高效精密动静压主轴热动力学耦合特性分析

针对采用液体动静压轴承支承的高效精密磨床砂轮主轴工作状况,在砂轮主轴静动态特性分析中,考虑了轴承油膜温升的影响。建立了轴承-油膜流固耦合模型,得到随主轴转速和供油压力的变化而改变的轴承油膜温升和动态轴承支承刚度,然后对主轴系统分别进行静态和动态分析,得到轴承油膜温升影响下的主轴静挠度、动挠度和主轴系统的固有频率。结果表明,对于高效精密磨床,轴承油膜的热特性对砂轮主轴系统的静挠度和动挠度具有显著的影响。     

液体静压主轴热态特性多物理场耦合仿真与实验研究

液体静压主轴在加工过程中受热源影响发生热变形,会影响机床加工精度。针对一种超精密卧式辊筒加工机床的液体静压主轴,建立主轴生热与散热的理论模型,采用有限体积法与有限单元法建立主轴的流-热-固耦合仿真模型,考虑油膜区域散热条件,分析主轴工作到稳态下的温度场以及产生的轴向热误差,并通过试验验证仿真模型的正确性和准确性。应用该模型分析主轴转速、供油压力、液压油黏度、油膜间隙以及轴向封油边长度对主轴温升的影响。结果表明,主轴温升随主轴转速、液压油黏度、封油边长度的增大而增大,随供油压力、油膜间隙的增大而减小。因此,在满足主轴性能的前提下,使用较低的主轴转速、较大的供油压力,选择小黏度的液压油、较大的油膜间隙以及较短的封油边长度可以有效地降低主轴的温升。     

基于单向流-固耦合的高精密液体静压主轴应力场和温度场研究

高精密液体静压主轴系统正常工作时,系统不均匀的温度分布、润滑油膜的压力分布都会造成应力集中和主轴系统结构变形,导致主轴过早失效。基于单向流-固耦合理论,以FLUENT和Workbench为联合仿真平台,对液体静压主轴的力-结构变形和热-结构变形以及应力分布进行分析研究。分析表明:主轴工作达到稳态后,轴承静压腔内的压力分布均匀,回油槽以及出口位置的温度梯度大,平均温度高于油垫的温度;静压轴承润滑油膜的压力和温度分布对主轴的径向变形影响更为明显,进而影响主轴的刚度;电主轴转子的温升是影响主轴应力集中的主要因素,对主轴工作的油膜间隙影响不明显。     

计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析

根据动载滑动轴承热流体动力润滑理论,结合热变形矩阵法,提出一种考虑热变形因素影响时的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,阐述该方法的基本理论和控制方程,探讨热变形因素对主轴承工作时的轴心轨迹、润滑油流量、最大油膜压力和最小油膜厚度等状态参量的影响情况.结合一主轴承实例进行数值仿真分析,仿真分析结果发现,计入热变形影响因素后,同未考虑热变形影响时分析得到的结果相比,轴心运动轨迹发生了很大变化,平均润滑油流量和一个载荷周期内的最大油膜压力均明显增加,一个载荷周期内的最小油膜厚度明显减小,润滑油平均温升则稍有减小.内燃机主轴承在工作时受各种热源因素的影响会产生热变形,在主轴承设计以及内燃机润滑系统供油量设计过程中考虑这种变形因素的影响是很有必要的.     

基于热变形分析的液体静压电主轴系统参数优化

液体静压电主轴系统的热变形严重影响机床加工精度,有必要对电主轴系统热变形的影响因素进行分析,以减小系统的热变形量。利用有限元法,分析在工艺参数和结构参数不同取值条件下某液体静压电主轴系统的热变形情况,重点分析冷却水流量、轴承供油压力、主轴转速、轴承结构参数对主轴热变形的影响。结果表明,电主轴系统的最大变形出现在主轴前端安装砂轮处;冷却水流量和供油压力的改变对主轴前端面径向最大热变形的影响规律显示,当冷却水流量和供油压力达到一定值时,系统的热变形已得到有效控制,若再增大冷却水流量和供油压力,热变形量减少的幅度较小;在不同的主轴转速下,润滑油的流动状态不同,润滑油在紊流条件下的主轴前端面径向最大热变形超过层流条件下的2倍。运用均匀设计试验,得到轴承长径比和轴承轴向封油边长度的优化参数值,使主轴前端面径向最大热变形控制为最小。     

