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。

一种高精密全自动轴承外圈径向钻孔机

针对高精密非标轴承外圈径向钻孔工序存在的加工精度低、表面质量差等问题,设计开发了一种高精密全自动轴承外圈径向钻孔机。通过设置自动上料检测装置、伺服夹持分度装置、伺服钻孔装置、伺服倒角装置、气动铰孔装置及采用PLC系统控制,实现了上料检测→装夹分度→自动钻孔→内边倒角→内孔铰削等多工序连续自动加工,并通过实践验证,提升了生产效率和产品加工品质。

精密磨床液体静压轴承的多物理场耦合热分析

为了提高精密磨床的加工精度,以机床主轴系统的液体静压轴承为研究对象。通过应用热流固耦合(Thermal Fluid Solid Interaction,TFSI)方法求解该耦合系统的连续性方程、能量方程和Navier-Stokes方程组,得到耦合系统的油膜压力场、油膜温度场、轴承温度场、轴承变形场等参数。结果表明,随着轴颈转速的增加,滑动轴承油膜压力和温度不断增加;随着供油压力的增加,油膜温度几乎没有变化。文章得出的仿真结果对液体静压轴承的结构设计和工艺参数优化有一定的参考意义,且采用有限元软件计算液体静压轴承耦合传热问题能更有效地反映真实的传热情况。

非球面超精密机床静压轴承温度场的分布

利用ANSYS CFX流体力学分析软件建立了不同油膜厚度下的液体静压轴承流体模型,研究了非球面超精密加工机床液体静压推力轴承的温度场分布。对静压推力轴承进行了试验研究,获得了工作台上不加负载、加300kg负载、加500kg负载3种情况下主轴性能各参数。仿真结果表明:油腔区域初始温度为20℃,从封油边开始温度逐渐升高,其中外侧的温度要比内侧温度稍高;当油膜厚度为33μm时,最高温度为20.29℃,当油膜厚度为23μm时,最高温度为21.72℃,油膜厚度越薄,温度越高。试验计算值与仿真值分别相差3.33%、8.33%、1.32%,证实了液体静压推力轴承设计和数值计算的正确性。

静压轴承在精密机床中的应用

阐述了几种液体静压轴承的结构、参数、工作原理及应用情况。重点分析了有周向回油槽的静压轴承 ,通过数学分析得出科学结论。

精密导轨用气体轴承微米形状静压面特性研究

精密加工装备或测量仪器要求导轨具有高刚度高精度特性。文章提出了基于气体轴承静压面微米形状的刚度提升方法,研究分析多孔质气体轴承微米形状的结构原理及类型,采用母线多线法和同心圆法测量圆柱型气体轴承静压面,并评估其曲面不规则度或同心度偏差,以减少加工误差对静压槽形对气膜静态特性的影响;通过SolidWorks内嵌插件对气体轴承加载力进行仿真分析,为气体轴承微米形状静压面静态特性的槽型深度提供试验参数依据;最后对比分析了0.1~0.5 MPa气体压力对平面气膜在承载载荷力、静态刚度、气体流量等特性影响,当凹面槽深h 1=1μm即该值接近受承载力变形量时,气体轴承刚度较好且气体流量较低;当微米形状为凸面时,气体轴承静压面特性表现较差,为精密导轨工程应用高刚度高精度气体静压轴承设计提供参考依据。

高速螺旋楔动静压轴承研究

动压滑动轴承已广泛用于高速精密机床主轴，但随着机床向高速、重载、高精度方向的发展，轴承的温升、运行精度、防振性已越来越成为主要的问题。虽然对已有轴承进行优化设计能提高轴承的性能，但改变轴承的结构才是更有效的途径。

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。

液体静压轴承动态特性的探讨

针对按静刚度理论设计的液体静压轴承,在实际应用中存在的高速性能差、动态特性差、加工精度低的缺点进行了剖析和探讨;根据液体静压支承的原理和液体连续流动的理论,提出了液体静压轴承在主轴高速运转时动态特性是影响活塞销孔加工精度的主要因素的观点;并依此为设计依据,实际应用于高速精密静压活塞销孔镗床轴系中,提高了活塞销孔的加工精度,取得了较好的应用效果。以动态特性作为高速精密静压轴系优化设计目标理论的应用,简化了高速液体静压轴承的设计及制造,使高速精密静压轴系在生产中易于推广应用。

NOB新型油膜轴承液体动静压轴承、主轴单元及系统

NOB新型油膜轴承在降低生产成本的同时最大限度地

液体静压轴承讲座(七)

第五讲径向止推联合轴承的设计止推轴承是用来承受轴向载荷,同时也起到可靠的轴向定位作用。在理论上,它是以平面对置油垫的工作原理为基础;在结构上,它是采用单独的节流器。由于使用独立节流器,使油路设计受到结构空间的限制。人们通过实践与理论分析,

高精度空气静压轴承的研制

空气静压轴承具有精度高、摩擦损耗小、寿命长、耐高低温、无污染等优点，在高速支承、低摩擦低功耗支承、高精密支承和特殊工况下的支承等方面占有绝对优势，在精密加工和精密测量等领域得到了广泛应用，是精密设备的关键单元。

中航工业大型高精度空气静压轴承转台研制成功

中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所成功研制出了大型高精度空气静压轴承转台，其性能达到国内领先水平。

