带轴向微通槽静压气体轴承承载特性研究

以开设轴向微通槽的径向静压气体轴承为研究对象,通过Fluent软件对轴承的承载力和刚度进行仿真分析;针对矩形、三角形和椭圆形3种截面微通槽,分析气膜厚度对轴承的承载力和刚度的影响,得出微通槽的最佳截面形状设置;针对最佳截面形状的微通槽,分析不同槽宽和槽深对承载力的影响。研究发现:轴向微通槽可以明显提高径向静压气体轴承的承载力和刚度,偏心率越大,提升效果越明显;气膜厚度较小时,矩形微通槽气体轴承的承载能力和刚度最佳,且气膜厚度越小,微通槽形状的影响越大;气膜厚度较大时,3种微通槽轴承的承载力及刚度相近;承载力随微通槽槽宽和槽深的增大而先升高后趋于稳定。     

箔片气体轴承承载特性研究进展

气体箔片轴承承载特性对轴承-转子系统的可靠性和稳定性有较大影响,以应用最广泛的波箔型气体轴承（径向波箔气体轴承和止推波箔气体轴承）为研究对象,分别从理论研究和试验研究2方面介绍了轴承承载力的研究成果：波箔轴承承载力理论计算模型经历了从简化到完备的发展,已能够求解考虑边界滑移、库仑摩擦力以及不同润滑介质条件下轴承的承载力,通过气-弹-热的简单耦合能够分析气体黏性剪切发热对轴承承载力的影响;不同结构形式的波箔轴承试验表明轴承安装间隙、箔片表面摩擦学特性、轴承冷却流道等会影响轴承承载力。结合现有研究成果提出建立气-弹-热完全耦合的箔片变形求解模型以及改进箔片轴承的冷却流道以减少发热失效是未来研究方向。     

静压气体轴承承载特性的数值计算研究

以静压径向气体轴承为研究对象,采用有限差分法(FDM)耦合比例分割法求解静压气体润滑雷诺方程,利用MATLAB软件编写计算程序,采用超松弛迭代(SOR)的方法进行数值求解,获得气膜的压力分布,计算轴承的静态承载能力。该方法与CFD计算结果具有较好的趋势一致性,最大误差低于11%。利用程序求解分析静压气体轴承的静态承载特性随供气孔排数、供气压力以及转速的变化关系。结果表明:轴承的承载能力与偏心率、供气孔排数、转速成正比关系,对于双排供气模式,其稳压区的存在能够提升轴承的承载能力,并能削弱动压效应的影响。     

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。     

基于分形理论的多孔质气体止推轴承倾斜研究

多孔质节流器表面孔隙分布的不均匀性会导致多孔质气体轴承的倾斜。为寻找一种合适的方法来评价渗透率分布对多孔质轴承倾斜的影响,通过图像采集得到多孔质节流器表面孔隙的局部分形维数,然后利用局部分形维数的分布情况来评价渗透率的不均匀性,并提出分形维数分布向量来评估多孔质轴承的倾斜。通过实验测量多孔质轴承工作状态下的倾斜角度和方向。实验结果表明,该方法可以在不破坏多孔质节流器的情况下很好地预测多孔质轴承的倾斜:局部分形维数分布越集中则表明多孔质节流器的渗透率越均匀;根据分形维数分布向量的模可判断出轴承倾斜的角度大小,轴承倾斜的方向和分形维数分布向量的方向和达到了很好的吻合。     

混合型挤压膜气体轴承承载特性分析

针对挤压膜气体轴承悬浮力小的问题,将表面凸台引入挤压膜气体轴承,考虑表面凸台及轴承结构模态振型建立了时变及非稳态的挤压膜气体轴承运转特性分析模型,为解决凸台轴承气膜厚度分布不连续带来的求解困难问题,采用八点离散法对模型离散求解,进而开展该类轴承的承载特性分析。首先分析了光滑轴承和表面凸台轴承的气膜厚度和气压分布,然后分析了凸台参数、安装方式及运转方式对轴承承载特性的影响,结果表明：凸台的引入改变了气膜厚度的分布,提高了气膜压力峰值;悬浮力随台高、台宽、台数及驱动电压增大而增大;LOP型安装方式悬浮力大于LBP型;混合模式下的悬浮力大于纯挤压模式。     

