新型动静压转台承载特性分析及结构改进

提出了一种新型动静压转台的设计概念,油腔结构包括扇形静压油腔和螺旋油楔动压油腔,这种转台可用于重型车床、大齿轮加工机床等重型、大型精密机械。综合考虑雷诺方程和流量连续性方程,采用有限元法对螺旋油楔的油膜压力分布进行了计算,建立了转台承载特性计算模型。在分析过程中发现当转台负载较大油膜厚度较小时存在静压腔进入的流量小于动压油楔泄漏量的问题,针对该问题对静压腔结构进行了改进,并计算了一定工作条件下静压腔封油面与动压油楔封油面高度差的临界值,高度差大于该临界值时可以解决动压油楔供油不足的问题,研究了该临界值随转速变化的规律,为该种结构转台的设计提供了参考。     

静压转台导轨油膜静态性能分析与优化

为解决大型重载静压转台承载性能不足的问题,以ZT45SW型转台底座导轨油垫为研究对象,针对测试过程中油膜无法浮起的现象,设计了扇形、圆形、回形、双回形4种油腔,基于FLUENT仿真分析,研究了不同工况对4种油膜的静态性能(承载力、刚度、最大温升、平均温升)的影响规律,确定了各油垫适用的工况。综合对比,双回形腔油膜的静态性能最佳,基于响应面法对油腔结构尺寸优化后,减小了油膜压力集中的现象,提高了油膜静态性能;通过实验验证了仿真模型的准确性。     

基于流固耦合的插齿机静压主轴结构优化设计

液体静压轴承由于具有较高的旋转精度和油膜刚度等特点广泛应用于精密、高速插齿机主轴上,然而主轴往复运动引起的发热以及摇杆对主轴侧向作用力的周期性变化将导致静压油膜刚度发生变化,从而影响加工精度。针对大齿宽长行程插齿机YKW51160的静压主轴刚度不足问题,建立油膜有限元分析模型,采用静压油腔边缘倒角和回字形油腔2种结构优化设计方案以提高静压油膜刚度和承载能力;基于流固耦合方法对优化后的静压轴承承载能力以及油膜刚度进行分析验证。仿真和实例计算结果表明:优化后的轴承承载能力和油膜刚度最大提升12%和12.3%,满足摇杆对主轴径向周期性的冲击所需的承载能力和油膜刚度要求。     

基于流固耦合的静压转台底部支撑优化

静压转台油腔的变形会降低静压转台的承载能力,底部支撑点的布局会显著影响油腔的变形量和底部支撑点的应变量。为了提高静压转台的工作能力,提出一种基于流固耦合的静压转台底部支撑布局重构方法。建立静压转台流固耦合模型,基于有限元方法得到静压转台在额定负载下油腔的变形量和底部支撑点处的应变量,利用MATLAB拟合底部支撑点半径和间距对变形和应变的影响规律,得到底部支撑布局的最佳参数。最后对静压转台底部布局进行重构,并通过试验验证其可靠性。结果表明：重构后油腔变形降低了约19.25%,底部支撑点处应变降低了约29.80%。     

超重力场条件下静压轴承油膜承载性能研究

结合某超重力场下应用液压缸的运动要求,为实现液压缸的高频激振,设计了一种四油腔对称等面积径向静压轴承,阐述了静压轴承的工作原理,计算了静压轴承中油膜的承载能力,并通过拟合获得了油膜的材料参数,仿真分析了油膜的应力应变。结果表明:采用静压支承可以满足液压缸的运动和承载要求,为超重力场下液压缸支承结构的设计提供了一种方法。     

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.     

