基于流固耦合的液压阀芯均压槽多目标优化设计

高压大流量换向阀依靠阀芯的移动来实现控制执行机构的运作,合理的设计阀芯上均压槽的尺寸、槽间距与阀芯与阀套间间隙能够降低阀芯与阀套之间的卡紧力与泄漏量。基于ANSYS建立流固耦合三维求解模型,以矩形均压槽宽深比、槽间距和阀芯与阀套间间隙为设计变量,将泄漏量、卡紧力与等效应力作为响应变量,通过建立Non-Parametric Regression响应面模型,分析了设计变量对响应变量的影响。结合多目标遗传算法(MOGA),实现阀芯均压槽的尺寸与分布的优化设计。当均压槽槽宽与槽深比值为0.83,槽间距为1.43 mm,阀芯与阀套间间隙为0.027 mm时,泄漏量与卡紧力能够较小,其值分别为6.05 mL·min^(-1)和0.28 N,与优化前相比泄漏量降低了25%,卡紧力降低了36%。为阀芯均压槽的尺寸设计提供了参考。

均压槽结构对超高速空气静压轴承性能影响分析

以超高速空气静压止推轴承为研究对象,建立了圆形、环形、扇形和十字形四种均压槽轴承的CFD仿真模型,采用计算流体力学方法,对比分析了有无均压槽轴承在不同气膜厚度与工作转速下对轴承承载性能(压力分布、承载力、刚度、消耗气体质量流量)、稳定性(最大气流速度与湍流动能)的影响。结果表明,气膜厚度和工作转速对5种轴承的承载性和稳定性影响较大,并得到了其影响规律;其中,环形槽轴承兼顾承载性与稳定性,通过实验验证得到环形槽轴承的最佳工作转速。研究成果可为超高速空气静压轴承的进一步优化提供一定的理论依据。

均压槽与静压气体轴颈轴承承载特性的关系研究

主要研究通过开设不同结构形式的均压槽来提高静压气体轴颈轴承的承载能力和刚度,利用加权余量法和有限元离散化方法求解雷诺方程进行数值计算和仿真,针对单排孔和双排孔轴颈轴承,分析不同长度的周向均压槽,以及不同数量、不同位置和不同长度的轴向均压槽对轴承承载能力和刚度的影响规律。结果发现:开设周向均压槽和轴向均压槽都可以提高轴承的承载能力,相比开设周向均压槽,开设轴向均压槽对提高轴承的承载能力更为有效,而且只开设一条或两条轴向均压槽就能显著提高轴承的承载能力,通常将轴向均压槽置于气膜间隙较小的位置时能使轴承的承载能力和刚度最大。数值仿真结果通过试验进行验证,研究结果可用以指导高承载和高刚性静压气体轴颈轴承的设计。

具有可变均压槽的气体静压推力轴承性能研究

具有可变均压槽的气体静压推力轴承,是作者提出的一种新结构轴承.本文建立了这种新结构轴承的性能计算方法,用有限差分法耦合求解气体静压推力轴承的雷诺方程和弹性薄片的变形控制方程,得到轴承的各项性能参数,并通过试验加以对比验证,计算结果与试验具有较好的一致性.结果表明该新型气体静压推力轴承的设计方案能够提高轴承的刚度.

带均压槽气体静压轴承承载性能仿真研究

气体静压轴承的承载力和刚度相对于传统轴承较低,限制了大承重在高精度等场合中的应用,传统设计方法为了提高气体静压轴承承载性能,采用增大供气压力和增加节流孔等措施,造成轴承结构复杂,且易导致轴承自激振动现象。提出在气体静压轴承承载面开设均压槽的结构优化设计方法。建立带有周向均压槽的平面气浮圆轴承有限元模型,对比分析不同形状和几何参数的均压槽对轴承承载性能的影响。结果表明:均压槽能够明显提高气浮轴承的承载力;正常工作时,带三角形均压槽的气浮轴承承载能力和刚度最佳;气浮轴承承载力随均压槽深度和宽度的增加而增大,但增速趋缓。

基于Fluent的液压滑阀阀芯卡紧力研究

通过仿真分析,研究液压滑阀阀芯在不开均压槽、开3条矩形槽、开5条矩形槽、开5条三角形槽4种情况下,阀芯歪斜时阀芯卡紧力的变化。由仿真结果可知:阀芯歪斜时,在阀芯上开均压槽可以有效减小卡紧力,开的均压槽越多,卡紧力越小;开相同数量的矩形槽比三角槽的卡紧力大,但是更利于使阀芯趋于同心。