新型波箔型径向气体轴承承载特性研究

基于波箔型轴承的结构特点,提出和设计平箔片与波箔片结构耦合的新型箔片轴承,包括波箔片覆盖轴承整个圆周、上半周和下半周的3种动压径向气体轴承。考虑气体的可压缩性,模拟箔片轴承的二维气膜流场,对新型箔片轴承的承载特性进行分析,并与刚性气体圆轴承的承载特性进行比较。结果表明,波箔片覆盖轴承下半周的下波箔片轴承的承载力明显优于其他轴承。通过改变下波箔片轴承波箔的波数、波宽、高度等结构参数来进一步模拟气膜流场变化。结果表明,在满足箔片结构稳定的情况下,下波箔片轴承承载力随波数及波宽的增加而增加,随波高的增大而呈现先急剧增大再缓慢减小的趋势。     

高速多支承气体静压轴承电主轴的承载特性研究

基于单元气体静压轴承的承载性能，简化多支承气体静压电主轴的支承和主轴结构，建立了有限元分析模型，借助ANSYS软件分析轴系的各种结构方案，并进行承载特性分析对比。研究分析多支承结构的承载机理，总结出提高气体静压电主轴承载特性的措施。分析了不同主轴结构和轴承布置对电主轴承载特性的影响，优选出了的多支承静压轴承电主轴结构。     

人字槽小孔节流动静压气体轴承承载特性研究

为提高动静压气体轴承的承载特性,以人字槽小孔节流动静压气体轴承为研究对象,运用流体力学理论对气体轴承的气膜流场特性和承载特性进行分析,研究不同转速时人字槽小孔节流动静压气体轴承承载力的变化规律,分析不同偏心率下人字槽槽数及几何参数对轴承承载特性的影响。结果表明:随转速的增加,人字槽产生的动压效应不断增强,轴承承载力不断提高;偏心率的增大可以提高轴承的承载力;同一偏心率下轴承的承载力随人字槽槽数的增多逐渐增大,当人字槽槽数小于10时,承载力增加较快,当人字槽槽数大于10时,承载力增加缓慢;随人字槽槽深比和槽宽比的增大承载力先升高后降低,在槽深比为2.4、槽宽比为0.55时承载力达到最高值。     

微转子系统径向气体轴承特性

充分考虑滑移边界条件的影响,利用数值计算方法对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)中微转子系统径向气体轴承的雷诺方程进行修正求解,得到轴承内部真实的气压分布,进而求得微气体轴承的承载能力和偏位角.通过与宏观无限短轴承模型的结果进行对比分析,发现滑移效应对气体轴承特性的影响规律.宏观无限短轴承模型和无滑移边界模型均会高估气体轴承的承载能力,特别是偏心率较高时(ε>0.6),产生的偏差更大;微转子系统在高速或超高速工况下运转,可以提高气体轴承的气压和承载能力.     

微气体轴承-转子系统动力特性研究

针对微气体轴承,基于1阶速度滑移边界,推导得到修正Reynolds方程,然后采用双向隐式算法(ADI)求解动态Reynolds方程,得到轴承非线性气膜力,并结合刚性转子运动方程,计算转子系统不平衡响应,得到了转子轴心轨迹、时间历程、功率谱和Poincare图等,分析了微气体轴承-转子系统的动力特性。分析表明,随着转子转速的升高,转子系统运动表现出倍周期和概周期等复杂的动力特性。     

表面微织构对气体动压轴承承载性能的影响

为分析表面微织构对气体动压轴承承载性能的影响,基于微观分子动力学的Lattice Boltzmann Method(LBM)建立气体动压轴承计算流体动力学模型,采用XFlow软件计算其承载力,并分析了微织构形状和深度对气体动压轴承承载力的影响,结果表明：三角形微织构轴承承载力优于正方形、半圆形微织构轴承,微织构深度取76μm最佳。     

基于ANSYS的径向永磁轴承承载特性研究

文章介绍了径向永磁轴承的特点及结构分类,分析了影响径向永磁轴承承载特性的因素,然后对构成径向永磁轴承的磁环的装配和磁化方向进行了分析,最后利用ANSYS软件通过理论计算对轴向磁化径向永磁轴承承载特性进行了研究,为径向永磁轴承的工程应用提供了依据。     

