速度滑移影响下液体静压止推轴承静态性能分析

为了研究微尺度下速度滑移对液体静压止推轴承性能的影响,将速度滑移模型引入传统雷诺方程中,得到修正的雷诺方程;通过求解修正后的雷诺方程,得到速度滑移影响下八油腔液体静压止推轴承的静态性能特性。研究结果表明:速度滑移的存在并没有改变轴承性能的变化趋势,但使得相同油膜厚度下油膜压力、轴承承载力和刚度增大;随着滑移长度的增大,轴承油腔压力、承载力及刚度增大,最优油膜厚度变小;轴承的承载力和刚度随着供油压力的增大而增大,供油压力相同时,速度滑移使得轴承承载力和刚度有一定程度的增大。     

微尺度下液体静压轴承性能研究

针对液体静压轴承油膜缝隙流动所出现的微尺度效应,采用计算流体力学的分析方法,应用Navier速度滑移模型,将近壁面速度滑移边界条件引入到油膜二维流动,推导出适合流体二维流动的N-S方程,并对轴承承载力和刚度进行分析。结果表明,微尺度下速度滑移对轴承的承载力和刚度造成了极大的影响,滑移长度增加时,轴承的最大承载能力将严重减小,油膜刚度将会增加;滑移的发生导致最优的油膜厚度变小。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明:增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

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。     

PM流量控制器节流液体静压轴承静动态特性分析

将PM流量控制器用于无周向回油槽四腔向心静压轴承,建立了PM流量控制器静压轴承数学模型,重点研究分析了轴承结构参数及PM流量控制器参数对静压轴承特性的影响。研究结果表明:轴承轴流封油边系数越小、周流封油边系数越大,轴承油膜刚度和承载力越大,初始油膜间隙增大,油膜刚度减小;润滑油动力粘度较大且初始油膜间隙较小时,油膜刚度和承载力较大;液阻比越小,比流量越大,油膜刚度越大;供油压力越大,油膜刚度、承载力和流量越大。同时基于线性化下液体静压轴承系统的传递函数,利用Matlab Simulink软件在时域和频域内分别研究了静压轴承系统的动态特性。研究结果表明:在阶跃载荷作用下,随着供油压力和比流量的提高,过渡过程时间越短,静压轴承系统的动态特性越好;在正弦载荷作用下,提高供油压力、比流量都会使轴心偏移量的稳态幅值减小,油膜动刚度增大,且供油压力较比流量对系统频率特性的影响显著。     

可控节流参数对液体静压轴承特性的影响研究

节流器是液体静压主轴的核心元件,其节流特性对液体静压主轴的刚度和回转精度具有直接影响。针对现有节流器在主轴工作时节流特性不可控的不足,提出一款预压预调型可控节流器。在分析可控节流器工作原理和节流特性基础上,根据流体润滑理论,建立基于可控节流器的液体静压轴承承载性能的理论模型,研究可控节流器供油压力、弹簧刚度和控制油腔压力等参数对液体静压轴承承载性能的影响规律,并与固定节流液体静压轴承的承载性能进行对比。研究发现,在其他结构参数及工作参数一定的条件下,可控节流器能够显著地提高液体静压轴承的油膜刚度;在不同偏心率条件下,可控节流液体静压轴承的最佳油膜刚度对应的节流参数不同。在开发的液体静压电主轴试验台上进行了试验研究,通过对油腔压力和油膜刚度的理论计算值与试验测量值的对比,证实了可控节流方案的有效性。     

基于小孔节流的静压油膜轴承动态特性分析

静压轴承的动静态特性在很大程度上受到节流装置的影响,以小孔节流的静压轴承为研究对象,开展其动态特性理论的研究。利用两平行平板缝隙液体流量公式推导了轴承油腔流出的流量数学模型,并充分考虑了主轴转子速度对流量的影响因素,使之更符合实际工况;在对小孔节流后流入轴承油腔的流量方程进行线性化处理的基础上,建立了静压轴承系统的流量连续性方程;结合轴承-主轴系统动力学方程,推导出小孔节流的静压轴承系统动态特性的传递函数,分析了小孔节流静压轴承系统的动态特性。结果表明:小孔节流的四油腔静压轴承动态响应速度在0.06~0.12 s范围内变化,增大供油压力、油腔承载面积、主轴转速及减小油膜粘度、油膜间隙等均有助于提高轴承系统的响应速度。研究结果对于指导工程设计具有一定的参考价值。     

可控节流液体静压主轴回转精度提升的机理研究

可控节流技术可以显著提高液体静压主轴的刚度和回转精度,在工程上已得到实验证实,但是液体静压主轴在可控节流条件下是如何提高回转精度的过渡过程一直不明确。利用现有的液体静压主轴理论,还不能定量解释可控节流静压主轴从不平衡状态到平衡状态、以及稳态回转误差显著缩小的过渡过程。在考虑轴颈惯性力和非线性油膜力的基础上,根据可控节流器的工作原理和节流特性,建立了可控节流液体静压主轴动态轴心轨迹的理论模型,利用该模型进行数值模拟对过渡过程中的一系列物理现象做出了合理的定量解释。研究发现,在轴承结构参数和液压系统参数相同的条件下,可控节流主轴相比于固定节流可以显著缩短轴心轨迹的过渡过程响应时间、减小轴颈偏心位移、降低主轴稳态回转误差,从理论上揭示了可控节流器可以提高液体静压主轴油膜刚度和回转精度的物理机理。     

