小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性解析研究

小孔节流深浅腔动静压轴承是一种采用小孔节流器实现节流作用及浅腔实现二次节流作用的动静压混合轴承。针对现有理论不能解析研究油腔结构参数及工作参数对承载特性影响规律的不足，以及计算流体力学数值仿真软件计算时周期长，而不便于工程设计人员应用的缺点，基于油腔压强分段线性化的思想，建立分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压强、承载能力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的解析方法。进而以该方法研究动静压轴承的供油压强、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对轴承承载特性的影响规律。研究发现，在其他结构参数及工作参数一定的条件下，浅腔深度为初始油膜厚度的2～3倍时，轴承刚度接近最大、温升接近最低。通过油腔压强的解析值与试验值的比较，证实了该方法的有效性和研究结果的正确性。

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。

新型微孔节流气体静压轴承的特性研究

针对狭缝节流静压气体止推轴承的狭缝加工质量难以保证的问题,提出了一种微孔节流气体静压止推轴承。基于Fluent软件,保证轴承的总节流面积相同,通过改变气膜厚度、节流孔(缝)深度,对比研究了狭缝节流和微孔节流静压气体止推轴承的承载力、刚度及耗气量;其后对轴承的总节流面积取不同值时的轴承特性进行分析对比,从而判断了两种轴承在一定条件下是否具有互换性。结果表明:气膜厚度、节流孔(缝)深度、轴承的总节流面积取不同值时,微孔节流静压气体止推轴承在承载力、刚度及耗气量上都与狭缝节流静压气体止推轴承有较高的一致性;在一定的工况下,微孔节流静压气体止推轴承可以代替狭缝节流静压气体止推轴承。

不同孔式节流器对圆盘止推气体轴承静特性的影响

采用保角变换有限元方法计算采用相同供气孔径的不同孔式节流器对静压圆盘止推气体轴承静特性(包括承载力特性、静刚度特性及流量特性)的影响。对承载力和流量特性的分析结果与Kazim ierski的研究结果一致,即:采用相同供气孔径的简单孔式和环形孔式节流器止推轴承,在其他几何参数和工作参数相同的条件下,前者的承载力系数高于后者,但后者的单位载荷气体消耗率要小于前者。对静刚度特性的分析结果表明,同尺寸供气孔径的简单孔式节流器与环形孔式节流器止推轴承,在其他几何参数和工作参数相同的条件下,可以实现的最大静刚度相当,但前者最大静刚度点对应的气膜高度大于后者,因此采用简单孔式节流器时,止推轴承的设计工作点对应的气膜高度可以大一些,这意味着可在一定程度上降低对轴承制造精度的要求。

微孔阵列式节流器的结构参数对空气轴承稳定性的影响

在ANSYS中运用APDL语言参数化编程,建立空气静压轴承的三维流场模型;在Workbench环境下将模型导入到FLUENT中,分析微孔阵列式节流器微孔个数、节流器微孔直径以及压力腔的直径和深度对空气静压轴承稳定性的影响。结果表明:采用微孔阵列节流器可以显著减小微振动;随着节流微孔的直径和压力腔直径的减小及压力腔深度的增加,微振动均减小,空气轴承的稳定性提高。

基于Fluent的微孔节流气体静压止推轴承的参数设计与研究

为提高气体静压止推轴承的静态特性,针对所提出的微孔节流气体静压止推轴承,采用基于有限体积法的CFD软件Fluent进行三维建模仿真,分析了供气孔数目n、量纲一的供气孔分布半径M、供气孔直径d对轴承静态特性的影响规律。按照最大刚度原则,得到如下结论:供气孔数目n在180附近、量纲一的供气孔分布半径M约为0.7、供气孔直径d取最大值0.1 mm时,微孔节流气体静压止推轴承的静态特性最佳。

有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计

针对小孔节流深浅腔动静压轴承的性能优化问题,基于平行平板扩散流动计算模型及流量守恒原理,推导了微元控制体边界压力的插值函数,提出了分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压力、承载力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的有限体积计算方法。使用该方法研究了供油压力、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性的影响规律,从而得到了以上相关参数的优化区间。在此基础上,采用四因素三水平的正交试验法,在满足多目标性能最优的前提下,得到了小孔节流深浅腔动静压轴承结构参数与工作参数的最优组合。以该组参数试制了小孔节流深浅腔动静压轴承并建立了试验平台,测量了不同转速及供油压力下油腔的压力值。试验结果表明,轴承油腔压力试验数据及理论计算值随主轴转速的变化趋势一致;误差在11%以内。验证了有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计方法的正确性。