气体静压径向轴承气膜流场及承载特性分析

研究偏心率及不同供气压强条件下,气体静压径向轴承节流孔附近的气膜流场特性及承载力变化情况,并通过优化节流孔张角,提高轴承承载力.建立气体静压径向轴承三维模型,划分网格并确立模型的边界条件,采用Fluent软件对轴承内部气膜流场进行仿真计算.计算结果表明,气体静压径向轴承偏心率的增加,会导致区域气膜的压力差增大,从而提高...     

均压槽与静压气体轴颈轴承承载特性的关系研究

主要研究通过开设不同结构形式的均压槽来提高静压气体轴颈轴承的承载能力和刚度,利用加权余量法和有限元离散化方法求解雷诺方程进行数值计算和仿真,针对单排孔和双排孔轴颈轴承,分析不同长度的周向均压槽,以及不同数量、不同位置和不同长度的轴向均压槽对轴承承载能力和刚度的影响规律。结果发现:开设周向均压槽和轴向均压槽都可以提高轴承的承载能力,相比开设周向均压槽,开设轴向均压槽对提高轴承的承载能力更为有效,而且只开设一条或两条轴向均压槽就能显著提高轴承的承载能力,通常将轴向均压槽置于气膜间隙较小的位置时能使轴承的承载能力和刚度最大。数值仿真结果通过试验进行验证,研究结果可用以指导高承载和高刚性静压气体轴颈轴承的设计。     

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。     

轴承滚子表面特性的分形研究

基于分形理论的非线性特征,对圆柱滚子加工表面轮廓进行理论研究,探讨用分数维来表征其加工表面的粗糙度。通过理论计算及试验验证,得出了圆柱滚子外表面的分维特征,为研究加工表面的粗糙度提供一种新的方法。     

挤压膜轴承静态承载特性研究

为研究超声悬浮轴承的静态承载特性,设计了一种径向包容式超声悬浮气体挤压膜轴承。在分析挤压气膜润滑悬浮机理的基础上,利用曲线拟合方法求解挤压气膜模型曲线和厚度方程,根据黏性气体动力学理论建立了描述挤压气膜压力分布的Reynolds方程。采用有限差分法对挤压气膜的压力方程进行离散与差商替换,利用MATLAB自定义函数的功能对离散后的挤压膜方程进行数值计算,对气体挤压膜轴承的悬浮力进行了仿真并通过试验验证了理论分析的正确性。     

船用艉轴承支承承载特性研究

船用水润滑艉轴承衬层的选材十分苛刻,它对轴承实现增载减阻,低噪耐磨的优秀特征起着决定性作用。艉轴承支承承载特性的机制研究异常关键。针对这一方向,开展关于轴承结构对承载力影响的理论分析研究;构建实船用艉轴承动力学模型,分析衬套、下轴瓦和橡胶的结构参数变化规律;讨论橡胶层预留间隙大小对载荷-变形关系的影响,探明接触方式对衬套、下轴瓦和橡胶结构参数的影响作用。研究结果表明：随着橡胶厚度的增加,衬层变形逐渐降低;厚度对变形的影响最大,与顶部挡边距离次之,侧边距离影响最小。研究为水润滑艉轴承的使用和设计提供了工程指导价值。     

弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究

气弹耦合解是准确预测弹性箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。通过引入箔片的弹性变形以及联立求解动压气体润滑Reynolds方程和弹性箔片的变形方程,给出了弹性箔片动压气体推力轴承的气弹耦合解。应用气弹耦合解理论,将顶层箔片的局部弹性变形纳入考虑范围,对弹性箔片动压气体推力轴承的承载性能进行了计算和分析。有限元数值仿真结果表明:顶层箔片在气膜压力作用下的局部弹性变形直接导致弹性箔片动压气体推力轴承承载能力的降低;根据轴承瓦块上气膜压力分布的特点合理设计支承拱箔的结构形式,可以减小顶层箔片的局部弹性变形,有效提高轴承的承载能力。得到了一种承载能力较高的弹性箔片动压气体推力轴承支承拱箔结构设计方案。