局部多孔质气浮止推轴承的设计研究

建立了局部多孔质气浮轴承的理论模型,该模型考虑了轴承气膜交界面处的切向速度滑移。利用有限元方法对所建立的模型进行了理论仿真,轴承静态特性的仿真与试验结果取得了较好的一致性,说明经过修改后的雷诺方程可以用来作为局部多孔质气浮轴承研究的理论模型。利用该模型成功计算出不同渗透系数、不同厚度及不同直径的局部多孔质气浮轴承的流量、承载及刚度特性,并给出了相应的变化曲线。根据仿真结论,提出了局部多孔质气浮止推轴承的设计准则。另外,从理论上将该类轴承与全多孔质类型气浮轴的承特性进行了对比,表明局部多孔质气浮轴承有着优良的特性,有很好的应用前景。     

空气静压润滑焦耳-汤姆逊系数的计算方法

在空气静压润滑中由于空气具有黏性,在其流过狭窄通道时与壁面摩擦,压强将降低,温度会发生变化,从而导致工作面变形和气膜刚度变小,因此在精度要求高的应用场合,就不能忽略温度的影响,而计算空气节流前后的温度变化量,需得到空气的焦耳-汤姆逊系数。分别利用立方型状态方程和BWRS方程对不同供气温度和供气压力下空气的焦耳-汤姆逊系数进行计算。结果表明:RK方程和SRK方程求得的结果相差甚小;各方程具有相同的变化趋势,随着供气温度的升高和供气压力的增大,空气的焦耳-汤姆逊系数都将减小,其中供气温度对空气的焦耳-汤姆逊系数影响比供气压力更大。     

基于ANSYS Workbench的气体静压轴承径向特性分析

提出一种基于ANSYS Workbench的径向特性分析方法。基于计算流体力学的相似原理,建立小孔气体静压主轴的有限元模型,并使用FLUENT模块计算得到主轴微小气膜间隙内的压力场;通过Static Structure静力分析模块进行强度校核,并获取主轴的承载力;基于DOE实验设计方法计算小孔气体静压主轴的径向刚度,并分析周向节流孔个数和节流孔孔径对径向刚度的影响。结果表明,节流孔孔径越大,刚度越小;节流孔周向数量增加,刚度增大。计算结果与实验结果吻合较好,证明该方法的可行性。     

空气静压导轨气膜波动主要影响因素分析

针对空气静压导轨运动过程中出现的气膜波动问题,研究溜板气腔结构、节流器直径、供气压强对气膜内气旋及气膜波动的影响。通过仿真数据的对比分析发现气旋现象与气膜波动存在紧密的联系。从仿真结果得到了对气膜波动产生影响的因素有:节流孔的直径、气腔的结构形状和供气压强的大小。在上述的这些影响因素中供气压强的大小对气膜波动影响较大,最后试验对得出的这一结论进行了验证,与仿真结果吻合。这些分析为从导轨结构和工艺参数上对空气静压导轨的气膜波动进行抑制,提高导轨的稳定性及加工精度提供了理论依据。     

中国先进加工制造工艺与装备技术中的关键科学问题

空气静压主轴作为精密超精密机床的关键部件,其回转精度高,运转平稳,振动及噪声较传统轴承小,高速回转时的温升较小. 但其存在刚度和承载力较差的问题. 因而,有必要对现有的空气静压主轴重要研究成果进行系统的总结及分析. 回顾空气静压主轴的历史发展及研究成果,空气静压主轴的主要研究目的在于提高其承载力和刚度,改善动/静压特性以及稳定性等,并通过改进雷诺方程以及优化结构参数进行实现. 同时其微尺度特性也成为研究的热点,研究结果表明,微尺度特性对于主轴的承载力以及刚度等具有重要影响. 该研究从空气静压主轴的发展历程、静/动力学性能以及微尺度领域的黏度、速度滑移和稀薄效应等对空气静压主轴性能产生重要影响的因素进行综述和分析. 结合现有的数值模拟方法,对主轴回转精度的测量和主轴运动状态进行了分析. 最后,对空气静压主轴的研究发展趋势进行了预测.

     

微尺度下速度滑移对空气静压导轨性能影响

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性,引入气体稀薄效应中的速度滑移算法到Navier-Stokes方程,推导出体现微尺度条件下空气膜流动特点的雷诺方程,进而对气膜内的压强分布进行了仿真分析,根据得到的压强分布计算气膜承载力和刚度随气膜厚度变化的规律,通过试验对得出的结论进行了间接验证,与分析结果吻合.     

大跨度斜拉桥气弹模型对结构静风响应的反应能力的数值研究

通过有限元方法探讨了全桥气动弹性模型主梁轴向刚度失真和主梁初内力失真的问题,以及它们对大跨度斜拉桥风致静力响应的反应能力。分析发现,两个失真因素均会较明显地导致实际结构的风致静力响应被低估,但两者对试验结果准确性的影响趋势可能相反而相互抵消。当两个失真因素同时作用时,风洞试验会低估实际结构主梁竖向风致静力位移10%左右,主梁侧向和扭转风致静力位移3%左右。由于斜拉桥风致静力失稳现象主要表现为主梁扭转发散,基于全桥气动弹性模型的风洞试验对大跨度斜拉桥风致静力响应的模拟结果在可接受的精度范围之内。     

斜风下大跨度悬索桥颤振稳定性研究

为确保斜风作用下大跨度悬索桥的抗风稳定性,采用考虑静风效应和全模态耦合影响的斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,以润扬长江大桥南汊悬索桥为工程背景,在0°和±3°初始风攻角下,分析了斜风下成桥状态和加劲梁从跨中向两侧桥塔对称架设全过程的颤振稳定性,并揭示了斜风作用和静风效应对成桥和施工状态大跨度悬索桥颤振稳定性的影响。结果表明：悬索桥成桥和施工状态的颤振临界风速随着风偏角的增加呈现波动起伏变化特征,且主要在斜风情况下达到最低值;斜风作用和静风效应不会影响悬索桥施工期颤振稳定性的演变规律,但会显著降低悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性;斜风作用使得成桥和施工状态颤振临界风速的最大降幅平均值分别达到了8.0%和19.6%,而斜风和静风的综合效应则进一步劣化悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性,最大降幅平均值分别达到了11.5%和22.4%,因此大跨度悬索桥成桥尤其是施工状态的颤振稳定性分析必须考虑静风和斜风综合效应的不利影响。     

静压气体轴承主轴系统回转误差的控制与补偿

为了提高主轴系统的回转精度,以数控机床静压气体轴承的主轴系统为研究对象,设计以静压气体轴承为主承载元件、主动磁轴承为辅助元件的主轴系统结构。对主轴回转误差的分离进行建模分析,利用主动磁轴承的可控性设计回转误差的控制和补偿方法,并用MATLAB仿真分析该方法对回转误差的补偿结果。结果表明,该主轴系统利用主动磁轴承(AMB)的可控性和静压气体轴承较高的回转精度,由磁轴承作为误差补偿机构,提高了主轴系统的回转精度。     

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。