气体静压球轴承制造工艺

为解决地面模拟空中飞行控制装置的支承问题,试制了气体静压万向球轴承。其加工工艺是利用现成的滚珠轴承的钢球作球体,并以钢球为模具,用玻璃钢做出配套球窝,解决钢球和球窝配合问题,成功加工出气体静压球面轴承。实现了加工成本低、周期短、配合尺寸误差小,工艺简捷可行的目标。

误差对气体静压球轴承静态承载性能的影响分析

针对一种新型闭式结构的小孔节流气体静压球轴承,结合其制造方法,分析了在制造、安装以及工作过程中可能产生的误差,建立了该轴承含误差项的气膜间隙一般表达式,采用Galerkin——有限元方法求解气体润滑雷诺方程,定量分析了各误差对静态承载性能的影响程度。研究结果表明:误差对该结构轴承的静态承载性能的影响与误差的大小及轴承的设计参数取值有关;不同的误差类型对承载性能的影响不同,但均具有一定规律性。得出的结论对于该类轴承的设计制造和性能保障具有重要的指导价值。

多自由度电机中的气体静压球轴承特性分析

针对多自由度电机采用传统关节轴承在三维运动时存在摩擦力高,且易产生机械碰撞的问题,提出了一种利用气体静压球轴承代替传统关节轴承作为支撑的多自由度电机。在对不同气体静压球轴承的特性进行了对比的基础上,选定了多孔气体静压球轴承;建立了气体静压球轴承的数学模型及COMSOL三维仿真模型;通过仿真计算,验证了解析法算法的准确性,并进一步分析了各类参数对轴承的承载能力、耗气量和静态刚度的影响。研究结果表明:节流孔数目、包角角度及供气压力,对气体静压球轴承性能都有直接影响,其节流孔最优分布角度为32°;该结果为气体静压球轴承的设计以及在多自由度电机中的应用提供了参考。

小孔节流气体静压球轴承动静压混合润滑承载性能分析

针对一种小孔节流多孔供气闭式结构的高速静压球轴承,采用有限元方法,分析了动静压混合润滑承载性能,得到气膜上的压力分布规律。在此基础上,求解并分析了转子旋转速度以及轴承设计气膜间隙、供气压力等对径向和轴向承载能力、刚度、润滑姿态角的影响规律,并比较了动静压混合润滑和纯静压润滑的不同。

新型环面节流静压气体球轴承压力分布的有限元计算

环面节流多孔闭式球轴承具有整体球窝,是静压气体球轴承的一种新结构形式.通过引入流场驻点附近的无穷小邻域,使得处理该轴承在球面坐标系中球窝中心点保角变换不存在这一数学难题成为可能,并给出了用伽辽金加权余量法进行有限元离散时边界条件的数学描述.计算结果表明,尽管边界条件不同,"比例分割算法"对闭式气体球轴承气膜压力场的求解仍然有效,只是迭代时间稍长.环面节流多孔闭式球轴承在气膜中心区域存在流动滞止区,滞止区压力基本相等且高于远离供气孔的其它气膜区域的压力.

环面节流静压气体球轴承承载力特性的实验研究

为研究环面节流闭式静压气体球轴承的承载力特性,设计了试验轴承及测试装置,介绍了轴承加工工艺及其制造精度的检测结果,完成了轴承承载力特性的实验研究.实验结果验证了所采用的理论计算方法具有良好的工程计算精度.

新型环面节流静压气体球轴承压力分布的实验研究

设计了新型环面节流闭式静压气体球轴承及其测试装置,特别是球窝上测压孔的分布位置,介绍了轴承加工工艺及其制造精度的检测结果,以及压力分布测试系统的工作原理,研究了气膜压力分布规律.结果表明,实验结果验证了理论分析方法的正确性.由于研磨工艺的限制使得试验球窝呈喇叭口状,造成球窝边缘的实测压力小于理论计算压力值.轴承的制造误差、模型误差以及计算误差是主要的误差来源,在开发新型结构静压气体球轴承的过程中,轴承的制造工艺以及零件的检测技术非常重要.

