空气静压径向轴承静态性能的数值计算

本文应用工程设计法，有限元法，有限差分法及多重网格法对空气静压径向轴承的表态性能进行了计算，同时也得到了轴承承载能力，刚度及质量流量随偏心率变化的规律。最后进行了试验，试验结果和理论计算结果趋向一致。     

空气静压径向轴承静态性能的有限元分析

针对空气静压轴承在静态性能方面存在的承载力小和刚度低等问题,对空气静压轴承的结构参数对其静态性能的影响等方面进行了研究,对空气在径向轴承中的流动状态进行了验证。提出了全参数三维实体建模的方法,利用有限元软件ANSYS开展了在不同空气流动状态下气体轴承流场的仿真计算,研究了节流小孔的轴向位置、节流孔径、供气的压力以及平均半径间隙这几种因素对气体径向轴承静态特性的影响,得出了相关因素的变化规律曲线,并进行承载性能对比,据此优选出了空气静压轴承的结构参数,研究结果表明,空气在径向轴承中的流动状态为可压缩紊流,工程理论计算的结果与数值仿真的结果进行比较误差为4%,说明了该仿真方法的有效性,为设计超高速微切削空气静压电主轴提供一定的理论依据。     

静压径向气体轴承静态特性数值分析

对静压径向气体轴承的静态特性进行了详细的理论研究,采用二阶有限差分方法数值求解无量纲雷诺方程,编制Matlab迭代程序计算轴承的气膜压力分布。仿真分析了各种轴承结构参数和工作参数下静压气体轴承的承载、刚度和质量流量等静态性能的变化规律。仿真结果表明轴颈的转速对静压气体轴承的承载、刚度和质量流量等静态特性施加着重要影响,在分析轴承性能时必须考虑轴颈的旋转效应。当轴颈的转速不断增大时,轴承的气膜压力、承载能力和稳态刚度等静态性能能够得到显著提升。     

空气静压向心轴承静态特性的试验研究

本文对承载量较大(800牛顿)、转速较高(20000转/分)的空气静压向心轴承的静态特性作了试验研究。通过多次试验测定的数据,获得了气膜刚度随轴承直径间隙和供气压力的变化规律,并对此提出我们的见解。     

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。     

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.     

单狭缝节流径向静压气体轴承的静态特性研究

Fluent软件对单狭缝节流径向静压气体轴承的静态特性进行三维建模计算,研究了轴承长径比、节流狭缝宽度、节流狭缝深度、气膜厚度等对轴承静态特性的影响规律,得到以下结论:1在轴承各参数确定的情况下,当轴承的长径比取1.6时轴承具有较高的承载力和刚度;2狭缝宽度大于8μm时,狭缝宽度越大,轴承的承载、刚度越小,耗气量越大;3节流狭缝深度越大,轴承静态特性越佳,但综合考虑制造难度,狭缝深度在20 mm时最佳;4气膜厚度存在最佳承载和刚度状态值;5偏心率为0.1~0.4时,轴承的刚度取得最大值,承载随偏心率的增大而增大,耗气量则相反。     

轴颈倾斜对静压气体径向轴承静态特性的影响

为获得轴颈倾斜对静压气体径向轴承静态性能的影响规律,采用有限差分方法数值求解考虑轴颈倾斜下的稳态Reynolds方程,分析不同轴颈倾斜角度下轴承静态特性参数的变化情况,结果表明:不同轴颈倾斜角度下轴承气膜厚度基本相同;轴承周向角度从90°增大到270°时,轴颈倾斜角度越大,轴承气膜压力越小,轴承周向角度从270°减小到90°时,轴颈倾斜角度越大,轴承气膜压力越大;偏心率一定时,随着轴颈倾斜角度的增大,轴承的静态承载力减小,静态刚度、摩擦因数、气体质量流量、静态力矩和角刚度均增加。     

空气静压电主轴径向止推联合轴承承载特性

针对高速电主轴转子与径向止推联合气体轴承之间流场结构,建立径向止推联合气体轴承气膜三维仿真模型,并运用CFD方法对模型进行了数值求解,将径向止推联合气体轴承与单独径向气体轴承的仿真结果进行对比分析,研究两者的径向承载特性。结果表明,径向止推联合气体轴承的径向承载力和径向刚度,在静态条件下要比单独径向轴承低,只有在高转速和大偏心率的情况下,才接近甚至超过单独径向气体轴承。在理论与仿真分析结果的基础上,测试电主轴的径向承载力并与仿真结果进行对比分析,结果表明实验曲线与仿真曲线符合较好,验证了仿真方法及结果的正确性。     

空气静压轴承径向回转精度的分析

空气静压轴承靠对压缩空气的节流而产生承载能力,文献给出了径向轴承的表压比、狭缝因子和轴承间隙的关系式式中K_g——表压比,K_g=P_d-P_a/P_0-P_a;P_d 为气腔(轴承间隙组成)压力;P_0为气源压力;P_a 为环境压力;G——狭缝因子,G_0为设计值;h——轴承的单边间隙,h_0为设计值。例如:对一个设计参数为h_0=12     

