴承初始参数,据此建立基于ANSYS的有限元分析模型,将分析结果与工程计算、实验结果对比,验证仿真计算的可靠性.然后,利用该模型,采用响应面优化方法,得到不同节流孔布置下(对应最佳气膜厚度时)的...     

气体静压轴承相位致振气锤失稳机理与试验

针对气体静压轴承在结构不合理或者工作参数选择不恰当时容易产生气锤失稳的问题,开展基于相位致振的气体静压轴承气锤失稳机理研究。从气体静压轴承的工作气压与气膜间隙随时间变化的相位关系出发,建立基于相位致振的气体静压止推轴承自激失稳理论模型,分析气体静压止推轴承在发生气锤失稳过程中,工作气压与气膜厚度的相位变化对应情况。理论分析和实验研究结果表明,在气体静压止推轴承发生气锤失稳过程中,工作气压与气膜厚度的相位不断变化,并在相位差为180°时发生气锤失稳,进而说明可以从相位角度解释气体静压轴承发生气锤失稳的原因。该研究进一步完善了气体静压止推轴承的自激失稳作用机理分析,为气体静压轴承的气锤失稳的机理分析及其抑制提供了一种新的方法。     

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.     

基于FLUENT的离心加速度下气压场仿真研究

针对多参数复合环境试验系统中离心加速度会造成气压场分布不均匀的问题,提出了一种添加风扇搅拌来改善气压场分布均匀度的方法.通过研究离心加速度与气压场的耦合机理,以流体运动控制方程和标准k～ε湍流模型为基础,建立了环境舱内的流体运动模型.采用有限体积数值分析的方法,对无风扇搅拌和有风扇搅拌两种情况下气压场的分布进行了仿真,...     

Frictional characteristics of an aerostatic linear bearing

Frictional characteristics of an aerostatic linear bearing are evaluated in detail by means of a developing method. In the method, the resultant force acting on the moving part of the bearing is measured highly accurately as the inertial force using an optical interferometer. The velocity dependence of dynamic friction is focused on in this paper. The component of dynamic frictional force, which is almost independent of the absolute value of velocity, is detected in the experiment, in addition to the force component that is proportional to velocity. Before this study, dynamic frictional force had only been explained as the viscous frictional force acting inside the air film, which is proportional to the velocity.     

均压槽尺寸对空气静压导轨静态性能的影响

引入有限体积法,采用理想气体等温条件下的k—ε模型封闭流动控制方程组,对均压槽尺寸改变条件下空气静压导轨润滑气膜流场分布进行数值模拟,得到导轨工作面压力分布图及承载力、刚度变化曲线,数值模拟结果表明：导轨承载力及气膜刚度随均压槽尺寸的增大而先增大后减小,存在一个最佳值;随均压槽尺寸增大,导轨工作面压强分布趋于均匀;但当均压槽大于一定尺寸时,气膜湍动随机性引发导轨工作面压强不规则分布,易造成偏载、导致导轨性能不稳。该结论为空气静压导轨均压槽设计及导轨系统静态性能的提高提供依据。     

超精密机床径推一体式空气静压轴承的静态特性(英文)

提出了一种新的径推一体式静压主轴支撑方式来优化机床主轴系统性能,以满足超精密飞切机床对气体静压轴承高刚度的要求.采用计算流体力学和有限体积法对气体静压轴承气膜内部的流场与压力场进行仿真,并研究其静态特性.为提高计算精度,完成了轴承宏观尺寸与气膜厚度相差几个数量级时气膜厚度方向2 μm间距的网格划分.仿真结果表明,在偏心状态下由于气膜压力的变化使节流孔气体流速在1～200 m/s内变化,机床所采用径推一体式轴承静态刚度达到3 508 N/μm.研究表明,通过增大轴承的供气压强和减小节流孔的直径可改善轴承的静态性能进而提升机床性能.     

基于V-REP的双机器人协同运动仿真与实验研究

针对目前国内外机器人建模和仿真能力较差,软件功能扩展性和开放性较差,无法满足机器人协同控制要求的现状,提出了一种基于V-REP的双机器人协同运动控制方法.首先在仿真软件中建立机器人模型并生成运动路径,通过逆向运动学计算获取协同搬运路径对应的关节参数,然后在V-REP软件中建立双机器人模型,并通过Lua脚本语言控制双机器人进行协同运动仿真.采用所提出的方法对双机器人协同搬运过程进行仿真和实验,结果表明该方法有效可行,为以后的其他机器人运动仿真提供了参考.     

基于FLUENT动网格技术的三叶凸轮转子泵数值模拟

采用数值模拟软件FLUENT中的动网格技术,对三叶凸轮转子泵内部的介质流动情况进行动态模拟。分析了不同时刻其内部流场的变化,以及内部压力分布和速度分布情况,得出其内介质内部流动规律和出口脉动情况,为对其进行性能预测和结构优化提供了一定的理论参考;同时,也验证了采用CFD数值模拟方法对三叶凸轮转子泵进行研究的可行性。