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。     

静压球面气体轴承工作特性数值分析

针对传统的主控雷诺方程推导过程中使用的连续性方程在静压气体轴承的节流孔处并不适用的问题,对雷诺方程进行修正。基于保角变换方法、牛顿迭代法、有限差分法和松弛迭代法对轴承气膜流场区域修正雷诺方程进行计算,得到在不同供气压力下节流孔分布锥顶角处气膜压力沿周向的分布,分析供气压力、径向偏心率和节流孔直径对静压球面气体轴承径向承载力、轴向承载力和耗气量的影响。结果表明：静压球面气体轴承的径向和轴向承载力受到静压效应和动压效应的耦合影响;供气压力越大,径向和轴向承载力越大,耗气量量越大;径向偏心越大,径向和轴向承载力越大,径向偏心率对耗气量影响很小;节流孔直径越大,径向承载力、轴向承载力和耗气量越大。     

工业缝纫机旋梭轴气浮轴承的设计与试验

旋梭轴是工业缝纫机的关键部件,对其进行无油化改造将会提高整机的缝纫速度和生产效率。应用气体润滑技术对旋梭轴的前后支承轴承结构进行了气浮改造设计,并对所设计的气浮轴承进行了静态试验测试与分析。试验表明,前气浮轴承的承载力大于后气浮轴承,气浮效果更好;随着供气压力的增大,总承载力呈现增大的趋势,说明旋梭轴与前后气浮轴承接触的可能性变小。该成果为研究实际工况下的气浮轴承动态特性提供了参考。     

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。     

微型涡轮发动机圆锥气体轴承润滑性能研究

采用CATIA软件建立圆锥气体轴承气膜三维流场模型,对其进行结构体网格划分后导入Fluent软件进行流体力学模拟,得到三维流场的压力及气体流量分布;计算圆锥气体轴承的承载力大小,分析供气压力、气膜厚度、供气孔位置和供气孔直径对轴承性能的影响。研究结果表明:供气孔附近的压力及气体流速最大;供气压力及供气孔直径越大,轴承的承载力及气体流量越大;减小气膜厚度能有效提升轴承承载力且能节省气体消耗量;供气孔位置在一定范围内外移对轴承承载力影响不大,但在接近边缘时会明显降低轴承承载力,同时,供气孔位置的外移还会引起气体消耗量的增加。     

针杆不同倾斜状态下狭缝型气浮轴承静特性分析

缝纫机针杆在实际运动过程中在复杂力作用下会发生倾斜,为研究针杆倾斜状态对轴承气浮特性及气体对针杆的影响规律,通过建立针杆倾斜下的物理模型,分别拟合上下轴套气膜高度曲面,基于Mat Lab利用有限差分法计算气膜压力分布,分析气浮轴承的静特性。结果表明:针杆倾斜角度越大,承载力越大,气体对针杆产生的反力矩也越大;上下轴套气膜差异明显,上轴套气体刚度大,若针杆高速运动将会产生动压效应。     

制冷压缩机径向气浮轴承的静态特性分析*

为研究以R134a为润滑工质的制冷压缩机径向气浮轴承的静态性能,基于流体润滑的雷诺方程,通过理论假设实现气体轴承的建模与分析,采用数值分析对三维气膜流场进行分析,得到动压轴承的气膜厚度分布、气膜压力分布、承载力、稳定性等特性,并与以空气为工质的径向气浮轴承进行比较。结果表明:在相同的情况下以R134a为工质的气体轴承的承载力比以空气为工质的小,两者的承载力都随着偏心率、轴承间隙、转速的增大而增大,所以在设计以R134a为工质的气浮轴承时,偏心率和轴承间隙都要比以空气为工质时偏大;以R134a为工质的转子系统的稳定性比以空气为工质的差,两者系统的稳定性都随着偏心率、转速的增大而趋于稳定,这表明要使转子系统获得相同的稳定性,以R134a为工质的气浮轴承要设计较大的偏心率。     

