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。     

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。     

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。     

狭缝节流静压气体止推轴承性能研究

为研究狭缝节流气体止推轴承流场特性,利用运动方程、连续性方程及气体状态方程推导了流场的压力分布公式、质量流量公式和最佳刚度条件,并在一定的参数条件下计算了轴承的承载和刚度。理论分析和计算结果表明,在其他参数相同的条件下,轴承的承载力和质量流量随狭缝的宽度的增加而增加;随着狭缝深度的增加而减小;在其它结构参数相同的条件下,随着狭缝深度的增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加;随着狭缝宽度的减小,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加。     

小间隙下狭缝节流静压气体止推轴承静态性能的研究

减小气膜间隙可以提高气体轴承的刚度和承载,为研究小间隙下狭缝节流气体止推轴承静特性,运用FLUENT软件对小间隙下狭缝节流止推轴承进行流场仿真。采用滑移边界条件对小间隙下轴承流场进行计算,结果表明,随着气膜厚度的增加,滑移的影响逐渐减小,当膜厚大于等于4μm时滑移影响可以忽略。计算了狭缝结构对轴承静特性的影响,结果表明,在其他参数相同的条件下,轴承的承载力随狭缝的宽度的增加而增加;随着狭缝深度的增加而减小。在其它结构参数相同的条件下,随着狭缝宽度的减小,最大刚度值增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小;随着狭缝深度的增加,最大刚度值增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小。     

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。     

静压止推轴承泄漏量测量的研究

静压止推轴承是某些设备中的重要部件,其泄漏量对其性能有重要影响。且其一般应用于重载场合,实际压力下测量设备投入较大,可以采用在低压下测量、用拟合回归的方法推算出高压下泄漏流量的方法。用理论分析加FLUENT软件计算的方法分析转动因素对流量的影响。由于泄漏的实质是圆环平面缝隙的泄漏,因此用FLUENT软件分析缝隙的压力流量特性。结果表明:低速转动对泄漏量的影响可以忽略;当缝隙几何参数达到一定比例时,其压力流量不再呈线性关系,而呈指数关系;圆环平面缝隙有薄壁和细长通道的区别。     

静压节流器微孔气膜参数测量装置设计与试验

研制一种节流器气膜场多路热工参数同时测量的自动化装置,阐述机械装置、硬件电路和软件程序的设计原理与实现。采用气膜厚度调节和气膜压力承载分离设计原理的机械结构以及基于Cortex-M4F内核的STM32F407主控芯片的电控系统和上下位机共同操作的软件程序组合的测量装置,具有自动化程度大、测量精度高等优点。在气膜厚度为6和10μm以及供气压力为0.3、0.5和0.8MPa的实验条件下进行测试,得到双U形平面静压节流器的气膜场温度和压力参数分布。分析得出:在供气压力和气膜厚度增大过程中,双U形节流器气膜场温度值均呈现减小趋势,气膜场压力值分别呈现增加和减小趋势;在供气压力和气膜厚度保持不变的情况下,双U形节流器气膜场在节流槽处产生温度骤降现象,在越过节流槽处产生压力骤降现象。     

薄膜节流六腔静压轴承的设计计算

对静压轴承作了一般性介绍,提出了静压轴承的设计准则。通过双薄膜节流六油腔静压轴承的设计实例,演释了静压轴承设计的通用模式;实例的结果验证了设计方法是科学的、有效的、正确的,为磨床砂轮架静压轴承设计打开了一个新的思路。     

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.     

基于Fluent的空气静压径向轴承静态性能分析

介绍Fluent软件及其在气体轴承研究中的应用。以气体为研究对象,基于Fluent软件建立了孔式空气静压径向轴承的三维实体模型,并对模型进行数值模拟,分析在不同偏心率下气膜上的压力分布,得到不同偏心率下轴承的承载力和静刚度变化规律。     

静压气体推力轴承性能检测装置设计

研究了静压气体推力轴承气膜内气体压力分布、轴承承载能力的检测方法并研制了实验装置。该实验装置有以下两方面的优点:一是采用极坐标运动平台定位气体压力传感器测试点,实现气膜内气体压力检测,同时避免了x-y运动平台双轴联动定位误差。二是采用杠杆加载原理,可避免直接加载对砝码尺寸的限制,扩大实验加载力的范围,还能实现力的连续加载,且不会产生加载力波动。实验结果与仿真结果吻合,达到了预期的要求。检测方法和实验装置可为超精密静压气体润滑理论的进一步发展提供有力的实验支撑。     

多微通道式气体静压节流器温度效应的数值仿真

气体静压节流器的变形量一般在微纳米级,难以采用实验的方法测得。对自主设计的多微通道式气体静压节流器,利用ANSYS软件对其受温度效应的影响进行研究。采用流固耦合分析方法,对供气温度和环境温度均为20℃,供气压强为（0.2～0.6）MPa,气膜厚度为10μm、20μm、30μm、40μm时节流器的温度分布及变形量进行仿真分析。研究结果表明：供气压强越大,气膜厚度越小,温度效应越明显,节流器内部温度和压强的降低引起的节流器变形越大。而温度变化对节流器的影响要明显强于压强变化对节流器的影响。其中,温降引起的最大变形量为1.0116μm,而压降引起的最大变形量为0.1289μm。     

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。     

基于Fluent的液压伺服阀液动力研究

利用Fluent软件对液压伺服阀的功率级主阀的内部流场进行仿真模拟,得出阀芯壁而的压力分布情况,根据仿真结果分析阀芯所受的稳态液动力,为阀的使用与性能优化提供依据.     

基于Fluent的消防炮流线型喷嘴高度设计

根据流线型喷嘴流道的数学表达式,建立物理模型。根据实际项目中的设计参数,运用FLUENT分别对不同高度的流线型喷嘴进行数值模拟。通过分析喷嘴射流的速度场、压力场和湍动能等物理量的分布规律,研究不同高度对喷嘴射流性能的影响。研究结果表明:流线型喷嘴高度应在3.0d~3.5d之间取值为最佳,为流线型喷嘴高度的设计及其他喷嘴的结构参数设计提供参考。