A Study on the Dynamic Characteristics of the Damping Capillary Type Spherical Hydrostatic Bearing

The dynamic mathematical model of the damping capillary type spherical hydrostatic bearing is established firstly,then the dynamic characteristics of the hydrostatic bearing are analysized in detail.By means of theoretical reasoning,a design guide that relates to J0,the static stiffness of the hydrostatic bearing,is put forward to guarantee that the hydrostatic bearing possesses the excellent dynamic characteristics.At last,the effect of the structural parameters on J0 is studied.

Dynamic coefficients and stability analysis of a water-lubricated hydrostatic bearing by solving the uncoupled Reynolds equation

This paper concerns the dynamic characteristics of incompressible laminar flow hydrostatic bearings. An improved method based on the mathematical perturbation technique for calculating the stiffness and damping coefficients of hydrostatic bearings is presented;it raises the calculation efficiency by uncoupling the recess flow continuity equations from the solving of the Reynolds equation. The dynamic coefficients of a water-lubricated four-recess hydrostatic bearing are calculated with both the improved method and the conventional method. The comparisons between these two methods validate the effectiveness and correctness of the improved method. Furthermore, the dynamic response and stability characteristics of a rotor supported by the hydrostatic bearing are calculated and compared with experimental results. First, the dynamic responses calculated with the linear and nonlinear bearing dynamic coefficients models show that the linear model is inaccurate if the rotor whirls in a large eccentricity ratio range, owing to the nonlinearity of stiffness and damping. Second, according to the numerical and experimental results, the nonlinearity of bearing stiffness and damping coefficients could induce double rotational frequency component in the unbalance response frequency spectrum. Finally, the numerical results indicate that the stability threshold speed of the bearing increases with eccentricity ratio. The improved method proposed can be used to evaluate the dynamic performance of hydrostatic bearings efficiently, and the bearing characteristics presented could contribute to a better understanding of the performance of waterlubricated hydrostatic bearings.

回油槽结构对高速插齿机静压主轴性能影响研究

为提高数控高速插齿机静压主轴工作性能,以摩擦学和流体力学理论为基础,通过理论分析、数值模拟,探究了不同工况条件下有、无回油槽对静压主轴性能的影响规律。首先,建立了有、无回油槽油膜流体仿真模型和流固耦合模型,基于实际工况参数进行了仿真计算,探究了有、无回油槽对油膜承载力、刚度、剪切力和轴套最大变形量的影响规律;然后,利用瞬态计算,分析了在10次冲程运动内有、无回油槽结构对静压主轴油膜黏性生热现象的影响,探究了相同工况下不同回油槽形状对油膜承载力与刚度的影响;最后,搭建了静压导轨实验平台,通过实验数据证明了有限元仿真模型的有效性。研究结果表明:添加回油槽结构可以使油膜承载力和刚度提升约1.5倍,可小幅降低油膜黏性阻力,并使油膜平均温度保持稳定;在低偏心率时,无回油槽轴套相对有回油槽轴套变形量最大相差40%,高偏心率时则相反;偏心率较低时,回油槽形状对油膜刚度影响相对较大。该研究可为高速插齿机静压主轴结构参数优化和工程应用提供参考。

双向均压槽节流静压气体轴承静态特性分析

为进一步优化径向静压气体轴承的静态性能,提出在传统小孔节流的基础上配合开设轴向和周向均压槽的复合节流式静压气体径向轴承。利用Fluent软件对比分析传统孔式节流与不同形式复合节流静压气体轴承的静态特性,探究均压槽截面形状及供气压力对轴承静态特性的影响规律;利用正交试验探究节流器各结构参数对承载特性的影响。结果表明:复合节流式静压气体轴承在一定程度上提升了轴承的静态性能,其中均压槽以“口”字形布置以及截面形状为矩形时效果最优;供气压力的增大也可提升轴承静态特性;节流孔直径和均压槽深度对轴承静态特性的影响要大于节流孔深度和均压槽宽度,节流孔直径以及均压槽深度的增大均使得承载力与刚度呈现出先增大后减小的趋势。

基于COMSOL的气浮轴承动态刚度分析

针对气浮轴承的性能分析对于气浮轴承的高效及可靠应用有着重要的作用,COMSOL软件可以轻松完成气浮轴承的静压薄膜、负载计算,然而通过仿真分析动态刚度来确定空气轴承的稳定性却非常困难。文章阐述COMSOL完成气浮轴承频域分析的具体过程,通过对频域扰动分析参数的调整,并通过对气浮轴承的仿真计算验证该分析方法,结果证明:该分析方法适用于各种气浮轴承的设计分析,包括多物理场分析。