移动副速度对空气轴承影响的CFD仿真分析

研究空气轴承优化控制问题,针对高速移动副空气轴承对空气轴承气膜特性会影响定位精度特点,空气轴承采用非结构化网格实现了多节流器气膜的耦合,设计的密度可控的非均匀网格划分方案克服了最大最小尺寸比偏大给实际带来的困难。根据FLUENT用三维双精度耦合隐式标准k-ε粘性湍流两方程模型,仿真得到了不同移动副速度时,阵列多节流器耦合后的质量流量、气膜压强分布和速度分布,为辨识高速移动副时多节流器耦合的气膜数学模型提供了详实数据。当增大移动副速度时,耗气量减小但气膜承载力增加,为高速移动副空气轴承的优化设计提供了依据。

某精密测量仪器用空气轴承的设计及试验验证

通过分析动、静压轴承和挤压膜轴承的优缺点,确定选用静压轴承及小孔节流方案。根据设计参数计算出轴承的轴向和径向承载力,并对整机进行了试验验证,结果表明各项指标均满足预期要求。

基于锥形孔板压差脉动特性测量湿气流量

设计了一种具有防堵特性的锥形孔板,在定压条件下结合锥形孔板的压差脉动特性完成了湿气流量的双参数测量。借鉴压差脉动法测量流量的成熟理论,运用支持向量机以R和x作输入变量、以干度为输出值,得到了在干度变化较大非定压条件下的干度测量模型。实验结果表明:此种测量方法不仅适用于湿气工况下干度的测量,同时适用于非湿气工况下气液两相流量的干度测量。

静压气体轴承静态特性的理论研究综述

就静压气体轴承静态特性理论研究的历史发展和现状进行总结。系统介绍了雷诺气体润滑方程的近似解析解与数值解的基本方法及新的进展,指出基于雷诺方程的数值解已能满足静压气体轴承静态性能的工程计算精度要求,但对于复杂结构气体轴承性能的准确分析,则有待于三维流场计算技术在静压气体轴承研究领域的进一步应用。

小孔节流深浅腔动静压气体轴承承载特性分析

以小孔节流深浅腔动静压气体轴承为研究对象,采用Fluent软件对轴承的承载特性进行分析,研究偏心率、供气压力、主轴转速、气膜厚度、浅腔深度比等因素对轴承承载力和刚度的影响。结果表明:小孔节流深浅腔动静压气体轴承浅腔区的平均压力大于深腔区的平均压力,压力最大区域出现在浅腔末端靠近轴承端面处;随着供气压力的增加,承载力逐渐增大,但供气压力不应超过0.95 MPa;当主轴转速在3×10^(5) r/min以内时,承载力和刚度随着转速的增加呈线性增长规律,当主轴转速超过3×10^(5) r/min继续增加时,承载力和刚度的增长趋势明显放缓;承载力与刚度随着浅腔深度比的增加先增大后减小,当浅腔深度是气膜厚度的1~1.5倍时,承载力与刚度接近最大值。

环形孔式节流器设计参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响

采用数值解析法分析了环形孔节流器设计参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响.仿真结果表明:气膜承载力随承载面直径、节流孔直径和进气压力的增大而增大;气膜刚度随承载面直径和进气压力的增大而增大,随节流孔直径的增大而减小;气膜刚度随气膜厚度增加时呈现出先增大后减小变化规律,在中间某一气膜厚度出现最大值.数值分析结果将为空气静压轴承节流器数量、排列组合方式、单个节流器设计参数合理选取提供理论参数.

