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。

超声速流下多供气孔圆盘静压止推气体轴承性能分析

应用Fluent软件对多供气节流小孔圆盘静压止推气体轴承进行三维流场的模拟计算,分析供气小孔数、气膜间隙和供气压力对圆盘静压止推气体轴承性能的影响,并和Reynolds方程解的结果进行比较,分析气膜内发生超音速流和不发生超音速时气膜内的压力分布和马赫数情况。结果表明,应用Fluent数值模拟可以很方便地处理节流小孔进入到气膜内区域的复杂流场流动;增加供气孔数、减小气膜间隙和降低供气压力能够避免多供气孔静压止推气体轴承气膜内发生超音速。

氢气透平膨胀机静压止推轴承参数设计研究

为了提高应用于氢气透平膨胀机中的氢气静压止推轴承的静态承载特性,建立了带均压槽的单排环形供气小孔静压止推轴承模型。应用Fluent软件进行仿真计算,分析了节流孔深度、节流孔数目、节流孔分布圆半径、节流孔直径对于轴承静态承载特性的影响。与文献实验值进行对比,验证了仿真模型以及方法的有效性。结果表明,为保证最好的轴承静态承载特性应选择合理的气膜厚度,增大节流孔深度可以减少轴承最大耗气量,节流孔分布圆半径为R=/R_(1)R_(2)时静态承载特性最好,减小节流孔直径以及节流孔数量可以减少轴承耗气量并且增大气膜最大刚度,但会降低轴承承载力与大气膜厚度下刚度。

基于分离变量算法的静压止推气体轴承节流孔特性研究

首先基于分离变量算法(method of separation of variables, MSV)求解了单节流孔静压气体轴承的层流边界层方程,研究了节流孔附近流场特性,阐明了节流孔出口附近压降现象是由于惯性效应导致,并研究了轴承几何参数和供气参数对压降现象的影响规律。最终提出了压降现象产生的临界条件为压比为0.940 9,也即压比大于临界压比时,压降现象消失。其次基于质量流量相等原则,结合层流边界层的MSV方法及雷诺方程的解析算法,提出了一种计算节流孔系数的新方法,并研究了轴承的几何参数及供气参数对节流孔系数的影响规律。结果显示,节流孔系数存在着参数敏感和不敏感区域,这是由于当压比小于等于0.6左右时,节流孔系数趋近于一个常数0.86左右。

圆盘多供气孔气体静压止推轴承的有限元分析

本文以二维雷诺方程为基础,采用有限元法求解了圆盘多供气孔气体静压止推轴承的稳态压力场,并对不同参数对轴承性能的影响作了一定的分析。

多供气孔静压圆盘止推气体轴承的参数设计

采用工程计算方法研究了按最大静刚度准则设计多供气孔环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数的基本过程,详细讨论了供气孔数和供气孔直径参数对轴承静态性能的影响。随供气孔直径的增大,轴承消耗的体积流量增大,承载力也随之增大,但小气膜高度时增加值较小,大气膜高度时增加值较大,且轴承的最大静刚度逐渐减小。大的供气孔直径,可使轴承在更大的气膜高度下工作。供气孔数对轴承性能的影响与供气孔直径参数相似。理论优化的结果表明,圆盘内径参数应尽量取小值,供气孔分布圆半径应取圆盘内外径的均方根。对不能采用理论优化的几何参数,在数值分析的基础上,给出其合理取值范围。供气孔直径应在0.4-0.8 mm范围内取值,供气孔数应在5-8范围内取值。

动静压混合气体箔片止推轴承静态特性研究

动静压混合气体箔片止推轴承具有优良性能,但目前针对其研究报道较少。对此,提出了该轴承的模型,并针对其静态特性和流弹特性开展了数值研究。基于MATLAB软件建立了动静压混合气体箔片止推轴承静态特性的双向流固耦合数值预测方法。计算分析了不同转速、供气压力、供气孔布置位置下的箔片变形,静态载荷和摩擦力矩,获得了运行参数和供气孔位置对动静压混合气体箔片止推轴承静态特性的影响规律。结果表明:增大供气压力对摩擦力矩的影响较小,但会增大轴承轴向载荷,升高转速会导致轴承摩擦力矩明显增大;供气孔布置位置对动静压混合气体箔片止推轴承的静态特性影响较大,应合理选择供气孔的布置位置,在满足轴承载荷要求的基础上优先考虑将供气孔布置在倾斜区域。相关研究结论对动静压混合气体箔片止推轴承设计和应用具有指导意义。

小孔节流空气静压止推轴承平面跨缝试验研究

在航空航天领域的微重力模拟中,空气静压止推轴承在完成平面跨缝试验过程中由于增加了1个时变的出口边界,支撑气膜内部的流场随出口边界位置的变化而发生变化,从而影响止推轴承的静态特性和微振动特性.为了明确跨缝过程中空气静压止推轴承宏观表现出的服役特性,本文中基于静压气体润滑理论,搭建空气轴承平面跨缝的试验台,针对中心供气和三孔均布的圆盘型小孔节流空气静压止推轴承开展试验研究,分析不同供气压力、浮起高度和跨缝位置下轴承的静态特性和微振动特性.研究表明:空气轴承平面跨缝时,相当于支撑气膜增加1个时变的出口边界,因而会出现泄气现象导致承载力减小;当供气孔正对支撑台面间的拼缝时,轴承的自激微振动幅值最小;空气静压轴承在平面跨缝过程中,在相同浮起高度下,随着供气压力增大,轴承的静承载能力和静刚度都有所提高;随着负载增大,过供气孔时的微振动幅值减小.