均压槽结构形状对静压干气密封性能影响分析

静压干气密封(DGS)中的均压槽起着均布压力和二次节流的作用,开展了典型形状均压槽静压DGS的性能对比和结构优选.基于静压气体润滑理论,建立了圆形、椭圆形、扇形和环形等四种典型均压槽静压型DGS的几何模型和数学模型,采用有限差分法求解获得了四种均压槽静压型DGS端面的膜压分布和稳态密封性能参数,分析了径向开槽比和周向开槽比对四种均压槽静压型DGS密封性能的影响规律;以获得较大的密封开启力和气膜刚度为目标,计算得到了均压槽径向开槽比和周向开槽比的优选值范围.结果表明:当均压槽径向开槽比0.15<Wd<0.45时,环形均压槽静压型DGS可获得较大的开启力和气膜刚度,其他三种均压槽静压型DGS的径向开槽比优选值范围为0.3<Wd<0.45;扇形和椭圆形均压槽静压型DGS具有相似的密封性能,其密封性能仅次于环形均压槽静压型DGS;当均压槽周向开槽比0.6<Lθ<1.0时,扇形均压槽静压型DGS可获得较大的开启力和气膜刚度.

弹性均压槽空气静压轴承静特性的影响因素分析

为了研究影响弹性均压槽空气静压轴承静态特性的因素,基于气固耦合原理,建立弹性均压槽空气静压轴承的耦合控制方程,采用有限差分对控制方程进行离散求解,分别研究供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承静态特性的影响。结果表明:供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承承载力和刚度的影响较大,供气压力越大,轴承的承载力和刚度也越大,但刚度最大时的工作气膜间隙越小;均压槽宽度越大,轴承刚度最大时的工作气膜间隙越大;节流孔直径越小,轴承刚度越大。实验结果和理论计算结果基本一致,验证了数学模型和理论方法的正确性。

间隙密封旋转接头流场特性仿真分析

间隙密封旋转接头在高速旋转过程中,密封间隙大小容易受到外界干扰而变化,从而引起接头体和芯轴的磨损以及泄漏量加剧。通过采用CFD技术对内部环形间隙进行仿真,分析了均压槽分布在芯轴表面和接头体内壁面两种不同形式以及芯轴转速对泄漏量的影响,得出了间隙流场内流体压力、速度分布和泄油口的流量。结果显示:间隙流场的压力呈线性分布;均压槽两种不同分布形式对旋转接头的泄漏量无影响,均压槽分布在芯轴表面具有更好的抗磨损作用;旋转接头的泄漏量随着转速的提高而减小。

基于CFD的液压滑阀阀芯均压槽的研究

该文首先对液压滑阀阀芯偏心且倒锥时受到的卡紧力进行数学建模,然后介绍了3种不同形状的液压滑阀阀芯均压槽,并用Fluent软件对阀套与阀芯之间的流场进行模拟仿真。最终分析结果表明,在液压滑阀阀芯上加开均压槽虽然会导致滑阀缝隙泄漏量略有增加,但能有效减少阀芯受到的径向不平衡力,避免阀芯发生卡滞现象。

矩形空气静压导轨气浮垫性能的数值分析

采用有限差分法对一种新结构气浮垫的压力场进行了数值仿真分析。通过理论分析对气浮垫气膜压力分布和承载能力进行了研究,采用网格重叠和网格拼接技术划分网格,并对气体润滑状态控制方程和弹性薄板变形的控制方程进行了耦合计算,得到气浮垫的承载力和刚度。理论计算结果表明:在气体压力的作用下,环形弹性薄板产生弹性变形,引起节流面积和均压槽深度的变化,使得气浮垫的刚度较之传统已有气浮垫得到一定提高。新型气浮垫具有较广的应用推广空间。

带有均压槽的环形气浮垫设计

针对空间飞行器太阳翼展开地面试验中使用的二维平面滑轨式零重力吊架卸载设备,存在轴承沿导轨运动的摩擦力引起附加的展开力矩问题,设计了带有周向均压槽的高承载力、高刚度环形气浮垫,来代替上述吊挂滑轮车,在水平方向上实现了极低摩擦力,并基于气体的运动方程、质量连续性方程和状态方程,对环形气浮垫进行建模计算其承载力,并用Fluent仿真计算,仿真结果与理论计算基本一致。当吊挂试件的重力在环形气浮垫承载力范围内时,就能在水平方向上实现极低摩擦力展开,从而消除由摩擦力引起的附加展开力矩的影响,最终验证了带有均压槽的环形气浮垫替换方案的可行性。