静压工作台油垫结构分析与优化

油垫结构对工作台的刚性有着重要影响,针对这一问题,以扇形油垫为例,从油腔的深度、形状、结构3个方面的变化对其进行静力学和流场分析;同时基于ANSYS Workbench流固耦合分析,对比分析了槽形、扇形、圆形3种油腔形状,将流场产生的压力施加到油垫的油腔,对油垫进行力学分析,为油垫的结构优化设计提供了依据。     

有限元方法在旋转接头承载系统设计中的应用

借助大型有限元分析软件Marc分析在旋转接头中非对称三油腔流体静压轴承,求解流场的压力分布,计算油膜的承载能力和刚度,为承载系统的结构设计和应用提供了理论依据.     

导轨速度对静压导轨承载性能的影响

竖直液体静压导轨是纳米数控精密加工机床关键装备,机床静压导轨的运动速度不仅对零件加工精度有影响,也对导轨油膜承载性能有影响。因此确定机床导轨最佳工作速度就十分有必要。以纳米曲面磨床静压导轨油膜为例,通过Fluent流体仿真,对导轨运动速度与油膜最高压力、最低压力、油膜承载力定量的研究得到:在相对静止状态下,油腔压力场呈对称分布;导轨的运动速度增加,会产生油膜承载的不平衡性;验证了油膜负压对导轨承载性能影响很小,可以忽略;提出了纳米数控磨床的最佳静压导轨运动速度范围为0~0.1 m/s及0.3~0.5 m/s;在该工作速度范围内导轨的承载性能较好。研究结果为精密机床闭式静压导轨的工作参数选定提供了一定的依据。     

基于数值模拟的超精密静压导轨静态特性分析

为了有效解决超精密静压导轨静态特性实验分析的难题,文章提出了一种基于ANSYS Workbench的静压导轨数值模拟方法。首先采用FLUENT模块完成流场分析,得到流体域的压力分布;然后采用积分法得到油膜面的承载力,在此基础上采用逐差法得到油膜面的刚度值;接着分析了节流孔直径、供油压力及油膜间隙对承载力及刚度特性的影响规律;最后将流体域油膜面的压力分布耦合到固体域的运动滑块上进行流固耦合分析,得到导轨运动滑块在流场压力及外部载荷作用下的应力、应变等静力特性,完成了静压导轨的强度校核。     

超精密定位工作台静压导轨静态特性及流场仿真分析

研究超精密液体静压定位工作台中的液体静压导轨静态特性问题。根据流体润滑理论及雷诺方程,构建了导轨油膜压力的数学物理模型,运用有限元方法求解静压导轨的各项静态特性参数,如导轨的承载能力、静刚度、流量等。运用三维造型软件Solid Works和CFD软件FLUENT,从结构三维造型设计和内部三维流动综合分析液体静压导轨,获得油膜压力的分布云图、曲线和油腔液压油流速分布云图,并分析不同结构设计参数和环境参数对液体静压导轨静态特性的影响。本文研究将对实际的静压导轨系统设计具有指导意义。     

重型数控龙门机床静压导轨承载能力研究

静压导轨是重型数控龙门机床的关键组成部分,用于支持整个机床的重量,并沿工作台平稳地移动。因此,导轨油膜对机床的承载能力和加工精度起着重要作用。通过三维CFD仿真对无摩擦条件下的重型数控龙门机床静压导轨油膜的承载能力、流场压力和速度特性进行了分析,并通过对比实验数据对仿真结果进行验证。为满足工程设计要求,采用简化的理论模型分析油膜的承载能力。通过实验数据,验证了简化模型的准确度及可靠性,从而为重型龙门数控机床滑动导轨的油垫设计的理论计算提供了方法。     

大型机床静压导轨油膜厚度反馈补偿装置的设计

详细阐述了大型机床静压导轨油膜厚度反馈补偿装置的设计原理与补偿程序,通过光栅尺测量油膜厚度的变化,运用油膜厚度与流量的数学模型,结合具体机床参数,由PLC程序计算出油量的差异,输出相应的电信号,计算出恢复预设油膜厚度所需的油量,修正变频电机的频率,调整转速与供油量。实践证明,该方案是可行的。     

