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。

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 .

空气静压多孔质止推轴承多孔质圆板的变形

在获取空气静压多孔质轴承的静态性能的过程中 ,有很多问题需要慎重考虑 ,其中包括惯性效应、速度滑移、多孔质渗透率的变化、多孔质表面粗糙度以及多孔质平板的变形。给出了止推轴承中多孔质平板的变形原理以及相应的粘结剂的弹性变形 ,同时给出了测量多孔质平板变形的方法和相应迭代方法的原理。

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.

气体静压多孔质止推轴承静态特性的理论发展

多孔质材料被用来作空气静压轴承的节流器在过去已经广为报道了。多孔质材料节流器比传统的节流器具有一些显著的优点，如设计和制造简单、很高的承载能力和刚度、更优越的阻尼特性以及低成本。甚至更加复杂的几何结构如球轴承、空气静压丝杠也能够很容易获得。到目前为止，止推轴承尤其是圆板状的止推轴承是进行理论分析的最简单的几何模型，同时也是报道最多的。本文首先介绍多孔质空气静压轴承的理论，接着着重介绍多孔质止推轴承的理论发展。最后，作者讨论了关于多孔质介质的进一步研究的方向。

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%。

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。

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。

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。

空气静压止推轴承静态性能测试装置设计

根据空气静压止推轴承静态性能测试要求,设计了一套基于气体静压轴承负载自动平衡原理的测试装置,实现了对空气静压止推轴承承载力、不同负载下气膜厚度以及气膜间隙内压力分布的测量。实验结果与理论分析结果取得较好的一致性,说明本套实验装置的设计是合理的。

空气静压止推轴承性能的数值分析

采用有限差分法 ,对柱坐标系下带均压槽的圆形空气静压止推轴承的压力场进行了二维数值仿真 .并根据流量平衡原理 ,计算出给定气膜间隙下的出口压力值、承载力和流量值 .最终得到空气静压止推轴承的性能曲线 .结果表明 。

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。

空气静压止推轴承环面节流孔出口流场数值分析

通过计算流体力学方法对小气膜间隙下环面节流孔出口处气旋大小和压力值与气膜间隙的关系进行数值分析,研究气膜间隙内的压力分布状态,仿真结果表明:节流孔出口处压力最小值位于节流孔边缘靠外一点;气膜间隙内压力值随着半径的增加,先陡降再迅速回升,最后呈线性下降;在节流孔出口处气膜间隙上、下表面出现压力差,气膜间隙越小,上、下表面压力值趋于一致处距节流孔中心距离越近;节流孔出口处气旋大小和气膜间隙内工作面压力降幅与气膜间隙成正比。

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。

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。

高速空气静压止推轴承建模与分析

空气轴承由于其低摩擦特性可以实现较高的转速和精度,故广泛应用于航空、医疗和精密加工等场合。本文通过对应用于高速高精度PCB钻削电主轴之中的空气静压止推轴承的结构设计和分析,利用FLUENT软件对轴承气膜的动静态性能及轴承结构设计的合理性进行分析验证。通过对气浮模型进行建模分析,建立计算模型并编制用于计算空气静压轴承的Matlab GUI软件,同时通过通用软件对气体轴承参数的影响进行分析,得到轴承性能随节流孔直径、气膜厚度、供气气压的变化规律。

空气静压止推轴承动态性能试验台

针对空气静压止推轴承动态性能的研究需求,研制了一种可以测量一定外部扰动情况下的轴承气膜间隙变化量及对应扰动变化量之间关系的试验台,阐述了试验台的机械结构、测试系统以及工作原理。测试结果表明:该试验台很好表征了不同的外部扰动频率下气膜间隙的变化趋势,运行平稳,可靠性高,能够满足空气静压止推轴承动态性能的研究需求。

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。

抛光机用空气静压轴承静态特性研究

空气静压主轴是抛光机的核心基础部件,为实现金刚石刀具抛光机用空气静压主轴刚度、承载力等静态性能的提升,基于抛光过程中主轴的实际受力状态,采用数值模拟与实验验证的方式,对静压主轴的静态特性进行研究,研制了用于抛光机的空气静压主轴,并开展了轴承的静态性能测试实验,完成了静压轴承数值模拟结果的实验验证。实验结果表明,实验测试与数值求解结果具有一致性,两者误差在10%以内。设计的的空气静压轴承止推刚度与径向刚度分别为333 N/μm和120 N/μm,承载力分别为2024 N和704 N,为保证抛光加工质量提供了良好的条件。

空气静压止推轴承球头支承对坐标测量机重复性及示值误差的影响

本文概述了坐标测量机中的空气静压轴承球头支承是影响空气静压轴承与气浮导轨具有恒定气浮间隙的重要因素,同时对于保证测量机动态定位精度也起着至关重要的作用。