带浅腔的空气静压轴承节流孔出口处流场计算与分析

为了进一步揭示具有浅腔的空气静压轴承节流孔出口处气膜流场的影响因素和规律,建立空气静压轴承节流孔出口处的物理模型,采用Laminar、k-ω以及k-ε3种模型对空气静压轴承节流孔出口处气膜流场区域的NS方程进行数值计算,分析气膜间隙和供气压力对节流孔出口处气膜流场的影响。结果表明：空气静压轴承在节流孔出口处存在压力陡降现象,在气膜浅腔与气膜间隙交界处的陡降更为明显,这对精密运动机构和精密测量设备的精度和稳定产生一定影响;3种计算模型的计算结果有较好的一致性,Laminal模型和k-ω模型数值计算结果更为接近;随着空气静压轴承气膜间隙和供气压力的增大,其节流孔出口处的压力陡降和马赫数剧升幅度也随之增大。     

多孔集成节流器空气静压轴承承载性能计算与分析

为进一步提升空气静压轴承的承载性能,提出一种具有多孔集成节流器的空气静压轴承。在极坐标系下推导空气静压轴承的控制方程并运用有限差分法进行数值离散,运用超松弛数值迭代方法对空气静压轴承的气膜压力和承载力进行数值求解。结果表明:空气静压轴承气膜内的压力分布随着轴承间隙的增大而减小,空气静压轴承承载力随着轴承间隙的减小逐渐增大;随着多孔集成节流器的节流孔数量的增加其最大承载力逐渐增大,但当节流孔数量增大到一定程度后,最大承载力增加不明显;在节流孔边缘外处会产生气旋现象,气旋和气体流速随着轴承间隙的减小而减小。     

狭缝节流空气静压轴承局部气膜流场的直接数值模拟

采用3阶精度的迎风格式及2阶精度的中心差分格式,直接求解二维非定常N-S方程组,研究狭缝节流空气静压轴承压降恢复之后区域的流场特性。使用雷诺方程计算相同位置气膜中心处的流场状态,并与直接数值模拟方法的计算结果进行对比。结果表明:雷诺方程与N-S方程在计算域内计算结果基本一致,两者压力偏差为0.173%,速度偏差为1.217%;流场压力、密度沿气流方向逐渐减小,但在气膜方向几乎不变;流场速度、压力梯度沿气流方向逐渐增加,速度在流场出口处达到最大值;直接数值模拟方法得到了流场的温度变化,即整个流场的温度变化很小,温度整体呈上下高、中心低的分布,而雷诺方程无法计算得出整个流场的温度变化情况;采用雷诺方程计算轴承压降恢复之后区域的流场是合理的。     

于小孔节流空气静压止推轴承流场特性研究

小孔节流空气静压轴承一般都采用数值方法进行分析,数值方法求解过程中一般采用简化的N S方程求解,不能真实反映节流孔出口流场的真实特性。研究小孔节流形式的空气静压止推轴承的流场特性,建立小孔节流空气静压轴承模型,应用流体分析软件求解完整N S方程,并加入湍流模型求解,使计算结果更加准确。计算结果表明,气体流出节流孔后压力骤降且可能出现负压,压力骤降的值和气膜间隙成正比;在节流孔出口附近,气膜上下边界的空气流速小于气膜中间的流速,而且气体易与气膜上边界产生速度分离。     

空气静压轴承孔型节流器的CFD研究

应用计算流体力学CFD软件,建立了空气静压轴承孔型节流器的流体边界模型,根据雷诺方程运用等温条件下的κ-ε湍流模型,给定合适的初始值和边界条件,计算得到了孔型节流器的速度场及压强场的分布,分析了节流孔直径对速度和压强的影响.     

基于ANSYS的空气静压轴承有限元分析

采用ANSYS对空气静压轴承的气膜压力分布进行研究,同时推算出轴承的承载能力和静刚度,为空气轴承式板形仪的结构设计和性能分析提供一定的理论依据。     

扁毛细管节流静压轴承

M7150A卧轴平面磨床有切削量小、加工零件表面粗糙度高及易抱轴等缺点。磨头结构示意图如图1所示。它由前、后短三瓦动压滑动轴承2和4、双向动压止推轴承3、主轴与电动机的联轴器5和电动机6组成。前、后轴     