油垫结构尺寸对某种立式车床静压推力轴承的温度场影响

基于某型车床的静压推力轴承,在不改变其油腔形状条件下,研究了其油腔深度以及其封油边尺寸对静压推力轴承在运转过程中温度场的影响。结果表明:油腔深度对温度场的影响最大,封油边宽度对温度场的影响最小;为使静压轴承温度场最低,封油边最佳尺寸为10 mm,油腔深度最佳为10 mm。     

基于ANSYS-FLUENT的高精密液体静压径向轴承动静态特性研究

以液体静压轴承为支撑的电主轴是高精密数控机床的一个最为关键的组成部件。静压轴承润滑油膜的压力分布、刚度和温度场的分布直接影响数控机床的加工精度。基于液体静压技术理论,对轴承的流量、静压腔压力和刚度进行数值计算。基于ANSYS-FLUENT联合仿真平台,以液体静压径向轴承的润滑油膜为研究对象,对其压力场、流场和温度场分布等进行了静态和瞬态的研究,仿真结果与数值计算结果取得了很好的一致性。分析表明,静压腔内的润滑油的压力和温度分布不会因为主轴的转速变化而发生明显的变化,而周向封油边和轴向封油边是压力和温度变化的敏感位置。     

径向磁液轴承定子温升及热变形研究

提出一种新型的磁液轴承,以电磁悬浮支承为主、静压支承为辅,实现双重支承,并可以实时调控。通过建立磁液轴承的有限元分析模型,对其进行流-固-热耦合求解,得到轴承的流场、温度、应力及应变分布云图。通过调整轴承系统的结构参数（进油孔直径和线圈匝数）及运行参数（输入电流、进油流量、转子转速）分别进行有限元建模,利用ANSYS软件进行仿真分析,求解不同参数对轴承温升及定子热变形的影响规律。结果表明：流体造成的压力在进油孔内最高为1 MPa,流体在油膜处流速最高为0.8 m/s;轴承定子温度分布对称,有利于散热。研究结果为磁液轴承系统的优化设计提供理论依据。     

精密数控机床闭式静压导轨结构设计及油腔流场研究

针对精密数控机床对导轨精度的要求,设计一种基于薄膜反馈节流器的闭式静压导轨系统,并根据无穷大刚度原则计算了导轨的结构参数。利用三维软件SolidWorks建立静压导轨油腔的三维模型,导入流体力学软件FLUENT的前处理器Gambit进行网格划分;在设定一定进口压力条件下,给定导轨在静止状态和移动状态下的静压腔流场与温度场的变化规律。通过FLUENT的数值分析得到:在相对静止状态下,静压腔的流场成对称分布;相对速度变大时,静压腔流场在边缘区域压力成不规则的下降,温度在此区域急剧上升,容易出现"气穴"现象,致使油液发热,从而导致导轨运动精度降低。     

大型直驱静压转台关键技术的分析与结构设计

通过对大型机床旋转工作台驱动方式、承载方式、角度检测方法等关键技术的分析,结合直驱电机技术、闭式静压导轨(轴承)技术、磁柵测量技术,给出了一种大型直驱静压旋转工作台的结构设计方案。该旋转工作台可广泛应用于大型滚齿机、立车、加工中心等数控机床。     

新型静压支承结构液压缸力学性能分析与实验

传统液压缸多采用导向环和密封圈组合密封的方式,普遍存在内耗高、响应速度慢、抗偏载力差等问题。在静压支承理论的基础上,提出一种新型椭圆形静压支承结构液压缸及其设计方法。采用理论计算和模拟仿真相结合的方式,对比分析了传统型、矩形静压腔和椭圆形静压腔液压缸的抗偏载力、摩擦力的大小及其主要影响因素。仿真结果表明：静压支承式液压缸的抗偏载能力和摩擦力性能均明显优于传统结构液压缸,且椭圆形静压腔结构具有明显优势。最后,设计实验测试平台,通过实验验证了上述计算模型和仿真模拟的正确性。