基于FLUENT仿真的静压气浮轴承的研究

静压气浮轴承的气膜厚度非常薄,与轴承直径之间相差几个数量级,给气体轴承FLUENT仿真带来了困难。通过对气体轴承建模,并根据对称性原理,采用了"半模型"仿真法;又借助FLUENT命令流功能,提出了命令流建模仿真方法。借用以上方法,仿真了静压气体轴承承载力与平均半径间隙的关系,不但简单快捷,还提高了结果的准确性。得出结论:存在最佳的平均半径间隙使静压径向轴承承载力最大,这个值随着轴承其他参数的不同而不同。

用于微型涡轮机的节流孔式静压气浮轴承实验

对用于厘米级微型涡轮发动机的径向静压气浮轴承展开了实验研究,分析了长径比、节流孔径、气膜间隙及供气压力等对承载力、刚度和耗气量的影响.提出了这些设计参数的优选方法,并结合直径11 cm的某微型喷气发动机,给出了与之匹配的径向静压气浮轴承设计方案:工作面直径15 mm、长度17.5 mm、节流孔径0.35 mm、气膜间隙25μm.此方案在供气绝对压力2.5 kPa时,双轴承支撑能力为13.72 N,耗气量小于1.0 g/s,有效地满足了微型涡轮发动机要求.

6自由度模拟卫星静压气浮轴承数值计算方法

针对失重模拟实验中常用的两种静压气浮轴承,推导了保角变换下的气孔直径公式和流量及承载能力公式,研究了有限元建模及求解方法,并给出了具体实例以进行验证.基于平面和球面的静压气浮轴承设计了一种6自由度模拟卫星.试验结果表明,两种静压气浮轴承都满足了总体的技术指标要求.

十字均压槽对平面静压气浮轴承动态性能的影响研究

为解决平面静压气浮轴承受外界周期性扰动而振动的问题,将线性摄动法技术和流量连续性边界应用到频域内振动分析模型中,开展了气膜内压强对振动的响应分析。建立了气膜压强稳态、振动实部和振动虚部之间的耦合关系,提出了压强扰动项虚部和实部分离方法,在频域内轴承刚度和阻尼系数变化上对十字均压槽的作用进行了评价,进行了不同气膜厚度条件下轴承刚度和阻尼系数的数值模拟。研究结果表明:十字均压槽对频域内动态刚度和阻尼系数的影响受气膜厚度(h)影响,当6μm <h <7. 5μm时,十字均压槽既增大了轴承刚度,又提高了轴承稳定性;当9. 7μm <h <16μm时,尽管十字均压槽提高了轴承的刚度,但降低了轴承稳定性。

平面静压真空气浮轴承二维分析理论及其实验研究

针对真空平面静压气浮轴承性能分析的二维问题,对带有均压槽的真空平面静压气浮轴承的供气量、气膜厚度和刚度进行了数值分析和实验研究,提出了一种适用于粘性流、过渡流和分子流的二维分析模型。首先,根据真空流导理论,推导出了气膜内气体在三种流动状态下各自的控制方程,建立了真空气浮轴承承载区域二维分析模型;其次,针对带有均压槽的真空气浮轴承,在不同供气压强条件下,对不同测点的压强值进行了试验研究,获得了气浮轴承的流量,并通过流量的对比验证了该模型的准确性;最后,采用数值模型,分析了实验过程中的气膜厚度和轴承的刚度。研究结果表明:当轴承承载力不变时,随着供气压强增大,轴承刚度呈现先增后减的特点。

节流孔分布对矩形止推气浮静压轴承承载力的影响

为了分析矩形止推气浮静压轴承的承载性能,研究节流孔分布结构对轴承承载性能的影响,通过SolidWorks三维建模软件建立了气浮轴承的流场模型。通过FLUENT软件对气浮轴承的流场模型进行仿真分析,求解得到了不同节流孔分布结构的轴承气膜压力分布及其承载力。分析结果表明,在节流孔个数相同的情况下,当分布结构由多组沿圆周方向均匀分布的节流孔组成时,气膜间隙中间的压力更高,气浮轴承的承载力也更大;说明对节流孔分布结构进行优化设计能提高气浮轴承的承载力。

扭矩标准机新型杠杆支承系统设计

扭矩标准机是扭矩量值传递的标准仪器,主要用来校准高精度的扭矩传感器,其复现量值的不确定度是应用效果的重要保证。目前,国内外扭矩标准机的力臂杠杆部位大多采用刀口刀承支承方式或小孔节流原理整体式气体轴承支承方式,通过分析这两种支承结构的局限性,改进设计了一种新型杠杆支承系统,采用组合式静压气体轴承支承杠杆,有效控制摩擦力矩的同时还降低了实现难度和故障率,进而实现了整机性能的提升。同时,本组合结构还可将力臂杠杆改进为单梁双臂对称式框架结构,从而在降低杠杆加工装配难度的基础上使力臂杠杆的测量准确度得到有效保证。本文基于Fluent软件对多孔质静压气浮轴承进行流体仿真,研究供气压力、多孔质材料渗透率、轴承体厚度对其静态性能的影响,对轴承的选型提供理论依据和数据支持。

超精密气浮工件台误差建模

为了研究多种作用因素在高加速、大行程条件下对超精密微动台静态精度的影响,利用刚体运动学,通过综合工件台中的线性位置误差与角位置误差,建立了超精密气浮工件台的静态误差解析模型。利用该模型,结合有限元等方法定量分析了超精密气浮工件台中加速度、制造误差、结构柔性及气浮轴承刚度等普遍存在的误差因素同时作用时对系统最终精度的影响。通过分析,证明在高加速、大行程条件下,气浮轴承的角刚度不足是造成静态误差的主要因素。