可倾瓦径向气体轴承间隙对其静态性能的影响

采用有限差分法求解三可倾瓦径向气体轴承静态气体润滑方程,得到了稳态时轴瓦与转子表面间的气膜压力分布;在一定静载荷下,计算了不同轴承间隙对应的转子起飞转速及相同工作转速下的最高气膜压力;分析了不同轴承间隙时,转速从起飞转速上升至工作转速过程中转子偏心率和瓦块摆角的变化。结果表明:在一定静载荷下,轴承间隙越大,轴承的最高气膜压力越小,转子的起飞转速越高,偏心率及各瓦块的摆动幅度越大。     

以制冷剂为工作介质的止推气体轴承静态特性分析*

针对离心式压缩机润滑问题,提出以R134a为润滑工质的动压气浮轴承,基于流体润滑的雷诺方程,从制冷剂与空气的流动对比出发,通过理论假设实现气体轴承的建模与分析,采用数值分析对气膜流场进行三维设计计算分析,得到动压止推轴承的气膜厚度分布、气膜压力分布、承载力、功率损耗等特性。结果表明:在相同的情况下以R134a为工质的气体轴承的承载力是空气的50%左右,两者的承载力都随着扇形瓦张角、转速的增大而增大,随倾斜面高度和节距比的增大而先增大后减小,随最小初始气膜厚度的增大而减小;在相同的情况下以R134a为工质的系统的功率损耗是空气的60%左右,两者系统的功率损耗受最小初始气膜厚度和速度的影响最大,转速越高、最小初始气膜厚度越小,两者的功率损耗越大。     

气膜结构对长光栅刻制气浮平台气膜特性的影响

为满足长光栅刻制气浮平台的设计要求,通过建立气浮导轨上气膜面的有限元模型,以承载能力、耗气量及流场"死区"速度作为性能指标,分析不同的节流器和均压槽形式对气浮导轨气膜特性的影响。结果表明:不同的导轨结构会造成压力场特性发生变化,进而影响气膜承载力、死区速度及耗气量;3×3节流器王字型均压槽的结构形式能有效提高承载能力,消除速度死区,且耗气量未明显增加,该结构能满足长光栅刻制对气浮平台长时间工作的要求。     

止推气浮轴承静态特性研究

为了对止推气浮轴承的性能进行研究,通过建立数学模型,运用有限差分法和流量连续原理对控制方程进行了有限差分表达式的推导。利用VB6.0语言对其压力分布、承载力、气膜间隙以及流量等进行了数值求解。结果表明:气浮止推轴承能够很好地实现气浮支承的效果,其承载能力与气膜间隙成非线性反比关系。     

气浮台轴颈轴承的参数设计

单轴气浮台气体轴承由止推轴承和轴颈轴承组成,轴颈轴承虽没有负载要求,但要求具有较高的气膜刚度和一定的径向抗干扰力。对气浮台轴颈轴承按最大刚度准则进行抗干扰设计,表明轴颈轴承采用2个短轴承比长轴承更能提高刚度和抗干扰力。分析轴承供气孔位置、气膜间隙、供气孔数以及供气孔直径对轴承静态特性的影响,确定轴承的最佳参数以获得较大的气膜刚度和良好的静压稳定性。对设计的轴颈轴承进行径向抗干扰力校核,保证了气浮台具有良好的工作性能。     

节流孔分布对矩形止推气浮静压轴承承载力的影响

为了分析矩形止推气浮静压轴承的承载性能,研究节流孔分布结构对轴承承载性能的影响,通过SolidWorks三维建模软件建立了气浮轴承的流场模型。通过FLUENT软件对气浮轴承的流场模型进行仿真分析,求解得到了不同节流孔分布结构的轴承气膜压力分布及其承载力。分析结果表明,在节流孔个数相同的情况下,当分布结构由多组沿圆周方向均匀分布的节流孔组成时,气膜间隙中间的压力更高,气浮轴承的承载力也更大;说明对节流孔分布结构进行优化设计能提高气浮轴承的承载力。     

半球面气体轴承稳态承载力分析

以半球面螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立供气切向角可变的半球面动静压气体轴承润滑分析数学模型。在广义坐标系下对模型进行保角变换和斜坐标变换,结合导数积分法和有限差分法建立气膜稳态压力控制方程的差分表达式后进行求解域网格划分,并编程数值计算稳态气膜厚度和压力分布;利用Simpson公式对气膜周向与径向压力进行积分,得到气体轴承的稳态承载力;在不同偏心率和转速下研究了不同轴承参数(节流孔数和分布、供气压力、供气切向角)对轴承稳态承载力的影响规律。     

