高速精密机床新型静动压轴承的特性研究

本文利用有限差分法分析研究螺旋式小孔节流液体静动压轴承的动态特性。     

气体动压轴承非线性动力学行为和稳定性预测

以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立三维微气膜瞬态流场数学模型,采用流体动力学软件,对轴承三维气膜压力场进行仿真分析,得到使轴承承载能力最大的结构参数和运行参数。研究在最大承载力下,不同转速和偏心率对气体轴承瞬态刚度系数和阻尼的影响规律,探索气浮轴承瞬态非线性动力学行为。模拟出转子受转速影响下的轴心轨迹图,研究轴承-转子系统的稳定性。研究结果表明:槽宽比、槽深比、偏心率对轴承承载特性的影响明显;提高转速和偏心率有助于轴承的稳定,但随着转速的升高,轴承转子系统的稳定性接近临界状态,导致轴承转子系统不稳定,而较大的偏心率,易导致轴承产生碰摩现象,也破坏了轴承的稳定性,因此,在轴承设计过程中应合理选择轴承的设计参数,提高轴承的综合性能。     

动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程,给出动压气体轴承动态刚度和动态阻尼系数普遍适应的计算方法.进行有限元数值仿真,计算动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数,并重点研究轴颈扰动频率和不同轴颈扰动频率下的轴承静态载荷及轴承数对这些系数的影响.从理论上解释动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数与轴颈扰动频率的密切相关性.     

高速精密机床新型静动压轴承的特性研究

本文利用有限差分法分析研究螺旋式小孔流液体静动压轴承的动态特性。     

纳米气泡润滑动压水轴承的静动态特性研究

空化、两相流现象是滑动轴承润滑中的典型现象之一,影响着水润滑轴承的静态和动态特性。基于统计物理学及多相流理论,建立大量纳米气泡对流体的阻力模型,以及含纳米气泡的两相流体动力润滑理论模型,并采用有限差分法求解得到压力场、空化气泡数分布及动压水润滑轴承静、动态特性系数,分析并讨论空化两相流对水润滑轴承静、动态特性的影响。结果表明,与Reynolds边界相比,空化条件下轴承的承载力和偏位角均呈增大趋势,动态刚度和阻尼系数也出现不同程度的增加。     

Bow型硅微加工缺陷对动压气体轴承动态特性的影响

受硅微加工技术的限制,微气体润滑径向轴承经常产生Bow型加工缺陷,带来气膜厚度沿轴向的不一致性。将存在Bow型加工缺陷的动压气体轴承的膜厚方程与超薄气膜润滑理论相结合,推导同时考虑硅微加工缺陷及稀薄气体效应的微气体轴承润滑方程,并采用Newton Raphson方法进行求解。用“简正模”法推导系统的动特性系数及稳定性的求解模型,探讨硅微加工缺陷对轴承润滑特性及动力学特性的影响规律。结果表明,侧壁Bow型加工缺陷使得气膜中的压力分布变得平坦,降低系统的承载能力和气膜刚度,使临界质量曲线整体上移,增大轴承维持稳定运转所需的最小偏心率;此外,大偏心率时存在Bow型缺陷的轴承的高速性能差,增大轴承数有可能造成系统失稳,且缺陷程度越大,影响越明显。     

可倾瓦径向气体轴承的静动特性的理论研究

运用小扰动法和线性PH的思想,采用有限差分亚松弛的数值方法求解了可倾瓦径向动压气体轴承单块瓦的静、动特性方程。通过比较,得出一系列静特性参数和16个动特性参数,并讨论了影响静、动特性参数变化的因素。计算数据表明,轴承数和轴颈偏心率对轴承静态和动态特性的影响较大,并且瓦片参数取值推荐为L/D=1.0,α/β=0.65。     

压电-金属丝网块气体箔片轴承的静动态特性

在气体箔片轴承内添加压电陶瓷块和金属丝网块改进主动气体箔片轴承(AGFB)的结构,通过压电陶瓷块实现轴承径向预载的主动控制,同时通过金属丝网块提高轴承结构阻尼。首先,为了分析主动气体箔片轴承弹性结构的力学性能,提出耦合压电陶瓷块-金属丝网块子结构、波箔和顶箔的弹性结构力学模型;其次,采用耦合弹性结构力学模型和可压缩气体雷诺方程预测了主动气体箔片轴承的静态和动态特性;最后,针对不同参数对轴承动态性能的影响进行参数化讨论。结果表明：金属丝网块的过盈量和相对密度以及电压的增大均会导致轴承的动态直接刚度和阻尼系数增大,较小的名义间隙会导致轴承的动态直接刚度和阻尼系数较大。     

