小孔节流式盘状静压止推气体轴承主要几何参数的设计

采用保角变换有限元方法计算量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n对小孔节流盘状静压止推气体轴承静态性能的影响。对承载力特性影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对流量和静刚度特性影响较大的参数是量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。按照优先考虑静刚度指标和兼顾流量、承载力指标的设计原则,从分析中得到了一般情况下该类轴承主要几何参数的推荐取值范围。     

新型微孔节流气体静压轴承的特性研究

针对狭缝节流静压气体止推轴承的狭缝加工质量难以保证的问题,提出了一种微孔节流气体静压止推轴承。基于Fluent软件,保证轴承的总节流面积相同,通过改变气膜厚度、节流孔(缝)深度,对比研究了狭缝节流和微孔节流静压气体止推轴承的承载力、刚度及耗气量;其后对轴承的总节流面积取不同值时的轴承特性进行分析对比,从而判断了两种轴承在一定条件下是否具有互换性。结果表明:气膜厚度、节流孔(缝)深度、轴承的总节流面积取不同值时,微孔节流静压气体止推轴承在承载力、刚度及耗气量上都与狭缝节流静压气体止推轴承有较高的一致性;在一定的工况下,微孔节流静压气体止推轴承可以代替狭缝节流静压气体止推轴承。     

混合型表面节流空气静压轴承性能分析

综合多数供气孔静压环形止推气体轴承和多槽式表面节流气体润滑轴承结构和特性,采用非结构网格建立气膜模型,选取合适的边界条件和初始条件,并用基于有限体积法的Fluent软件：进行迭代计算,得出其数值结果。     

微孔节流气体静压止推轴承跨缝过程时变特性研究

目前,大型气浮平台均采用花岗岩平台拼接而成,平台拼缝会对实验效果产生一定影响。针对上述问题,以微孔节流气体静压轴承运动中经过平台拼缝时的时变特性为研究对象,建立微孔节流止推轴承物理模型,并使用CFD软件与UDF相结合的动网格技术实现轴承跨越平台拼缝的动态过程仿真,研究不同气膜厚度、进气口压力、平台拼缝位置对轴承承载力和压力分布的影响。结果表明：当平台拼缝到达微孔分布圆附近时承载力急速下降,且平台拼缝到达轴承中心时承载力下降到最小值;随着气膜厚度的增加,轴承承载力的最大损失比例随之增加,并最终稳定到0.6;平台拼缝位于供气孔分布圆之外时,轴承边缘与平台拼缝之间的承载面将失效;通过增加进气口压力,轴承承载力整体有明显提升,但承载力损失速度也明显加快。     

基于FLUENT的环面节流静压气体圆盘止推轴承二维流场仿真分析

静压气体轴承供气孔出13后的压力陡降一直限制着静压气体轴承的使用;且随着气膜间隙的增大,气膜内甚至会出现负压,而传统的雷诺方程无法计算出流场内的压力陡降.运用FLUENT软件对单孔环面节流静压气体圆盘止推轴承的流场进行了仿真计算;基于计算结果,分析了不同气膜间隙下气膜入13区和压力回升区的流场特性;运用边界层知识解释了不同气膜间隙下的压力回升;以流场中马赫数的连续变化为依据说明气膜内正激波是不存在的;研究了流场中气体粘度的变化情况;通过仿真压力分布与实验压力分布的对比,验证了仿真模型和仿真方法的正确性.     

静压轴承节流孔出口斜坡对压力陡降现象的抑制

在一定条件下,气体静压轴承在节流孔出口处会出现大幅度的压力降低现象,这降低了轴承的承载能力与刚度。高速气流从节流孔中喷射而出,在平面的阻挡下迅速转向90°,这使得气流在拐角处速度进一步提高,进而导致了压力的降低。为提高气体静压轴承的静态特性,同时考虑静压轴承的加工性能,提出了在节流孔处加工斜坡的方法来抑制节流孔处的压力陡降现象。建立了单孔止推轴承的低雷诺数K-ε湍流模型,在CFD仿真的基础上,分析了不同倾斜角度下,轴承均压区的压力陡降比、承载特性与耗气量,并得到如下结论:节流孔出口处的斜坡能明显抑制压力陡降现象;节流孔出口斜坡的倾角小于6°时,倾角越大,其承载压力陡降比越小;随着倾角的增大,轴承的承载力增大,同时耗气量上升。     

圆盘多供气孔气体静压止推轴承的有限元分析

本文以二维雷诺方程为基础，采用有限元法求解了圆盘多供气孔气体静压止推轴承的稳态压力场，并对不同参数对轴承性能的影响作了一定的分析。     

基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的特性研究

随着超精密加工技术和地面微低重力仿真的发展,相关产业对空气静压轴承的性能要求越来越高。由于传统的孔式节流器其结构特点不能完全满足实际使用的需要,节流孔直径与气膜间隙同一数量级的微孔节流空气静压轴承因其良好的刚度和承载特性,越来越受到关注。但在微孔节流器的发展过程中,微孔的加工工艺却限制了其推广应用。针对目前常用的三类微孔加工工艺,进行了理论仿真研究,通过建立不同加工工艺轴承仿真模型,运用双向流固耦合仿真方法,对比分析了基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的动静态特性。研究结果表明：锥孔类轴承承载性能优于其他两类,但耗气量大且在小间隙时刚度较差;薄壁直孔类轴承承载性能稍逊,但在大间隙下轴承刚度较佳;嵌套类轴承承载性能较差,但在小间隙下轴承刚度较大且耗气量较低。     