变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

Dynamic behavior of fluid‐structure coupling of hydrostatic spindle under effect of oil film slip

To better understand the dynamic characteristics of a hydrostatic spindle in fluid‐structure coupling, the impact of oil film slip on the 4 dynamic stiffness and damping coefficients of the spindle is studied. On the basis of modified Reynolds equation, which considers the microscale velocity slip effect, rotation error of the spindle is calculated. To solve the rotor axis orbit under the existence of eccentric quality, 4 dynamic stiffness and damping coefficients of the oil film, which describe the dynamics of a rotor axis orbit, are calculated by using load increment method and the pressure perturbation method. The research results show that velocity slip caused a certain impact on dynamics of bearing stiffness and damping performance. The experiment of the measuring path of the shaft verifies the correct and effect of the orbit of shaft center model.     

润滑油黏度对液体静压导轨性能的影响

为了提高液体静压导轨的性能,采用5种牌号润滑油,定量分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。首先,根据现场工况确定了导轨系统的初始设计参数,计算了不同温度、不同牌号润滑油的动力黏度;接着,基于导轨的力平衡方程及流量方程,建立了导轨系统总功率损失、静态性能、动态性能的线性化数学模型,以总功率损失、承载能力、静刚度、固有频率、调整时间和动刚度作为导轨系统的性能指标;最后,利用MATLAB软件分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。研究表明：增大润滑油牌号(VG22→VG100),降低工作温度(60℃→10℃),润滑油黏度增大,导轨系统总功率损失由507.58W (VG22,60℃)降低至33.93W (VG100,10℃),承载能力、静刚度、固有频率恒定不变,调整时间由29.84μs (VG22,60℃)缩短至0.46 μs (VG100,10℃),动刚度由173kN/μm (VG22,60℃)增大至10 369kN/μm (VG100,10℃)。因此,增大润滑油的动力黏度,能降低导轨系统的功率损失,静态性能不受其影响,动态性能大大提高。     

燕尾静压导轨初始油膜厚度对静动态性能的影响

燕尾静压导轨的工作性能与其选取的初始油膜厚度密切相关。通过对由PM流量控制器调控的燕尾静压导轨进行研究,分析并推导出初始油膜厚度与静压导轨静动性能之间的函数关系。结果表明：增大导轨底层大面和燕尾面初始油膜厚度,都可以提高导轨的承载能力,但提升幅度不大;降低导轨底层大面和燕尾面初始油膜厚度,均会增大低燕尾导轨的静、动态刚度,其中导轨底层大面初始油膜厚度的变化对静刚度影响更大,燕尾面初始油膜厚度的变化则对动刚度影响更大,在实际中应该根据所设计导轨工况选取合适的初始油膜厚度。     

高速插齿机静压主轴实验设计

根据高速插齿机静压主轴结构,设计出一套实验装置,进行静压支承的承载能力、润滑油压力、油膜厚度以及润滑油流量的测量。通过承载能力及油膜厚度结果,可以推算出支承的油膜刚度,通过实验验证仿真的准确性。     

圆台形滑阀反馈节流静压支承性能分析

为克服静压支承系统中滑阀型和薄膜型两种常用的反馈式节流器的不足,根据静压支承系统需求,设计了一种圆台形滑阀反馈节流器结构,并介绍了其工作原理。分析圆台形滑阀节流静压支承系统的静动态特性,节流器的进油变量指数与支承油腔排油变量指数相当,使其动态响应较高,在有外加载荷作用时,根据系统模型方程讨论了支承刚度、油膜间隙、稳定性及幅频特性,并结合支承腔油膜间隙近似不变原则,推导出了节流器相关结构参数的设计公式。     

基于压电型薄膜式差动节流阀的静压主轴轴心轨迹理论研究与仿真*

提出一种压电型薄膜式差动节流阀,实现出油口压力的差动控制,并建立节流阀的数学模型,得出了流量公式。静压主轴前端采用静压轴承支撑,后端采用滚动轴承支撑,建立了静压主轴的动力学模型,且忽略静压轴承的动压效应,得到了静压轴承的油膜力以及流量公式。利用压电型薄膜式差动节流阀的差动效应,使节流阀的两个出油口分别连接静压轴承的对置油腔以期实现期望轴心轨迹,且仿真分析了期望轴心轨迹与压电陶瓷位移之间的关系,并得到了初始节流间隙与压电陶瓷位移间的关系。     

带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承静态特性

设计带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承,运用FLUENT对其静态特性进行仿真分析,通过改变轴向微通槽深度、偏心率、气膜厚度、供气压力等参数,研究其对轴承刚度和承载能力的影响。结果表明：其他条件不变,偏心率越大,轴承刚度越小、承载能力越大;人字槽可以提升气体轴承的承载能力和刚度,主轴转速越快,动压效应越强,轴承刚度和承载能力越大;随微通槽深度增加,轴承刚度先增大后保持稳定,轴承承载能力先增大后减小,因此当微通槽深度过大时,轴承刚度变化不大,但轴承承载能力会减小。