静压向心轴承的结构创新设计

为提高矩形油腔静压向心轴承工作时产生的动压效应，设计了一种含矩形油腔、“门形”油腔和“回形”油腔的复合式油腔结构的新型静压向心轴承，该结构轴承在产生足够的静压承载能力的基础上可产生很强的动压效应。经理论分析与实验表明，复合式油腔静压向心轴承的承载能力和油膜刚度较常规使用的矩形油腔静压向心轴承均有大幅度提高。轴承的偏心率可由截流器无级调节。     

油腔结构对液体静压推力轴承承载力的影响北大核心

为说明油腔结构对液体静压推力轴承承载力的影响,选取环形、圆形和扇形3种常见的油腔结构,在油腔面积相同的前提下,通过求解这3种推力轴承的油膜雷诺方程发现环形油腔推力轴承承载力大于其他2种。通过试验对环形油腔推力轴承承载力计算结果进行了验证,当轴承静止时,试验结果与理论结果的一致性良好;当轴承以150 r/min转动时,试验结果与理论结果的误差保持在8%以内,说明了理论分析的正确性。     

新型螺旋油楔动静压滑动轴承的油腔结构研究

针对一种新型的螺旋油楔动静压滑动轴承,研究了油腔螺旋角、油腔深度以及油腔包角等油腔结构对该新型轴承静态性能的影响。结果表明,合适的油腔结构参数可以有效地实现轴承内润滑流体的分流,避免润滑油的重复加热,使轴承在保证一定的承载能力的前提下,降低轴承的摩擦功耗及轴承温升。     

基于Mixture模型的螺旋油楔动静压轴承数值模拟

以轴承流体域为研究对象,建立螺旋油楔动静压滑动轴承三维CFD(计算流体力学)计算模型。在计入润滑介质温黏效应的情况下,采用Mixture模型对新型轴承进行了汽液两相流的数值计算,计算得出了不同油腔螺旋角下轴承油膜的压力、温度及汽相油体积分数的分布情况,并分析了螺旋角与偏心率对轴承承载力、平均温升及汽相比例的影响规律。     

变黏度静压滑动轴承高速时油膜动态润滑特性

静压滑动轴承转台直径大（D=4.5 m）,高转速运行时产生线速度值很大,其内部润滑油膜受压及剪切发热导致油膜变薄进而影响到机床加工精度和运行可靠性。针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜动态润滑特性。建立该静压轴承的流量、承载力、油膜温升等理论模型,自定义用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,选取外载荷12 t,转速为80~200 r/min（线速度18~48 m/s）高速下的工况条件参数进行动态润滑特性数值模拟,并进行相同工况参数下的试验验证,揭示出高速时油膜厚度变化对油膜温度、油腔压力、封油边处流量的影响规律。研究发现,该型号轴承在承载12 t时,随着膜厚的减小,油膜剪切发热严重,温升加剧,且高速下受润滑油黏度变化影响造成压力损失严重,研究数据为工程上静压轴承可靠运行提供理论依据。     

小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性解析研究

小孔节流深浅腔动静压轴承是一种采用小孔节流器实现节流作用及浅腔实现二次节流作用的动静压混合轴承。针对现有理论不能解析研究油腔结构参数及工作参数对承载特性影响规律的不足,以及计算流体力学数值仿真软件计算时周期长,而不便于工程设计人员应用的缺点,基于油腔压强分段线性化的思想,建立分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压强、承载能力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的解析方法。进而以该方法研究动静压轴承的供油压强、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对轴承承载特性的影响规律。研究发现,在其他结构参数及工作参数一定的条件下,浅腔深度为初始油膜厚度的2～3倍时,轴承刚度接近最大、温升接近最低。通过油腔压强的解析值与试验值的比较,证实了该方法的有效性和研究结果的正确性。     