基于正交试验小孔节流液体静压轴承优化分析

以内圆磨床小孔节流液体静压轴承为研究对象,将SOLIDWORKS建立的油膜三维模型导入ICEM中进行网格划分和边界条件命名,利用流体仿真软件FLUENT仿真分析,运用正交试验法设计试验方案分析轴承主要参数对轴承性能的影响及各参数对轴承性能影响的主次顺序。结果表明:影响液体静压轴承承载力和刚度的因素主要包括平均间隙、节流孔直径、节流孔到轴端面距离、单排节流孔数目、偏心率、供油压力、润滑油动力粘度等;轴承的主要参数对液体静压轴承承载力和刚度的敏感性差异很大;同时以承载力最大为优化准则得到优化后轴承模型参数,其承载力提升了113.99%,同时刚度也提升了98.85%。

缝隙节流液体静压轴承油膜刚度系数的研究

油膜刚度系数是液体静压轴承的关键性能参数之一。针对缝隙节流液体静压轴承,推导了其油膜承载力的解析表达式,并在此基础上进一步推导了油膜刚度系数的解析表达式。相比于传统经验公式,采用该表达式的计算结果与实验结果更吻合。通过分析应用案例可知:油膜承载力与节流参数、主轴离心率均呈正相关关系;油膜正向刚度系数随着离心率的增大而减小,油膜交叉刚度系数随着离心率的增大而增大,并且正向刚度系数明显大于交叉刚度系数。利用该轴承油膜刚度系数的表达式,可以通过测量轴承运行过程中的轴心位置,实时得到轴承油膜刚度系数,从而对缝隙节流液体静压轴承的运行进行有效监控。

液体静压主轴油膜滑移现象的分析及试验研究

针对液体静压主轴运动过程中动态特性问题,研究微尺度下油膜滑移对轴承承载力,刚度及动态刚度的影响。把微尺度下发生的速度滑移引入到油膜性能方程中,结合液体静压主轴系统平衡方程推导出了主轴系统承载力、刚度及动态刚度表达式,研究了油膜初期主轴静动态性能及油膜动刚度特性。从仿真结果中得到油膜滑移的发生使得承载力及刚度增大,最大刚度对应油膜厚度减小。最后刚度检测试验间接得出了实际主轴系统油膜流动过程中,存在油膜微滑移现象。本项研究为液体静压主轴微尺度下油膜滑移现象及性能的研究探索了一条新途径。

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明:增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。

精密数控车床静压导轨性能仿真研究

静压导轨的静态性能会直接影响精密机床的精度,需要在设计阶段考虑各个设计参数对其静态性能的影响,以保证设计符合要求。根据流体力学以及闭式静压导轨的受力特点推导出油腔内部的压力计算公式;结合节流器特征方程建立承载能力与刚度分析方程,得到简化模型;利用Matlab仿真分析导轨及节流器设计参数对静压导轨静态性能的影响,得到各设计参数的最优取值。

润滑油黏度对液体静压导轨性能的影响

为了提高液体静压导轨的性能,采用5种牌号润滑油,定量分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。首先,根据现场工况确定了导轨系统的初始设计参数,计算了不同温度、不同牌号润滑油的动力黏度;接着,基于导轨的力平衡方程及流量方程,建立了导轨系统总功率损失、静态性能、动态性能的线性化数学模型,以总功率损失、承载能力、静刚度、固有频率、调整时间和动刚度作为导轨系统的性能指标;最后,利用MATLAB软件分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。研究表明:增大润滑油牌号(VG22→VG100),降低工作温度(60℃→10℃),润滑油黏度增大,导轨系统总功率损失由507.58W(VG22,60℃)降低至33.93W(VG100,10℃),承载能力、静刚度、固有频率恒定不变,调整时间由29.84μs(VG22,60℃)缩短至0.46μs(VG100,10℃),动刚度由173kN/μm(VG22,60℃)增大至10 369kN/μm(VG100,10℃)。因此,增大润滑油的动力黏度,能降低导轨系统的功率损失,静态性能不受其影响,动态性能大大提高。

基于ANSYS-FLUENT的高精密液体静压径向轴承动静态特性研究

以液体静压轴承为支撑的电主轴是高精密数控机床的一个最为关键的组成部件。静压轴承润滑油膜的压力分布、刚度和温度场的分布直接影响数控机床的加工精度。基于液体静压技术理论,对轴承的流量、静压腔压力和刚度进行数值计算。基于ANSYS-FLUENT联合仿真平台,以液体静压径向轴承的润滑油膜为研究对象,对其压力场、流场和温度场分布等进行了静态和瞬态的研究,仿真结果与数值计算结果取得了很好的一致性。分析表明,静压腔内的润滑油的压力和温度分布不会因为主轴的转速变化而发生明显的变化,而周向封油边和轴向封油边是压力和温度变化的敏感位置。

液体静压支承动态性能新表达式探索与实验验证

液体静压支承具有很多优良性能 :高运动精度 ,低摩擦功耗 ,小轴心偏移 ,大承载能力 ,强抗振性能与长使用寿命等 ,但这些优良的静态性能必须在上佳的动态性能保证下才能充分显示出来 ,因此 ,液体静压支承静态性能保证机床运动与加工精度 ,而动态性能则保证设备的安全与工作条件。文章根据力平衡与流量连续条件建立支承系统传递函数 ,导出支承系统动态性能新表达式即稳定性判别、抗瞬态干扰能力、固有频率与在稳态周期干扰力作用下产生的动刚度与最大振幅。通过试验台实验证实 ,液体静压支承动态性能新表达式计算结果可靠而且物理概念清晰 ,公式简单 。