新型空气静压轴承

随着科学技术的发展,轴承的种类也越来越多,如各种液体润滑轴承、液体静压轴承、固体润滑(如石墨、二硫化钼)轴承、磁力轴承以及空气或其它气体润滑轴承。现介绍空气静压轴承。空气轴承就是利用气体的粘性提高间隙中气体的压力,从而将物体悬浮起来的轴承。空气轴承分动压型、静压型和压膜型三种。动压型空气轴承的两个面相对移动,且间隙呈楔状,沿移动方向间隙逐渐变小,由于相对移动,气体因其粘性作用,被拖带压入楔形间隙中从而产生压     

微小孔阵列式空气静压止推轴承性能研究

采用FLUENT软件对不同孔径、不同孔数的微小孔阵列式节流空气静压轴承进行了三维CFD仿真,得到了微小孔阵列式节流空气静压轴承的气膜压力分布和气膜刚度等性能数据。结果表明:当节流器阵列小孔个数和直径不变时,气膜承载力与气膜厚度线性正相关;当气膜厚度不变时,节流器阵列小孔个数或直径增加,气膜承载力和轴承的平均承载力均随之增大,轴承刚度最大点对应的气膜厚度也增大;对比传统单孔节流器和微小孔阵列式节流器轴承的气膜压力分布可知,微小孔阵列式轴承的压力稳定性比传统单孔节流轴承有显著提高。     

空气静压轴承中活动环式主动节流器探讨

针对空气静压轴承刚度低的缺点,提出了一种主动节流器。通过这种主动节流器对空气轴承进行压力反馈控制,达到提高轴承刚度的目的。理论分析和计算表明,在一定的载荷范围内,具有这种主动节流器的空气静压轴承能达到无穷大刚度。     

环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究

为提升气体静压止推轴承的静态性能,设计一种新型环形多孔气体静压止推轴承。依据气体润滑原理、采用有限体积法对环形多孔气体静压止推轴承的三维物理模型进行数值模拟,研究节流器上节流孔数量、直径、分布方式和供气压力对气体静压止推轴承静态性能的影响。结果表明：节流孔数量对环形气体静压止推轴承的承载力影响显著,但孔数增加到一定程度后承载力增速放缓;节流孔直径对承载刚度影响较大,随着节流孔直径逐渐减小最佳刚度逐渐增大;节流孔排布方式和供气压力对气体静压止推轴承的静态性能均有明显影响。     

多微通道式气体静压节流器承载力研究

气体静压节流器的承载力与稳定性之间是一对矛盾,市售节流器的承载力只适用于小载荷的仪器仪表。为提升节流器承载力并保证流场稳定,设计并制作多微通道式气体静压节流器。该节流器结合小孔节流和环面节流方式,具有二次节流效果,采用分体式、过盈配合而成,设计理念与机械结构上均有显著创新。为测试自制多微通道式气体静压节流器的承载力性能,对复合型节流方式产生的承载力进行近似理论计算,并得到不同供气压力下的理论承载力曲线。通过试验,在不同供气压力下测量该节流器承载力,绘制实测承载力并与理论曲线相较,二者较吻合。选取常用的两种节流面积相近的节流器作为试验参照组,与该节流器进行承载力大小的比对,并分析数据与误差源。试验结果表明,多微通道式气体静压节流器能显著提高承载能力,同样供气压力下,承载力明显大于另外两种节流器,具有较好的工程应用前景。     

小孔节流空气静压轴承位移阻抗性能*

为提升空气静压轴承对动载荷的抵抗能力,针对气膜-被支承件系统的位移阻抗性能进行研究,讨论轴承参数对位移阻抗的影响。首先采用数值仿真并结合动网格技术讨论轴承气膜的刚度、阻尼特性;然后对于气膜-被支承件系统的位移阻抗性能进行研究,基于径向基神经网络模型构建近似模型,讨论激励频率、孔径、气膜厚度、供气压力对位移阻抗的影响特性;最后基于优化设计,在不同给定激励频率下获取使轴承位移阻抗最大的参数组合,并就优化结果进一步对力学性能进行了讨论。研究表明：位移阻抗随频率增加而增加,其余参数对其具有非单调影响;在小气膜厚度下,位移阻抗更大,然而单纯增减供气压不能提升位移阻抗,即不能通过单纯调整供气压提升气膜抵抗动载荷的能力;由于位移阻抗直接反映气膜对动载荷的抵抗能力,因此基于优化设计提升位移阻抗,可以有效增强气膜对动载荷的抵抗能力,进一步提升轴承的动力学性能。相关优化建模流程可为以动力学性能提升为目的的轴承设计提供参考。     

球形腔小孔节流空气静压轴承优化设计

针对球形腔小孔节流空气静压支承轴承,为提升其静、动力学性能,基于轴承间隙流场特性的分析结果进行优化设计.首先,采用数值仿真对轴承间隙,尤其气腔内的流动特性进行研究,分析其中跨音速流动特性及超音速区、漩涡流动等出现的机理,明确优化目标;其次,基于径向基神经网络模型,建立轴承力学性能关于设计参数的近似模型;最后,建立力学性...     