矿用提升机的理想轴承——静—动压油膜轴承

矿用提升机属于高可靠性要求的机械。但其满载启动对动力——传动系统极为不利。静—动压油膜轴承在设备启动之前即将轴顶起，成为液体摩擦轴承，大大降低了动力——传动系统的启动及运行中的力距；同时，在稳定运行阶段又可以切换静压，成为纯动压油膜轴承，去掉额外的动能消耗。因此，提升机的工作可靠性可以大大提高。本文从原理及实践的两个方面进行论述     

带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承静态特性

设计带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承,运用FLUENT对其静态特性进行仿真分析,通过改变轴向微通槽深度、偏心率、气膜厚度、供气压力等参数,研究其对轴承刚度和承载能力的影响。结果表明：其他条件不变,偏心率越大,轴承刚度越小、承载能力越大;人字槽可以提升气体轴承的承载能力和刚度,主轴转速越快,动压效应越强,轴承刚度和承载能力越大;随微通槽深度增加,轴承刚度先增大后保持稳定,轴承承载能力先增大后减小,因此当微通槽深度过大时,轴承刚度变化不大,但轴承承载能力会减小。     

整体式平箔气体动压止推轴承静特性分析

整体式平箔气体动压止推轴承具备制造工艺简单,承载能力强等优点,其由多个带有独立波箔的轴承扇区组成,但具有一个完整的环形平箔片。为了探究该新型轴承工作机制和静特性,提出相应的静特性分析模型并利用循环边界耦合条件,设置气流入口与出口处压力相等,利用数值仿真分析整体式平箔止推轴承的转速、最小气膜厚度和楔形高度对其静特性的影响,并与相同工作条件下的分离式平箔轴承进行比较。研究结果表明：整体式平箔所设计的轴承在负载情况下平箔片会由楔形-台阶转变为楔形-平端的几何形状,单瓦扇区后缘因变形向上弯曲产生二次收敛间隙,因此形成2个气膜压力峰值,且由于轴承面积较分离式平箔所设计的轴承更大,因此承载能力会更高;由于平箔台阶处存在负压区,因此整体式平箔最优楔形高度区间延后于分离式平箔出现,当楔形高度在50 μm左右时,能够达到较高承载能力并且摩擦力矩较小;当增加最小气膜厚度时,其承载能力与摩擦力矩均减小。     

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。     

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。     

液体动压径向滑动轴承供油压力对动静特性的影响

研究了供油压力对液体动压径向滑动轴承动静特性的影响。运用有限差分法和适当的边界条件，计算得出有无供油压力情况下，轴承的动静特性参数，并对计算结果进行分析比较。结果表明：供油压力是分析液体动压径向滑动轴承动静特性的一个不可忽略的因素。     

随机粗糙表面对微气体轴承性能的影响

采用尺度独立的分形参数表征粗糙表面,修正气体的雷诺方程,研究滑块轴承中气体薄膜在稀薄效应和粗糙度耦合作用影响下的压强分布、承载能力及承载力的主流向位置。结果表明:由于粗糙度的影响,气体轴承内的压强分布具有非线性特征,承载能力也不会简单地增大或减小,但承载力的主流向位置会变大。     

基于基础解的电磁轴承静动特性计算方法研究

研究了电磁轴承静动特性的计算方法,定义了基于局部坐标系的电磁轴承静动特性基础解,推导了任意磁极结构的电磁轴承动力学特性与基础解之间的坐标转换关系;在此基础上提出了利用基础解计算任意磁极结构的电磁轴承静动特性的方法,该方法简捷、快速,是电磁轴承静动特性计算的一套规范化、标准化的方法。     

先导式减压阀动静态特性研究

介绍了气体先导式减压阀的工作原理,建立了减压阀阀芯节流数学模型,分析了减压阀静态特性和动态特性。     

三瓣式气体箔片径向轴承的静动态特性

针对一种新型三瓣式气体箔片轴承,考虑接触界面库仑摩擦后提出了相应的刚度计算模型,并通过求解动压气体润滑Reynolds方程,计算并分析了轴承的静态特性和动态特性。研究了转速、载荷、轴承预载和轴承安装角对该轴承静动态特性的影响。静态特性方面,轴承预载可以较大程度地提高承载能力,且高转速下承载能力更强;安装角度对承载能力的影响呈正/余弦规律变化,且随着转速增大,最大承载能力所对应的安装角不断减小,并最终稳定在70°。动态方面,轴承动态直接刚度随预载增大而显著增大,阻尼变化较小;轴承动态刚度和阻尼随安装角的变化也表现为正/余弦规律,且随安装角的增大,两直接刚度和两直接阻尼分别呈异步变化趋势。