恒流环形腔多油垫静压推力轴承油膜刚度特性

油膜刚度影响静压推力轴承振动幅值和承载能力,严重时将导致静压推力轴承摩擦副接触失效,影响立式数控装备的加工精度和运行稳定性。为了避免此现象发生,本文根据润滑理论和摩擦学原理对恒流环形腔多油垫静压推力轴承油膜刚度进行研究,分析润滑油粘度、工作台旋转速度和承载重量等因素对油膜刚度的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:润滑油粘度对油膜刚度有一定的影响,考虑粘度变化时油膜刚度大,计算结果相对精确。空载和承载工况条件下,随着旋转工作台转速增加,间隙油膜变薄,油膜刚度变大。相同旋转速度条件下,承载时油膜厚度小于空载时油膜厚度,承载时油膜刚度大于空载时油膜刚度。理论计算结果与实验值吻合较好,所得结论可为静压推力轴承油膜厚度控制系统设计提供理论依据,提高立式数控加工装备运行稳定性。

带轴向微通槽静压气体轴承承载特性研究

以开设轴向微通槽的径向静压气体轴承为研究对象,通过Fluent软件对轴承的承载力和刚度进行仿真分析;针对矩形、三角形和椭圆形3种截面微通槽,分析气膜厚度对轴承的承载力和刚度的影响,得出微通槽的最佳截面形状设置;针对最佳截面形状的微通槽,分析不同槽宽和槽深对承载力的影响。研究发现:轴向微通槽可以明显提高径向静压气体轴承的承载力和刚度,偏心率越大,提升效果越明显;气膜厚度较小时,矩形微通槽气体轴承的承载能力和刚度最佳,且气膜厚度越小,微通槽形状的影响越大;气膜厚度较大时,3种微通槽轴承的承载力及刚度相近;承载力随微通槽槽宽和槽深的增大而先升高后趋于稳定。

RBF神经网络在恒流静压轴承静刚度预测中的应用

通过对数控转台SKZT3500用恒流静压轴承进行特性分析,借助软件MATLAB7.1中神经网络工具箱,将RBF神经网络的理论和算法应用到恒流静压轴承静刚度预测中。经过对物理样机进行相关试验,把测量获得的样本数据用于对RBF神经网络进行训练和测试。结果表明,RBF神经网络能够较准确地预测恒流静压轴承的静刚度。

直线共轭内啮合齿轮泵中内齿圈静压支承油膜的性能分析

采用间隙密封的直线共轭内啮合齿轮泵的内齿圈在油液压力和齿轮啮合力的作用下,其外壁对泵体内壁产生较大的压力,基于该问题首先对内齿圈进行了受力分析,其次在泵体内壁开设由矩形槽和V形槽构成的复合静压支承槽,并利用油膜静压支承原理减小内齿圈与泵体内壁直接接触所造成的磨损,最后建立了内齿圈静压支承油膜的承载力与承载刚度的数学模型,这将对进一步研究直线共轭内啮合齿轮泵提供一定的理论依据。

轴向柱塞泵静压支承球铰副刚度特性的研究

大量的研究表明,柱塞与滑靴之间的球铰副摩擦力很大程度上影响着轴向柱塞泵的性能及寿命。本文提出了一种基于静压支承的球铰副的设计原理,并对该摩擦副油膜刚度特性进行了分析,为高速高压轴向柱塞泵的设计提供了一定的理论依据。

液体静压支承动态性能表达式与应用

液体静压支承具有许多优良性能 :高运动精度 ,低摩擦功耗 ,小轴芯偏移 ,大承载能力 ,强抗震能力与长使用寿命等。但这些好的静态性能必须在优良的支承系统动态性能条件下才能充分显示出来。因此支承静态性能保证运动精度而动态性能保证工作条件。根据力学平衡与流量连续条件建立支承系统传递函数 ,导出支承系统动态性能表达式即系统稳定性、动刚度、固有频率、最大振幅与系统抗瞬态干扰能力的新表达式。通过实验验证 ,新动态性能表达式计算结果可靠 ,而且物理概念清晰 ,故可用于实际工作。

超导磁液推力轴承的结构设计及性能分析

为提高大型飞轮储能系统的效率和稳定性,设计了一种超导磁力与静压流体力相复合、由16块超导瓦和8块带小孔节流器的静压瓦组成的推力轴承。首先基于超导体局域模型和静压流体方程建立分析模型,然后采用解耦的方法分析复合轴承的刚度等性能指标,对复合轴承进行优化。结果表明复合轴承既可以保证稳定悬浮,又能保持较大的刚度,其功率损耗也在可接受范围内。