小孔节流静压气体球轴承的结构参数设计

采用工程计算方法研究了按静刚度最大准则设计小孔节流静压气体球轴承几何参数的基本过程,详细讨论了球轴承的几何参数变化对轴承承载力特性、静刚度特性及流量特性的影响.给出了三个主要几何参数即球窝外包角、供气孔直径和供气孔数的合理取值范围.

新型环面节流静压气体球轴承动特性分析

通过引入无穷小半径的概念 ,解决了具有整体球窝面的环面节流静压气体球轴承球窝中心点保角变换不存在的数学困难。借助小参数摄动和伽辽金有限元法 ,给出了求解球面坐标系下二维非定常雷诺气体润滑方程的一种近似解法 ,从而建立起分析该结构球轴承铅垂方向上动态特性的一类理论方法。分析结果证明了新型环面节流气体球轴承具有充分、完全的稳定性能。在结构参数不变的情况下 ,轴承的动态特性随供气压力、气膜间隙高度以及摄动频率的变化而变化。

环面节流静压气体球轴承的相似准则

从静压气体润滑基本控制方程组的无量纲化着手,在详细分析静压气体轴承的耦合边界条件及非定常雷诺气体润滑方程特性的基础上,对Constantinescu给出的动压气体轴承相似准则进行补充,得到环面节流静压气体球轴承定常气体润滑膜及非定常气体润滑膜的相似准则.数值实验的结果表明:数值计算结果与相似理论分析结论完全一致;当其它参数不变时,不同球半径的2个球轴承的气膜流场相似;球半径改变对轴承动静态性能的影响可以利用相似理论进行分析.

静压气体球轴承支承球形转子的干扰力矩分析

中心小孔供气单向受载球面气体轴承可以用于球形转子的静平衡测量。对作用于转子上的干扰力矩进行估算是平衡装置设计的重要部分。本文在一定假设条件下推导了由粘性剪切应力和气膜支撑力引起的作用于转子上的干扰力矩。干扰力矩以轴承包角、中心气室张角、气膜压力、转子转速、转子旋转轴位置、失中度、转子非球度表示。以干扰力矩最小为准则分析了这些参数的影响,结论有助于静平衡装置的优化设计以及对精度的进一步分析。

静压气体球轴承动态特性的实验研究

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型。计算结果表明，轴承气膜频响函数的幅相频率特性随轴承工作点和摄动频率的变化而变化，表明气膜系统是一个强非线性系统。介绍了动特性实验装置的工作原理及系统固有模态对测试结果的影响。测试结果表明，在22-400Hz的频段内，当气膜高度不大于70μm时，采用作者提出的静压气体球轴承频响函数计算方法，可以准确地计算出气膜位移-动态力频响函数的幅频特性。实验装置尚不具备相频特性的测试条件，有待于将来的进一步改进。

小孔节流方式对静压气体球轴承工作特性的影响

介绍了静压气体球轴承的结构形式和工作原理;给出了静压气体球轴承工作特性的工程计算方法;研究了在轴承几何参数相同的情况下,不同的小孔节流方式对静压气体球轴承工作特性的影响,并建立模型,通过Fluent软件对轴承的承载能力进行了仿真分析。结果表明:在设计参数相同的情况下,静压气体球轴承在环形孔式节流方式下的静刚度特性较好,但在简单孔式节流方式下有更好的承载和流量特性。

小孔节流静压气体球轴承自激振动现象的研究

分析了单供气孔小孔节流静压气体球轴承在不同供气压力下的动态刚度和阻尼特性,及轴承发生自激振动的频率范围。结果表明,承载质量-气膜系统是一个强非线性的振动系统,系统的动态参数随着扰动频率及工作点的变化而变化。从能量传输的角度看,气膜负阻尼可以理解为气膜非定常力对于承载质量在振动一个周期内作正功,使物体振动加剧,最终产生气锤自激振动。