液体动静压电主轴关键技术综述

液体动静压主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等性能优势,在高速精密机床领域获得广泛应用,但进一步适应超高速超精密加工需要,发展成为将机床主轴与高速电动机功能从结构上融为一体的液体动静压电主轴,还需解决高速化和结构集成化带来的轴承温升控制和电机性能优化等技术难题,需进一步从机理层面研究轴承特性和电动机高频电磁损耗等科学问题。因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结。回顾液体动静压机床主轴轴承技术的发展历史;从轴承油腔结构、节流器、轴颈偏斜、轴瓦弹性变形、轴承副表面形貌、液体惯性效应、热效应、润滑介质可压缩性及非牛顿特性、水润滑动静压轴承等方面,对影响液体动静压电主轴轴承特性的关键技术进行逐一分析和评述;从高速电主轴对电动机几何特性、转速—力矩特性、热特性、振动及噪声特性的要求等角度,全面评述电动机性能的电磁参数设计方法、电磁损耗机理及计算方法和电磁损伤故障防治技术;具体分析动静压电主轴整机特性优化中的关键技术难题;对液体动静压电主轴技术的未来发展趋势进行预测和展望。

节流器结构参数对Nanosys-1000液体静压导轨承载特性的影响

从实际加工角度出发,研究了节流器结构参数对Nanosys-1000超精密加工机床静压导轨承载特性的影响。利用流体分析软件建立导轨承载油垫的有限元模型并搭建了相关静压导轨实验台,研究了进口油压为1.7 MPa,油膜厚度为36μm时承载油垫的压力场分布特征,并通过对压力场积分得到油膜承载力,求导得到油膜刚度,从而揭示不同结构参数对静压导轨承载特性的影响。研究结果表明:节流器结构参数中节流孔孔径对机床承载特性影响最大,其次为节流孔孔长,出入口倒角对其影响甚微。导轨负载较小时,扩大节流孔孔径与缩短节流孔孔长有助于改善静压导轨承载特性;但在重载条件下,缩小节流孔直径,增加节流孔孔长反而更有利。将仿真数据与实验数据作对比,得到3个承载力测量点数据误差分别为7.9%,6.9%,8.6%。最后根据研究成果,确定了Nanosys-1000机床静压导轨节流孔结构参数。

Nanosys-1000机床静压止推轴承流场分布规律及承载特性

为了提高Nanosys-1000非球面曲面光学零件超精密加工机床加工精度,研究了机床核心部件静压止推轴承内流场分布规律,进而揭示其承载特性。利用ANSYS/Fluent软件建立对称结构静压止推轴承扇形油垫的仿真模型,采用层流模式对进油压力为1.3～1.9 MPa、油膜厚度为20～36μm的油垫流场分布规律与承载特性进行分析。研究结果表明:油垫内压力在油腔区域比较均匀,沿封油边呈线性下降;油膜承载力随油腔压力线性增长,且在同一进油压力下,油膜厚度越小,油膜承载力越大,进油压力为1.5MPa时,油膜厚度从36μm减小到20μm,油腔压力从3.05×105 Pa增加到8.02×105 Pa,油膜承载力相应地从880N增加到2 109N;同一负载即油膜承载力下,进油压力越高,油膜厚度越大,油膜承载力为1 320N时,进油压力从1.3MPa增加到1.9MPa,油膜厚度从26μm增加到30μm;同一油膜厚度下,进油压力越高,润滑油流量越大,油膜厚度为28μm时,进油压力从1.3MPa增加到1.9MPa,润滑油流量从0.179L/min增加到0.231L/min。相关研究结果在研制的Nanosys-1000非球面曲面超精密加工机床静压止推轴承上得到了验证。

隔热涂层对磨床主轴动静压轴承热变形的影响研究

为了减少热变形,提高高速精密磨床砂轮主轴系统的精度,将隔热涂层应用于深浅油腔动静压轴承.应用FLUENT和ANSYS两个有限元软件联合仿真分析了不同厚度与不同热导率的隔热涂层在不同的动静压轴承供油压力、主轴转速等因素下的轴承热-结构特性.结果表明:动静压轴承的温度和热变形以及它们的均布程度,都随着隔热涂层厚度的增大逐渐降低,随着隔热涂层热导率的减小而减小,随着轴承供油压力的增加而减小,随着轴承主轴转速的减小而减小;隔热涂层还具有均化轴承温度场和热变形分布的作用.高性能隔热涂层将明显降低轴承主轴热变形并且使其热变形均布,最终明显提高高速精密磨床砂轮主轴系统的加工精度.

发动机涡轮泵流体动静压轴承应用分析

针对液体火箭发动机涡轮泵特殊工作环境,讨论了流体动静压轴承可采用的结构形式和需要解决的关键技术。提出了径向轴承宜采用腔式结构,止推轴承宜采用螺旋槽或瓦块结构;并针对液氧涡轮泵动静压轴承提出了研究需要解决的关键技术。

基于混合均质模型的气液两相流润滑动静压轴承性能分析

依据所建立的从全液体状态经混和介质状态,直至全气体状态的连续汽化流体属性模型,联合广义雷诺方程及全能量方程,从理论上对处在连续变化低温介质条件下的径向动静压轴承的静动特性进行研究。研究结果表明,由于两相流条件下的流体压缩性发生了极大变化,因而使得处在该条件下的轴承性能不再满足全液体或全气体介质润滑下的轴承性能规律。