闭式T形工作台结合面结构对气浮导轨性能的影响

闭式T形工作台在加工过程中选择不同的工艺方法导致结合面结构变化对气浮导轨性能的影响是不容忽视的。通过建立一体式和组合式两种结构的气浮导轨气膜面有限元模型,对其压力场分布、承载力、刚度和耗气量进行分析、对比。通过分析发现:砂轮越程槽会影响气膜结合面处的压力场分布,进而造成导轨承载能力的变化,但对耗气量的影响并不明显;与一体式导轨结构相比,组合式导轨结构明显提高了各气膜及导轨的承载力。结果表明:使用组合式的结合面结构形式不但能降低加工难度和材料成本,还能获得较大的承载力。     

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

小孔节流深浅腔动静压气体轴承承载特性分析

以小孔节流深浅腔动静压气体轴承为研究对象,采用Fluent软件对轴承的承载特性进行分析,研究偏心率、供气压力、主轴转速、气膜厚度、浅腔深度比等因素对轴承承载力和刚度的影响。结果表明:小孔节流深浅腔动静压气体轴承浅腔区的平均压力大于深腔区的平均压力,压力最大区域出现在浅腔末端靠近轴承端面处;随着供气压力的增加,承载力逐渐增大,但供气压力不应超过0.95 MPa;当主轴转速在3×10⁵ r/min以内时,承载力和刚度随着转速的增加呈线性增长规律,当主轴转速超过3×10⁵ r/min继续增加时,承载力和刚度的增长趋势明显放缓;承载力与刚度随着浅腔深度比的增加先增大后减小,当浅腔深度是气膜厚度的1～1.5倍时,承载力与刚度接近最大值。     

超精密全口径抛光机气浮转台的静态特性

为了分析角摆和转速对超精密全口径抛光机气浮转台静态特性的影响,建立了一种数值计算方法。将考虑角摆后的气膜厚度方程带入雷诺方程,此时的方程含有角摆和转速项,采用有限差分法进行离散并通过联合流量平衡方程进行数值求解。计算结果表明:单一角摆下,气浮转台的最大极限角摆为5×10-5rad,随着角摆的增大,气膜厚度最大值逐渐增大而最小值逐渐减小,压力分布发生改变,承载力逐渐降低。组合角摆下,气浮转台的最大极限角摆为4.9×10-5rad,组合角摆对气浮转台静态特性的影响规律和单一角摆时基本一致,但效果更为显著。气浮转台的失效转速为2 300 r·min-1,随着转速的增大,气膜厚度不会直接发生改变,压力分布却明显变化,最终承载力逐渐降低,进而导致气膜厚度发生变化。角摆和转速的改变致使气浮转台的承载力发生变化,为了保持力的平衡,转台位置会随之改变。该研究为后续动态回转误差的研究提供了理论基础。     

高速气浮轴承动静压耦合效应研究

采用有限体积法研究高速气浮轴承的动静压耦合效应.通过对高速气浮轴承内部流场的仿真分析,探讨轴承转速与偏心率对气浮轴承动静压耦合效应的影响.结果表明,基于有限体积法的三维模型可以有效地模拟动静压气浮轴承的内部流场,并与实际情况更加吻合;偏心率较小时,轴承的动静压耦合效应较小,其承载力随偏心率呈线性变化,偏心率较大时,动静压耦合效应增强,其承载力随偏心率呈非线性变化;随着偏心率和转速的增加,轴承的动静压耦合效应增强,从而对轴承气膜压力分布以及压力值的大小产生明显的影响.     

椭圆误差对多孔质径向气体静压轴承特性的影响

针对椭圆误差对多孔质径向气体静压轴承特性的影响,采用基于有限体积法的Fluent软件对流场进行三维建模仿真,研究了径向气体静压轴承的椭圆误差对轴承特性的影响,并得出关系曲线。得到以下结论:椭圆误差对轴承的承载力、承载刚度及耗气量的影响均比较明显;沿实轴方向偏心与沿虚轴方向偏心椭圆误差对轴承特性的影响相差不大;在0~9 000 r/min转速范围内,提高转速轴承的特性均有所改善。