基于静特性分析的环面节流静压气体球轴承参数设计

环面节流多孔闭式球轴承具有整体球窝面,是静压气体球轴承的一种新结构形式。按照优先考虑静刚度指标以及兼顾流量、承载力指标的设计原则,采用保角变换有限元法研究闭式气体球轴承几何参数设计的基本过程,并详细讨论了球窝外包角、供气孔包角、供气孔数和供气孔直径对轴承静特性的影响。结果表明,对轴承承载力特性影响较大的参数是球窝外包角和供气孔数,对流量特性影响较大的参数是供气孔数和供气孔直径,对轴承静刚度特性影响较大的参数是球窝外包角、供气孔包角和供气孔直径。通过分析,给出了闭式气体球轴承几何参数的推荐取值范围。

静压气体径向与半球轴承混合支撑轴系设计及静特性研究

针对精密机床主轴结构采用前后2个静压气体径向轴承时存在的安装精度难以保证,且不能自动调心的问题,设计一种新型气浮主轴结构,该气浮主轴前端支撑采用静压气体半球轴承,后端支撑采用静压气体径向轴承。基于最大承载和刚度原则对静压气体径向和半球轴承进行结构设计与优化;利用Fluent软件对径向轴承与半球轴承分别进行气膜流场特性分析,得到径向轴承和半球轴承在不同偏心率以及不同转速情况下的承载特性。结果表明:径向轴承与球轴承的承载力均随着偏心率以及供气压力的增大而逐渐增大,刚度随着供气压力的增大而增大,随着偏心率的增大逐渐减小。设计的主轴在供气压力为0.5 MPa、偏心率为0.5时,承载力和静刚度均可以满足精密加工的要求。

新型高刚度静压气体球轴承的静态特性

提出了一种新型的气体球轴承结构,其球头尺寸大于球窝尺寸,称为过盈型静压气体球轴承。采用三维有限体积法对此类球轴承的静态特性进行了计算分析,并与传统的间隙型和跑合型静压气体球轴承进行了对比,表明本文提出的过盈型静压气体球轴承在承载力和静态刚度方面均有显著优势。

基于CFD开槽静压气体球轴承轴向承载性能分析

为提高精密机床主轴支撑的承载能力,增强机床的工作性能,以静压气体球轴承为研究对象,通过开设不同形式的纬线槽和经线槽,运用CFD理论对径向和轴向复合偏心下轴承的轴向承载性能进行了研究,并分析了轴承轴向承载力与纬线槽和经线槽几何尺寸的关系。研究发现:纬线槽可实现轴承间隙内的压力均化作用,降低压力下降速度,改善轴向承载性能;经线槽通过压力均化和动压效应,增大气膜流场压力,提高轴承承载力和刚度;轴承的轴向承载力受纬线槽槽宽和经线槽槽深影响较大,一定范围内增大纬线槽槽宽或经线槽槽深可以较快提高轴向承载力。纬线槽和经线槽的开设形式及几何尺寸对静压气体球轴承轴向承载性能的影响研究为气体轴承的重载应用提供参考。

气体静压球面轴承设计理论及其应用

为解决地面模拟空中飞行控制装置的支承问题,试制了气体静压万向球轴承。首先借鉴已比较成熟的气体静压轴颈轴承和气体静压止推轴承的设计方法,根据拓扑理论和力系等效原理将球体转化为等效的圆柱体,对气体静压球轴承进行近似设计。最后应用该设计理论,成功加工出气体静压球面轴承。

气体球轴承气膜频响函数幅频特性测试装置的研制

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型;介绍了频响函数幅频特性测量装置的结构设计、软硬件组成、工作原理以及系统的固有模态对测试结果的影响;指出新颖的激振器平衡式浮动悬挂安装方式能够满足系统的测试要求,对气膜这样的强非线性系统,激振方式必须采用阶梯正弦激振。