数控凸轮轴磨床砂轮架进给闭式静压导轨的设计

针对滚珠丝杆副+V-平导轨存在的油膜厚度不均匀,产生爬行、振纹等现象,提出一种直线电机驱动砂轮架闭式矩形静压导轨的设计方法。分析导轨的受力情况,设计并计算导轨油腔尺寸、供油压力、毛细管节流器长度。将该设计部件运用到某公司生产的YTMK8326-10数控凸轮轴磨床中,加工了2000套油泵凸轮轴。测试结果表明:采用该方法解决了爬行和振纹问题,性能指标与LANDIS数控凸轮轴磨床的相当。

节流孔截面形状对静压干气密封稳态性能和压力波动特性影响

建立了不同形状节流孔出口截面静压干气密封的几何模型,采用湍流大涡模拟方法数值求解了小孔节流静压干气密封的瞬态流场和压力场,对比了节流孔出口开设圆角、倒角与经典小孔节流静压干气密封的开启力、泄漏率等稳态性能参数和节流孔出口附近的压力波动特性,以较大密封开启力和较小压力波动为目标,获得了节流孔出口倒角和圆角的优选值范围.结果表明:相较于经典小孔节流静压干气密封,节流孔出口开设倒角或圆角能提高静压干气密封的开启力,显著降低节流孔出口压力波动,且当倒角为0.3~0.4 mm,圆角为0.1~0.3 mm时具有最佳效果.

小孔节流器出口圆角对空气静压止推轴承性能的影响

以小孔节流空气静压止推轴承为研究对象,求解出轴承气膜间隙内的压力与速度分布,分析了节流孔出口处圆角值不同对轴承性能的影响。结果表明:当气膜间隙不变时,在一定范围内,节流孔出口圆角半径值越大,轴承承载力越大,流场中最高流速越低;节流孔出口圆角半径值过大,流场中会出现气旋,降低轴承的稳定性。

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。

高速涡轮泵动静压轴承新型长小孔节流器的试验建模

针对动静压轴承用小孔节流和毛细节流结构受应用空间尺寸限制问题,提出了一种尺寸介于两种典型节流器之间以满足涡轮泵空间要求的非典型长小孔节流结构,并对该结构进行了试验建模。通过分析动静压轴承小孔节流和毛细节流两种节流结构及流量数学模型,提出了一种与典型小孔节流器相近的长小孔节流器;给出了一种不直接利用整个轴承而利用孔板的试验建模可行方案,测量了节流孔长径比在4～10、压差1.5 MPa～5.5 MPa时力水润滑介质节流器的流量,得到了长小孔节流器的试验模型。研究结果表明:非典型结构的节流器需要试验建模,给出的非典型节流器流动规律近似于典型小孔模型,其节流模型大致属于紊流模型。

基于CFD的气体静压高推力轴承仿真研究

气体静压轴承能实现高精度而在超精密设备中备受青睐,但承载力和刚度较低长期限制着其进一步发展。针对提高气体静压轴承的承载力和刚度,基于CFD方法定量分析了气体静压止推轴承4种表面结构对其承载力和刚度的影响。基于通用曲线法编写人机交互界面计算气体静压轴承的承载力,与有限元分析结果基本吻合。运用正交试验方法分析了均压槽的长度、宽度、深度及气膜厚度对气体静压轴承的承载能力的影响程度,在兼顾稳定性的前提下优选了均压槽几何尺寸。研究结果表明,在气体静压轴承表面圆周方向和直径方向开设优选参数的均压槽能提高承载力49.71%,同时能够大幅度改善刚度。

可变节流高度气浮支承结构设计及动态性能分析

为了使气浮支承的承载力动态可调,设计了一种可变节流高度气浮支承.通过建立气浮支承计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模型,利用CFD动网格技术来模拟小孔节流器的运动,研究小孔节流器的结构参数、运动参数及气浮支承的工作参数对可变节流高度气浮支承动态性能的影响.结果表明:通过调节小孔节流器的节流高度可以明显改变气浮支承的承载力;在只考虑单一变量的前提下,气浮支承承载力的波动量随着小孔节流器的运动幅值、运动频率、节流高度、直径和气浮支承供气压强的增加而增加,但随着气膜厚度的增大而减小;当小孔节流器直径较小时,随着小孔节流器运动频率的增加,气浮支承动刚度的增幅很小,但当小孔节流器直径增大时,随着小孔节流器运动频率的增加,气浮支承动刚度的增幅会明显变大.