高速空气静压径向轴承稳定性的试验研究

本文对空气静压轴承在0～24万转/分范围内,刚性支承的情况下,从介绍测试涡动振幅与频率的关系开始,进行了供气压力、轴承间隙、不平衡量大小等因素对高速稳定性影响的试验分析,比较了沟槽、孔式及切向供气等五种结构轴承的高速特性;给出了试验发现的一些规律:涡动起始速度随间隙的变化关系存在有两个最佳间隙,第二最佳间隙的大小远远超过了一般设计概念所考虑的范围;沟槽节流轴承的稳定性优于孔式节流的;单排轴承的稳定性比双排的优越;沟槽节流轴承也存在所谓“阻塞”的问题。最后指出了高速空气静压轴承设计上的一些基本问题。     

高速空气静压径向轴承稳定性的试验研究

高速空气静压轴承的稳定性问题实质上是涡动振动问题,它是空气轴承在高速场合应用的一大障碍。本文对空气静压轴承在0～24万转/分范围内。刚性支承的情况下,从介绍测试涡动振幅与频率的关系开始,进行了供气压力、轴承间隙、不平衡量大小等因素对高速稳定性影响的试验分析;比较了沟槽、孔式及切向进气等五种结构轴承的高速特性;给出了试验发现的一些规律;涡动起始速度随间隙的变化关系存在有两个最佳间隙,第二最佳间隙的大小远远超过了一般设计概念所考虑的范围;沟槽节流轴承的稳定性优于孔式节流的;单排轴承的稳定性比双排的优越;沟槽节流轴承也存在所谓“阻塞”的问题。最后指出了高速空气静压轴承设计上的一些基本问题。     

微孔阵列式空气静压径向轴承特性研究及结构优化

采用CFD软件Ansys flotran对不同结构参数的微孔阵列式空气静压径向轴承进行全参数三维实体建模,分析微孔阵列式节流器的微孔个数、节流器微孔直径、平均半径间隙以及节流器轴向位置对空气静压径向轴承静态特性的影响。结果表明：在一定范围内,增加节流器微孔个数能显著提高轴承承载力和刚度;当平均半径间隙一定时,减小节流微孔直径可以提高轴承承载力和刚度;存在最佳的平均半径间隙使得轴承的承载力最大,轴承刚度则随平均半径间隙的减小而增大;存在最佳的节流器轴向位置使得轴承承载力和刚度最大。利用上述结论可实现微孔阵列式径向轴承的结构参数优化。     

动静压气体径向轴承的静态性能转速效应

通过仿真与试验对纯动压、纯静压、动静压气体径向轴承的静态性能进行了对比分析,得到了轴颈转速、偏心率、气膜的动压效应和静压效应对轴承静态承载力和静态刚度的影响规律。随着转子转速或轴承偏心率的增大,动静压轴承的径向承载力逐渐增大;当转子转速较小时,气膜的静压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率增大而减小;当转子转速较大时,气膜的动压效应起主导作用,静态刚度随动静压轴承偏心率的增大而增大。     

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。     

小孔节流空气静压径向轴承设计方法的改进

随着对精密机械和仪表在高精度、高速度、高可靠性、高寿命及低摩擦方面提出越来越高的要求,空气轴承的某些优异性能(与流体润滑轴承和滚动轴承相比)日益受到重视,使它在精密机床、陀螺仪、低温技术和光学机械等方面得到了较多的应用.目前,国内对空气静压轴承的设计计算大多采用J. W. Powell所提供的方法进行.但Powell法在简化近似上存在着一些不合理之处,使得设计计算的轴承性能与实际轴承性能间通常有较大的差异.本文通过对Powell法的分析,指出推导上的问题,并以孔式节流的空气静压径向轴承为对象,针对这些问题作了探索性的改进,试图建立一种既具有较高计算精度,又能便于工程设计应用的计算方法.     

多因素影响下空气静压轴承静态特性分析及实验研究

由于空气静压主轴气膜厚度处于微米级别,而主轴中的不平衡现象会影响轴承内的气膜厚度变化,因而需要对各微尺度影响因素综合考虑,并对影响主轴不平衡的各因素进行充分考虑才能真实反映主轴内的气膜流动状态,仿真出轴承的静态性能。充分考虑影响主轴不平衡的各因素并对传统雷诺方程进行修正,研究黏度、流量因子、速度滑移3个微尺度因子及转子偏心和制造误差对轴承静态性能的影响,并通过实验验证从而实现对空气静压主轴静态特性的真实预测和分析。结果表明：3个微尺度因子中,速度滑移对轴承气体压力分布影响最大,同时考虑3个微尺度因子时更能反映轴承气膜流动真实状态;转子偏心与制造误差耦合时,随转子偏心率增大,轴承中各节流孔附近的气膜压力分布与气膜刚度差异越来越大,将严重影响轴承气膜刚度。     

钻削电主轴空气静压径向轴承润滑参数优化

采用有限元方法对钻削电主轴的空气静压径向轴承静特性进行数值仿真分析。首先对电主轴径向支承模型分析,并结合静压气体润滑理论分析,运用有限元方法对雷诺方程进行离散求解。基于此,借助于MATLAB工具平台,编写了气体静压径向轴承静特性数值分析程序,实现了静压气体径向轴承润滑参数的优化设计。通过该软件的计算仿真,以最大刚度为优化目标,最终得到了笔者正在开发的PCB钻削电主轴静压气体轴颈轴承的最优气膜间隙、节流孔直径及供气压力。     

空气动静压径向轴承实验台加载装置误差分析

通过对空气动静压径向气体轴承实验台加载机构进行力学分析,建立相应的力学模型,并构造出误差函数,进行了误差计算与分析,消除了由于加载机构的弹簧拉力方向角度误差对测量气体轴承气膜支持力的影响.     

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