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。

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。

多孔质石墨气体静压止推轴承静态性能分析

应用基于有限体积法的Fluent软件进行数值仿真实验,分析了多孔介质的渗透系数、厚度、直径以及气源的供气压力等因素对全多孔质气体静压轴承静态性能的影响,得出相应的关系曲线。自行设计了实验平台,实测获得了多孔质石墨气体静压止推轴承的载荷、刚度、流量等静态特性曲线。数值计算结果与实验结果具有很好的一致性,验证了该数值计算方法的可行性。结果还表明,当多孔介质渗透系数为7.95×10-15 m2,厚度为10mm,直径为45mm,且气膜间隙为3～5μm时,全多孔质石墨气体静压止推轴承静态刚度超过70N/μm。

局部多孔质气体静压圆盘止推轴承压力分布的有限元计算

直接在Cartesian Coord inates中对气体静压圆盘止推轴承的Reynolds气体润滑方程进行有限元计算,针对局部多孔质直径大小的不同,采用两种不同的网格划分方法,并通过M atlab编程实现了网格的自动细分,在此基础上,通过利用Galerk in加权残差原理对气膜内压力分布进行了求解。分析表明,网格的自动细分减少了网格划分的时间,便于获得合适的网格数量,使轴承压力分布的计算得到进一步简化。

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。

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。

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 .

多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性

为了研究多孔质石墨静压气体推力轴承的静态特性,建立了相对应的理论计算模型.基于该模型分析了多孔质石墨密度、表面限制层、供气压力以及气体质量流量等因素对多孔质石墨静压气体推力轴承静态特性的影响.理论计算结果表明,轴承承载力与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;气体质量流量与石墨密度成负相关、与供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大;轴承的刚度与石墨密度、供气压力成正相关,并在有表面限制层时较大.进一步设计实验台,绘制出多孔质石墨静压气体推力轴承的气膜厚度与承载力的静态特性曲线图.对比发现,实验结果与理论结果吻合较好,从而验证了数值计算方法的可靠性.

基于MEA-BP神经网络的多孔质轴承参数优化

为了提高圆盘类多孔质静压止推轴承的静态特性,采用思维进化算法(MEA)优化反向传播(BP)神经网络,创建圆盘类多孔质静压止推轴承静态特性的预测模型,完成轴承静态承载力、静刚度以及耗气量的高精度预测,其预测误差分别低于2%、5%以及5%。基于此模型,以最大化静态承载力和静刚度、最小化耗气量为优化目标值,采用遗传算法对轴承的多孔质参数组合进行多目标优化,实现轴承参数的快速优化设计。优化结果表明:此轴承静态承载力提高了64.53%,静刚度提高了31.93%,耗气量降低了56.52%。

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。

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。

真空预载型多孔质气体止推轴承静态特性研究

为了提高孔质静压气体轴承的刚度,将负压腔引入多孔质静压气体止推轴承的设计中,运用有限元方法对真空预载型多孔质静压气体止推轴承进行数值分析,分析负压腔真空度、负压腔面积比S_a/S(负压腔横截面积与轴承横截面积比值)、多孔材料渗透率、供气压力等因素对轴承静态特性的影响。分析结果显示:负压腔中真空度的变化对轴承的刚度几乎没有影响;真空度的增大,改变了气膜的压力分布造成轴承承载能力在一定程度上的下降;在气膜间隙5～12μm之间,真空腔的引入使气膜刚度明显增加;当S_a/S≠0,气膜间隙8～10μm时,S_a/S值的变化对轴承承载能力的影响较刚度更大;在一定承载能力下,轴承刚度随负压腔面积比增大而增大,而气膜厚度随之逐渐减小。试制真空吸附型多孔质静压气体止推轴承,并对其承载能力、刚度进行试验,实验值和理论值有较好的一致性。

基于FLUENT的静压气体轴承节流孔系数研究

在通过求雷诺方程来研究静压气体轴承的特性时,通常假设节流孔系数为常数0.8,这可能会影响雷诺方程求解的精度。结合FLUENT软件和雷诺方程提出一种静压气体轴承节流孔系数的求解方法,该方法通过对比FLUENT和雷诺方程计算得到的质量流量求解节流孔系数;分析气膜厚度、供气压力、节流孔直径等参数对节流孔系数的影响。结果表明:节流孔系数随着膜厚的增加先增大后减少,随着供气压力的增大而减少,随着节流孔直径的增大而增大,但节流孔系数对轴承半径和节流孔长度的变化并不敏感。采用该节流孔系数求解雷诺方程得到的轴承承载力,与FLUENT计算得到的承载力结果基本一致,验证了该方法的正确性与可行性。

多孔质气体止推轴承跨缝过程时变特性研究

针对某大型超平气浮支撑平台上卫星模拟器所使用的多孔质气体止推轴承,在跨越气浮平台的拼缝过程中存在的运动卡滞和自激振动问题,建立多孔质轴承气体润滑理论模型,考察气体轴承的稳态特性;使用有限元法分析多孔质气体轴承通过拼缝时的动态时变特性,并分析压力分布、承载能力、倾覆力矩的变化。结果表明:平台拼缝间隙的存在对多孔质气体止推轴承压力分布造成了较大的影响,导致跨缝过程中其承载能力大幅降低,从而造成轴承表面划伤,因此在轴承的设计选用中应留有较多的承载余量;多孔质气体止推轴承在跨峰过程中,在其运动方向上存在呈正弦波动的倾覆力矩,但对其正常使用不会造成影响。

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 。

局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解

运用数值方法分析局部多孔质节流气体静压轴向轴承的静态性能,分别建立局部多孔质圆柱塞内的压力分布方程和气体薄膜内的压力分布方程,利用坐标变换将局部多孔质圆柱塞的圆柱坐标与气体薄膜的圆柱坐标转换到同一笛卡儿坐标系,为有限元离散奠定基础.经过有限元推导,求得局部多孔质气体静压轴向轴承的承载能力与静态刚度,并对局部多孔质节流进行试验以验证理论模型的正确性.另外,对局部多孔质节流气体静压轴向轴承和小孔节流气体静压轴向轴承进行对比试验.结果表明:局部多孔质节流和小孔节流静压轴承的承载能力随着气膜厚度的减小而增加;静态刚度随着气膜厚度的增加先增加后减小;局部多孔质节流比小孔节流具有较高的承载能力和静态刚度.