液体动静压轴承的温度场与热变形仿真分析

在基于有限体积法的流体仿真软件FLEUNT中,对层流状态下的液体动静压油膜-轴承这一流固耦合模型进行了数值仿真,得出了动静压轴承的温度分布情况;并进一步在有限元软件ANSYS中对轴承的热变形情况进行了分析计算。结果表明:轴承的最高温升及径向最大热变形随主轴转速和偏心率的增大而迅速增大,随环境温度的升高而减小;而供油压力对轴承热变形的影响不大。且轴承径向最大热变形值和轴承间隙在同一数量级,因此热变形在动静压轴承性能分析中不可忽略。     

考虑热弹性变形和表面粗糙度的圆柱滚子轴承热弹流润滑分析

运用线接触热弹性流体动压润滑理论,考虑了润滑油膜温升变化引起的圆柱滚子轴承中滚子和内圈接触表面的径向热弹性变形和表面粗糙度的影响,提出了一种计入热弹性变形和粗糙度影响的圆柱滚子轴承线接触热弹性流体动压润滑分析方法。该方法通过将热弹性变形进行热力转换,得到了滚子和内圈接触表面的材料线热膨胀系数,计算修正了滚子和轴承内圈因油膜温度场变化引起的径向热弹性变形,求得了计入热弹性变形和表面粗糙度后的油膜压力、油膜厚度、油膜温升以及径向热弹性变形量等主要润滑特性,研究了载荷、卷吸速度和滑滚比的变化对最小油膜厚度、最大油膜压力和最大油膜温升的影响规律,结果表明,热弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级,热弹性变形和粗糙度会对润滑特性产生明显的影响。     

热效应和弹性变形耦合条件下浮环轴承润滑静特性

当浮环轴承转子系统高速旋转时,油膜温升和浮环弹性变形是不可避免的。为研究油膜温升和浮环弹性变形对浮环轴承润滑静特性的影响,建立浮环轴承热流体动力润滑模型,利用数值差分法联立求解雷诺方程、能量方程、Rolelands黏温方程、浮环弹性变形方程和内外油膜膜厚方程,将油膜压力场、温度场和浮环弹性变形进行耦合分析,得到热效应和浮环弹性变形耦合影响下的油膜温升和浮环弹性变形量。结果表明:浮环轴承内外油膜温升和浮环弹性变形量随着偏心率的增加都逐渐增大;浮环弹性变形降低了内油膜温升,增加了外油膜温升;油膜温升降低了浮环弹性变形量;在耦合条件下内外油膜承载力、端泄流量和摩擦功耗均降低。     

浮环轴承贫油润滑温度预测模型研究

综合考虑供油量和润滑油温黏效应对浮环轴承润滑特性的影响,同时结合稳态下贫油润滑的油膜力模型,建立浮环轴承贫油润滑温度预测模型。以入口润滑油流量为可变参数,利用数值计算方法分析供油量对轴承内外油膜温度的影响,并在浮环轴承试验台上对出油口油温度进行测量。仿真结果与试验结果具有较好的一致性,验证了浮环轴承贫油润滑温度预测模型的准确性。研究结果表明:浮环轴承油膜温度随转速的增大而升高,随供油量的增大而下降;内油膜温升明显高于外油膜温升,浮环温度亦随供油量的减小而升高,浮环温度基本介于内外油膜温度之间。     