多孔质静压气体轴承设计(下)

一、静压轴颈轴承设计多孔质静压气体轴颈轴承结构尺寸示意图如图10所示,同静压滑动止推轴承一样,假定忽略多孔质材料的内部阻抗,并假定只有内孔进行过阻塞处理,因此具有节流作用。轴承各部分尺寸标于图上并假设轴承有效长度2L,直径D=2R,轴承半径方向间隙C_r,轴的偏心率ε。图11(a)、(b)中给出了长径比L/R=1的气体轴承在供气压力比p_s/p_a=4,10两种不同值时的承载能力曲线,图的横轴为供气系数的二分之一(r_3/2),纵轴为无量纲载荷能力     

不同加工工艺的多孔质微米凹面气体静压轴承特性研究

为了提升多孔质气体静压止推轴承的刚度及精度稳定性,对作用面面型为平面、微米凹面的多孔质气体静压轴承作对比研究。用Gambit和Fluent软件进行建模和仿真分析,并以平面、1.5和3μm两种凹槽深度为参数,研究凹槽深度对多孔质气体静压止推轴承承载力及刚度特性影响。仿真及试验结果对比分析表明:气膜厚度1~20μm,承载力及静态刚度随凹槽深度变大而增强;精密车削与研磨加工工艺对微米级凹槽刚度及稳定性影响较大,凹槽形状误差易引起气锤现象。     

小孔节流气体静压导轨静态特性优化设计

为解决气体静压导轨工作刚度不足问题,提出一种双边气膜刚度最优设计方法。根据气体润滑理论及简化假设推导了气膜压力分布的雷诺方程,基于有限差分法离散了气膜流场求解域和边界条件,在MATLAB中编制了压力分布的求解程序,积分得到气膜的承载力,再求导可得气膜刚度。分析导轨间隙、节流孔结构参数和供气压力等对导轨静态特性的影响规律,为静压导轨的设计制造提供参考。     

Simulation of dynamic effects on hydrostatic bearings and membrane restrictors

Hydrostatic bearings have an excellent static and dynamic behavior and are used for different kinds of application. Application of hydrostatic bearings is limited by friction and therewith by velocity. Typical characteristics of the hydrostatic system (load, stiffness, flow) are calculated without a velocity dependency. The geometry of the hydrostatic bearing pockets and their restrictors are optimized by using time continuous pressure distribution at the bearing pocket, laminar flow behavior as well as constant velocity of the bearing. The dynamic effects of the flow at high velocities are not considered. The paper reflects the common design and calculation methods and shows their limitations in regard to the calculation of hydrostatic bearings at high velocities. It analyzes the results of complex dynamic flow simulations of hydrostatic bearings and presents a new design and optimization concept of hydrostatic bearings. This concept analyses the oil flow at high bearing velocities and it optimizes the bearing geometry, the restrictor geometry as well as the geometry of the main mechanical components.     

高速气浮静压轴承的结构设计

在分析一类高速气浮轴承工作原理的基础上,建立其轴径轴承的静态承载力模型,并据此分析出轴承间隙中气体流量、压强与节流孔孔径间的相互关系,以及在低速运转下受离心力作用的轴径中心运动轨迹.最后,通过模拟仿真并考虑实际工况给出了轴承间隙和节流孔孔径两个关键尺寸.此举为高速气浮轴承的国产化奠定了一个良好的基础.     

节流孔直径和分布对静压气浮主轴稳态性能的影响

采用有限元法求解静压气浮主轴内气体流动雷诺方程，计算主轴承载能力、刚度和高度角等稳态性能，研究平均气膜厚度、偏心率、转速不同时直径系数(相邻节流孔直径比)和分布系数(相邻节流孔间隔比)对主轴稳态性能的影响。结果表明：直径系数减小或分布系数增大，承载能力和刚度增大而高度角减小；直径系数和分布系数不变，增大平均气膜厚度，承载能力和刚度减小，高度角先减小后增大；偏心率越大，承载能力越大，刚度越小；转速增加，高度角增大。较小的直径系数和较大的分布系数有利于提高主轴承载能力和刚度，降低高度角；较小的平均气膜厚度有利于提高主轴的承载能力和刚度，较大的偏心率主轴承载能力提高而刚度降低。     

Investigation of accuracy of aerostatic guideways

Aerostatic guideways are often used in machines requiring very high motion accuracy such as coordinate measuring machines. Currently, positioning error analysis for such machines focuses on the relationship between volumetric errors on one hand and axes’ motion errors and axes’ relative location errors on the other. The internal mechanisms causing motion errors are rarely considered. In order to gain a deeper understanding of aerostatic guideways, this paper investigates the relationship between the motion errors of the axis’ carriage and the guideways’ geometric errors both mathematically and experimentally. The analytical model uses bearings location and stiffness, guideway geometry and static equilibrium to produce a model in matrix form. Validation experiments are conducted on a machine axis moving on aerostatic guideways with and without preload.