含均压槽静压止推气体轴承的气膜特性

采用ICEM建立含均压槽的静压止推气体轴承的气膜二维计算模型,分析不同供气压力和气膜厚度下的气膜压力、速度分布,并计算不同供气压力和气膜厚度下的承载力和气体质量流量。结果表明:随着供气压力和气膜厚度的增大,均压槽内的气旋现象越来越明显;随着供气压力的减小和气膜厚度的增大,气膜压力趋近于线性分布;轴承的承载力随着供气压力的增大而增大,气体流量随着供气压力和气膜厚度的增大而增大。均压槽是影响气膜压力和速度分布的关键因素,而均压槽内的气旋现象是影响均压槽内部流场的主要原因之一,而随着气膜厚度的增大均压槽的这种影响会而逐渐减小。

用可变截面均压槽实现高刚度空气静压轴承的结构设计

提出了弹性可变截面均压槽的概念,并以此概念为核心提出了用弹性环形薄板实现可变截面均压槽、可变节流器复合作用的推力轴承结构和用弹性环形薄板实现可变截面均压槽与刚性均压槽相组合作用的推力轴承结构.对新型气体静压推力轴承的环形弹性均压槽弹性变形的检测结果表明:均压槽的宽度、深度都能随设计压力的改变产生满足控制要求的尺度变化,说明这种结构的设计、制造和检测都是成功的;对新型气体静压推力轴承的载荷特性的检测结果表明:在检测范围内轴承的刚度处处都比较高,约为150 N/μm.有可能用于载荷变化较大的场合,有较好使用前景.

Research on Performance of a Rectangular Floatation Cushion with High Stiffness for a Pneumato-static Slideway

In this paper, a high stiffness rectangular floatation cushion with a variable-section pressure equalizing groove of an elastic membrane for a pneumato-static slideway is presented and designed in order to increase stiffness of the floatation cushion. Gas film pressure distribution and carrying capacity of the floatation cushion are studied through theoretical analysis and by using the overlapping stitching technique. The carrying capacity and stiffness were obtained by using the coupling procedure of the gas lubrication governing equation and elastic deformation of the membrane governing equation. The results of theoretical calculations can obtain a conclusion that the effect of the gas pressure makes the annular elastic membrane elastically deform that brings about changes of throttling area and pressure groove depth of the floatation cushion. It makes carrying capacity and stiffness of the new style floata- tion cushion markedly improve over the conventional flotation cushion. The new floatation cushion has a wider ap- plication and popularization of space. Key words： floatation cushion; variable-section pressure equalizing groove;stiffness

矩形空气静压导轨气浮垫的实验性能对比

提出并设计了一种具有弹性薄板可变截面积均压槽的高刚度空气静压导轨气浮垫,用以提高气浮垫的刚度。通过气浮垫性能测试试验台。对新结构气浮垫的承载能力和气膜间隙进行了测定,得到气浮垫的承载力和刚度。通过实验分析,结果表明,在气体压力的作用下,环形弹性薄板产生弹性变形,引起节流面积和均压槽深度的变化,使得新结构气浮垫的刚度较之传统已有气浮垫得到明显提高。新结构矩形空气静压导轨气浮垫具有较广的应用推广空间。

弹性均压槽空气静压推力轴承的实验研究

用弹性薄板实现的可变均压槽与固定均压槽结合应用的空气静压推力轴承,是作者提出的一种新结构轴承。文中运用空气静压推力轴承性能测试试验台测试空气推力轴承的载荷及气膜厚度。对该轴承的刚度性能进行了实验研究和分析,结果表明,该新型气体静压推力轴承的计方案能够提高轴承的刚度。

不同结构均压槽间隙流场特性分析

间隙密封是一种非接触密封结构形式,可以实现自润滑,减小摩擦力,提高液压缸的动态特性。为了研究在变黏度条件下,均压槽形状对液压缸间隙流场的影响,根据温度、压力与液压油黏度之间的关系,利用Fluent软件的UDF技术编译仿真模型的变黏度属性及边界条件,动态仿真了活塞周期运动过程中不同均压槽间隙流场的温度、黏度、泄漏量以及内壁面摩擦力的变化规律。

带均压槽双面空气静压止推轴承自激振动的刚体-流场耦合非定常压力脉动分析

带均压槽的双面空气静压止推轴承设计不当易引发轴承自激振动。在对初始偏心轴承进行刚体-流场耦合瞬态求解后,分析了轴承系统振动时的轴位移和流场非定常压力脉动的频率及相位特征,研究了相位特征与非定常流场局部细节的关系,进而分析了轴承参数调整导致自激振动时的非定常压力脉动。结果表明,流场的非定常压力脉动频率与轴位移频率一致,而在节流孔与均压槽交汇处的非定常压力脉动与轴位移存在显著的相位差,且增大供气压力和均压槽深度导致自激振动时,存在相位差的区域扩大。

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。