高速空气静压电主轴止推轴承设计及性能分析

高速空气静压电主轴具体有结构紧凑、高转速等特点被广泛应用于高精密机床、多关节机器人、汽车制造、医疗装备等高新技术领域设备中。空气止推轴承是高速空气静压电主轴实现高精度高转速的关键零部件。本文对单孔和多孔空气静压止推轴承建立数学模型,利用ANSYS Workbench Fluent软件进行详细的刚度、气膜压力、气体流场、承载能力模拟设计分析计算,分析轴承参数对轴承刚度的影响,得到轴承性能随各项参数变化的变化规律,实现该类轴承的参数设计。进一步,利用MATLAB app designer编制计算空气静压止推轴承的参数化设计界面软件,提供基于公式的MATLAB计算与基于有限元的ANSYS计算比较分析结果,明晰各设计参数下空气止推轴承的刚度以及承载能力等关键性能。

微孔节流气体静压止推轴承静态特性分析

气体静压轴承由于其转速高、精度高、无污染以及基本不受温升影响等特点,被广泛应用于各类高转速、高精密设备中。微孔节流作为一种新型气体节流方式,在气体润滑领域逐渐被人们所接受。然而,对于微孔节流气体静压轴承动静态性能的研究依然存在很多不足。本文以微孔节流气体静压止推轴承作为研究对象,对轴承的静态性能进行分析,探究轴承各参数对其性能的影响情况。

小孔节流静压止推气体轴承静特性的数值分析

介绍了计算流体力学软件FLUENT及其在气体轴承研究中的应用。针对环形小孔节流静压止推气体轴承,基于FLUENT软件进行了简化假设并建立了计算模型,利用FLUENT软件对止推气体轴承模型进行了数值分析,求解了环形小孔节流静压止推气体轴承的压力场分布、耗气量和承载能力等轴承静特性,并成功捕捉到了大气膜间隙下供气孔周围的压力突降区。对计算结果进行了分析,并与文献计算值以及试验值进行了对比,验证了数值分析的可靠性。

带有圆周方向均压槽的静压气体止推轴承的气锤自激

通过开设均压槽,可以增加静压气体轴承的承载能力和刚度,但是如果气体轴承的均压槽等参数设计不合理,会出现一种振动现象——气锤自激振动,尤其是设计高压重载气体止推轴承时。针对常用的圆盘止推气体轴承,建立轴承活动件的动力学方程,再运用小扰动方法和流量连续性方程得到了气锤自激振动的稳定性判别方程。通过求解稳定性判别方程,发现供气压力越大,自激振动的倾向性越强;气膜间隙在一定范围内容易引起自激振动;节流孔直径越大,自激振动的倾向性越强;当止推轴承的外径和内径的比值比较小时,容易发生气锤自激。通过计算得到了不发生气锤自激振动的轴承设计参数,可用于高压重载气体止推轴承的设计。

真空平衡型气体静压止推轴承的数学模型研究

讨论了真空平衡型气体静压止推轴承的工作机理 ,建立了该轴承的承载能力和刚度的数学模型 ,并通过计算机仿真及实验的方法对其进行分析验证。提出了气膜厚度作为真空度变量的参数 ,使其与导管参数、轴承参数联系起来 ,为定量分析真空度对轴承特性的影响提供了设计依据。

狭缝节流气体静压轴颈-止推轴承静态特性分析

在气体静压轴颈 -止推轴承的离散化过程中 ,采用有限元方法 ,利用加权余量法将其二阶偏微分方程降低一阶 ,使利用三角单元线性插值函数成为可能 ,简化了压力分布方程式的计算 ,给出了轴承的静态特性 ,分析了结构工艺尺寸、狭缝宽度和轴承间隙等因素对径向和轴向承载性能的影响 ,揭示了轴颈和止推轴承之间的相互影响规律 ,并且研究了轴承内部气膜压力分布的规律 .最后 。

制造误差对气体静压轴颈-止推轴承静特性影响

为了分析制造误差对轴颈 -止推相连型结构气体静压轴承的影响 ,提出了相容性变换条件 ,将轴颈和止推轴承进行统一分析 ;在离散化过程中 ,利用加权余量法将二阶偏微分方程降低一阶 ,放松了对插值函数连续度的要求 ,便于借助有限元技术分析狭缝节流气体静压轴承的流场参数。研究了平行度、圆度和端面垂直度等制造误差对静态特性的影响 ;重点分析了轴颈轴承和止推轴承之间的相互影响 ,发现了轴颈的锥度误差会影响轴向承载能力 。

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。

变粘度条件下静压止推轴承温升的研究

对静压支承中的静压止推轴承、静压滑环等液压元件的简化模型——旋转对称环形密封缝隙进行了深入研究 ,探讨了这种缝隙中油液粘度在变粘度条件下的分布规律 ,在此基础上推导出了环形静压支承进口和出口油液的温升计算公式 ,得出了有意义的结论 ,为设计出结构合理。

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。

影响空气静压多孔质止推轴承静态性能的因素

在对多孔质气体静压轴承分析时 ,多孔质材料内部的惯性效应以及多孔质轴承表面的速度滑移对所建立的简化数学模型的应用是一个很大的障碍 .因此采用一种分解的方法来分析空气在多孔质止推轴承内部的非线性流动即不同种类的流动机理即考虑空气压缩性和一定范围内的惯性效应 .实验结果表明多孔质表面的速度滑移并不遵守Beaver模型 ,但是可以通过附加等效间隙来大致估计 .

小孔节流式盘状静压止推气体轴承主要几何参数的设计

采用保角变换有限元方法计算量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n对小孔节流盘状静压止推气体轴承静态性能的影响。对承载力特性影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对流量和静刚度特性影响较大的参数是量纲一的供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。按照优先考虑静刚度指标和兼顾流量、承载力指标的设计原则,从分析中得到了一般情况下该类轴承主要几何参数的推荐取值范围。