高速电主轴热形成机理与影响因素分析

为了研究高速电主轴的热形成机理,分别从运动学和电磁学两个角度,对主轴的轴承热和电磁热进行分析,同时考虑润滑和冷却条件对主轴整体热的影响,得出轴承滚动体在高速下所产生的离心力及陀螺力矩等惯性载荷,是造成滚动体与轴承内外沟道产生相对滑动,进而产生大量摩擦热的原因;而轴承的润滑油量需要满足点接触下弹流润滑的最小油膜厚度条件,供气压力需要满足对流换热条件,且润滑油量对轴承热的影响要大于供气压力对轴承热的影响;主轴转速对电磁热铜耗部分的影响不明显,但对铁耗的影响最大;在建立主轴整体热网络模型的基础上,通过实验检测120MD60Y6型高速电主轴关键节点的温升数据,并结合理论分析,得出润滑、冷却流体带走了主轴大量的热,在主轴壳体上不存在局部热量聚集点的结论。     

柴油机曲轴主轴承润滑性能分析

基于弹性流体动力润滑(EHD)和轴承动力学理论,计及轴瓦、轴颈的粗糙度及曲轴和轴承座变形的影响,建立四缸内燃机主轴承的润滑分析模型。在此模型的基础上,分析轴承间隙、供油压力和轴承宽度等参数对内燃机主轴承润滑性能的影响。结果表明:第4轴承的最小油膜厚度较小,最大油膜压力较大,摩擦功耗最大,即具有较差的摩擦性能;为减少摩擦功耗,应在保证可靠的润滑性能的前提下,适当地增大轴承间隙、减小供油压力和减小轴承宽度。对第4主轴承进行优化分析,优化后的最小油膜厚度增大,最大油膜压力减小,摩擦功耗有所降低。     

流体润滑状态下润滑油拖动特性的试验研究

在稳态条件下,对某液力传动油的拖动特性进行了试验研究,分析载荷、主轴转速及轴承供油压力对液力传动油拖动特性的影响.结果表明:主轴转速对油膜压力分布影响最大,油膜压力随主轴转速的增加先增加后下降;在相同载荷下,拖动系数随主轴转速的增加而增加,在相同转速下,拖动系数随载荷的增加而小幅减小.     

新型动静压差速转台无负压条件下油膜温升特性

新型动静压转台运转过程中,静压腔外槽区可能出现负压使得动压油楔供油不足,影响油膜温升特性分析的准确性。为准确研究转台油膜的温升特性,通过FLUENT计算不同供油压力条件下,不同油膜厚度在静压腔外槽区不产生负压时对应的最大转速,并利用MATLAB拟合出相应的最大转速-膜厚曲线,得出随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜在静压腔外槽区不产生负压时所能达到的最大转速均逐渐增大的结论。在保证对动压螺旋油楔供油条件下,研究转速、供油压力和油膜厚度对油膜温升特性的影响。结果表明:转速对油膜温升的影响较明显,随着转速的升高油膜温度逐渐升高;随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜温度逐渐减小,而且油膜厚度和供油压力越大,低转速时油膜温升越不明显。     

考虑气穴影响的椭圆轴承油膜压力场研究

通过建立有无考虑气穴影响的椭圆轴承受力模型,应用Fluent模拟分布有无考虑气穴影响的油膜压力分布,分析表明考虑气穴影响时椭圆轴承压力分布结果更合理。分析考虑气穴影响时椭圆轴承在不同轴颈转速和供油压力下压力场分布规律,结果表明:转速越高,椭圆轴承上、下瓦油膜压力和x、y方向的承载力越高;改变供油压力对下瓦油膜压力基本没影响,但上瓦油膜压力和x方向承载力随供油压力增大而增大,y方向承载力随供油压力增大而减小。     

乏油条件下圆柱滚子轴承的弹流润滑分析

基于有限长线接触弹流润滑理论,将等效供油层厚度和轴承相关参数作为输入量,求得乏油条件下圆柱滚子轴承弹流润滑的完全数值解;比较充分供油与乏油条件下轴承的润滑性能,研究乏油条件下供油层厚度、载荷、转速对圆柱滚子轴承润滑性能的影响。结果表明:随着供油量的减小,油膜厚度减小,第二压力峰降低,压力的起始点位置移向Hertz接触区;载荷增加,油膜厚度减小,这将对轴承的润滑产生十分不利的影响;随着转速的增加,压力区变得平坦,油膜颈缩向出口区移动,乏油程度更加严重。     