空气静压轴承流场对微振动的影响机制

为讨论空气静压轴承微振动的影响因素,针对轴承间隙的流场特性进行仿真分析,探讨流场雷诺数与微振动的关系。首先在不同的供气压下,针对轴承间隙进行跨音速流动分析,研究流场结构;其次,分析雷诺数对于漩涡流所致激励力的影响,并进一步采用流固耦合方法,讨论雷诺数对于微振动的影响;最后,建立近似模型讨论气腔容积、小孔孔径、气膜厚对流场最大雷诺数的影响,即研究轴承参数对漩涡激励大小的影响。结果表明：流场最大雷诺数可用以表征漩涡流所致扰动激励的强弱,但微振动还取决于气膜-被支承件系统的动力学性能;在气腔容积较小时,漩涡激励作用更弱,意味着轴承运转的稳定性更好。相关流动机制分析可为以削弱微振动为目的的轴承设计提供参考。     

小孔节流静压止推轴承超音速现象分析

小孔节流空气静压轴承固定气膜厚度时提高供气压力,在某些情况下节流孔的周围会发生压力突降的现象,这时可能会在节流孔附近因激波的出现而产生超音速区.本文针对这种现象,结合FLUENT软件进行分析,指出此时气膜内的压力分布,速度分布和马赫数分布,并对其分布位置进行比较和分析.从熵增角度证明小激波的存在性并且确定其出现位置.为完善静压气体轴承边界层理论提供一定的依据.     

真空环境下小孔节流式静压气体轴承流场特性与轴承性能分析

以真空环境下具有排气系统的圆盘形简单孔式节流静压气体轴承为研究对象,忽略过渡流,将流场分成黏性流和分子流区域,利用基本流动方程,推导出黏性流转变为分子流的临界半径,计算转变位置处的临界压力,纠正了前人在相关研究中部分计算式推导和分析结果错误。在此基础上,研究了临界半径和临界压力之间的相互制约关系,气流通道、气腔压力、气腔大小等对临界半径和临界压力的影响,润滑气体分子直径、质量和温度对特征压力影响和对气腔压力的约束,给出了提高轴承性能需着重考虑的因素,为真空下静压气体轴承的性能计算和设计参数优化提供了参考。     

气体静压径向轴承气膜流场及承载特性分析

研究偏心率及不同供气压强条件下,气体静压径向轴承节流孔附近的气膜流场特性及承载力变化情况,并通过优化节流孔张角,提高轴承承载力.建立气体静压径向轴承三维模型,划分网格并确立模型的边界条件,采用Fluent软件对轴承内部气膜流场进行仿真计算.计算结果表明,气体静压径向轴承偏心率的增加,会导致区域气膜的压力差增大,从而提高...     

基于Workbench的高压圆盘气体轴承三维流场分析

为了取得高压圆盘气体轴承的完整三维流场,基于Workbench仿真软件对高压圆盘气体轴承进行三维建模仿真,得到整个流道及圆盘缝隙射流区的流场参数分布;将三维模型的气膜对称面与轴承圆盘、稳流管的轴对称面相交,截得气膜对称线;分析气膜对称线上的流场参数分布,并将其与二维简化模型流场计算结果进行对比,同时验证2种建模分析方法的有效性。结果表明：2种建模分析方法得到的气膜内马赫数和静压分布的变化规律一致,即在绝大部分气膜区域能保持高压,仅在气膜出口处很窄的范围内压力快速下降,同时在气膜出口附近形成超音速圆盘缝隙射流,使上游气膜内高压不受下游环境低压的影响;不同湍流强度对高压圆盘气体轴承内流场的静压无明显影响,但对缝隙射流区及气流远场区域的马赫数有着小幅影响。     

多微通道式气体静压节流器的设计与分析

节流器是气体静压系统的关键零部件之一.设计并加工了一种止推用多微通道式气体静压节流器,利用电容式测微基本原理对其气膜厚度进行测量.建立了该节流器电容值-气膜厚度的数学模型,计算了特定气膜厚度值时的电容值,利用电容测量仪及电感测微测头对外径80mm的多微通道式气体静压节流器产生的气膜厚度进行了测量,最终对实验误差进行处理分析.实验结果表明,理论值与实测数据之间误差小于13％,证明了数学模型的正确性,也反映了电容式测微方法测量气体静压系统气膜厚度的有效性.