偏心轴-轴承摩擦副流体动力润滑仿真分析

分析在偏心轴-轴承系统中,偏心轴受离心惯性力的影响变形而导致轴颈倾斜时滑动轴承的润滑特性,建立回转双曲面滑动轴承油膜厚度数学模型,对比圆柱面和回转双曲面滑动轴承在不同转速下,轴颈的倾斜角度、偏心率、油膜压力、厚度分布及静态性能。结果表明,回转双曲面滑动轴承油膜压力和厚度分布相对圆柱面滑动轴承更加平缓,最大油膜压力和最小油膜厚度分布在滑动轴承中央区域,对轴变形具有更强的适应能力;回转双曲面滑动轴承的静态性能更优,相同载荷下,回转双曲面滑动轴承端泄流量更大,在相同的润滑油洗个黏度条件下,温升更小。     

液体动静压轴承油膜的压力场和温度场分析

针对深浅腔液体动静压轴承的承载特性等问题,对液体动静压轴承的油膜压力场和温度场进行了仿真分析。以超高速磨削电主轴系统中常用的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,建立了液体动静压轴承油膜的三维有限元模型,对油膜进行了网格划分,并对划分后的网格进行了质量评定;采用动网格技术实现了对油膜偏心率的变更,在不同主轴转速、偏心率的工作条件下,计算了深浅腔动静压轴承油膜压力和温度的分布情况,分析了其油膜压力分布和温度分布的变化规律;研究了转速、偏心率对动静压轴承的承载力和油膜温升的影响规律。研究结果表明:在深浅腔液体动静压轴承运转过程中,随着转速和偏心率的提高,油膜承载力和温升也随之提高,且转速对油膜温升的影响要比偏心率大。     

SIU250T卧车主轴静压轴承受力分析

由于机床采用恒压力静压轴承,即供油压力一定、通过节流器的调节使得主轴在承受外载荷的情况下处于轴承中心。静压轴承系统无法提供足够的油膜刚度以克服主轴的抗弯曲刚度,使得轴承与轴之间没有刚性的油膜进行支撑,进而造成主轴与轴承摩擦。所以对主轴静压轴承进行受力分析、校核计算,可确定其改造方向。     

基于Fluent—BP神经网络的液体动静压轴承热特性分析

针对液体动静压轴承运转发热复杂的问题,应用Fluent软件对液体动静压轴承进行CFD仿真分析,获得不同输入状态下的油膜温度场分布以及轴承运转时的平均温度和最高温度。并在此基础上通过正交试验将Fluent仿真与BP神经网络相结合,实现对任意输入参数下轴承工作温度的预测,并对转速与供油压力以及供油压力与供油温度的综合作用效果进行分析。结果表明,主轴转速对轴承作用的效果比较显著,当轴承在高转速状态下运行时,需要提供高的供油压力来保证轴承的正常运转;当供油压力下降和供油温度上升同时出现时,轴承运转温度骤升,必须谨慎对待。利用BP神经网络的泛化功能,以少量的样本,可得到均匀全面的网络训练样本点,从而能快捷有效地实现对液体动静压轴承的热特性分析。     

计入轴瓦弹性变形的内燃机主轴承润滑分析

以某四缸柴油机的主轴承为研究对象,从曲轴-轴承系统的角度出发,采用变形矩阵法研究了计入轴瓦弹性变形时内燃机主轴承润滑分析问题。得到的结论是:计入轴瓦弹性变形时,在固定轴心位置条件下,主轴承最大油膜压力下降,最小油膜厚度增加;但在额定载荷作用下,计入曲轴-轴承系统动力学效应时,主轴承最大油膜压力上升,最小油膜厚度减小。