高效精密磨床砂轮主轴深浅腔动静压轴承静特性分析

阐述用于高效精密磨床砂轮主轴的HSDB-R深浅腔动静压轴承的原理;建立基于Navier-Stokes方程的轴承油膜流体力学控制方程,采用基于有限体积法的三维流体力学仿真软件FLUENT分析轴承工作参数和结构参数对轴承承载能力、刚度、温升等性能的影响;对比"一"字和"匡"字2种油腔结构形式对于轴承刚度及温度分布的影响。结果表明:"一"字油腔结构能够提高轴承承载力和刚度,"匡"字油腔结构有助于降低轴承温升。     

球磨机静压轴承静态压力场及流场仿真分析

针对多油腔静压轴承压力油流动的复杂性,使用通用流体有限元软件CFX对油膜进行数值模拟,分析了静态下的油膜压力及流场对静压轴承承载能力的影响.结果显示,圆形主油腔使压力场及流场稳定、均衡;不同的进油速度影响到副油腔压力的大小;通过分析轴瓦出口边缘的流线稳定性,可验证油腔尺寸合适与否.     

高速高压圆弧齿轮泵滑动轴承油膜特性研究

以用于补偿高速高压圆弧齿轮泵不平衡径向力的滑动轴承为研究对象，在对其进行理论建模和分析的基础上，利用计算流体动力学软件Fluent分析相同工况下不同初始油膜厚度、进油口直径、进油口角度、轴向封油边宽度、油腔深度等结构参数对滑动轴承油膜特性的影响，并在此基础上对轴承结构参数进行了优化，最后通过实验进行验证。研究结果表明：初始油膜厚度和进油口角度对轴承温升影响显著，初始油膜厚度或进油口角度的增加使滑动轴承温升明显减小；轴向封油边的增加使轴承承载面增大，轴承承载力和温升也随之增大；进油口直径取1.7 mm和静压槽深度取1 mm时，使轴承温升达到最低；在负载压力15 MPa、转速6000 r/min工况下，与安装未优化滑动轴承的齿轮泵相比，安装优化后滑动轴承的齿轮泵温度降低5℃。     

分布式双向可倾瓦动静压推力轴承的静动特性研究

针对机床主轴对推力轴承的高刚度与高精度要求,用可倾瓦块代替部分静压油垫,提出了一种由可倾瓦块和静压油腔联合承载的分布式双向可倾瓦动静压推力轴承.首先建立了分布式双向可倾瓦动静压轴承的润滑模型,提出了基于平衡点性能合成的轴承静动特性计算方法.针对案例轴承对节流器的结构参数进行了优化,分析了载荷、转速、单边间隙和预负荷系数等因素对轴承性能的影响规律,包括刚度、偏心距和温升等轴承静动特性.结果 表明:在合理的参数条件下,该新型可倾瓦动静压轴承的刚度和精度优于双向静压推力轴承,而可倾瓦动压油膜与油腔静压油膜之间的解耦特征,也有利于通过可倾瓦支点进行轴承性能调控.     

基于小孔节流的静压油膜轴承动态特性分析

静压轴承的动静态特性在很大程度上受到节流装置的影响,以小孔节流的静压轴承为研究对象,开展其动态特性理论的研究。利用两平行平板缝隙液体流量公式推导了轴承油腔流出的流量数学模型,并充分考虑了主轴转子速度对流量的影响因素,使之更符合实际工况;在对小孔节流后流入轴承油腔的流量方程进行线性化处理的基础上,建立了静压轴承系统的流量连续性方程;结合轴承-主轴系统动力学方程,推导出小孔节流的静压轴承系统动态特性的传递函数,分析了小孔节流静压轴承系统的动态特性。结果表明:小孔节流的四油腔静压轴承动态响应速度在0.06~0.12 s范围内变化,增大供油压力、油腔承载面积、主轴转速及减小油膜粘度、油膜间隙等均有助于提高轴承系统的响应速度。研究结果对于指导工程设计具有一定的参考价值。     

不同节流方式的滑动轴承油膜静态性能求解

针对毛细管、小孔、滑阀反馈和薄膜反馈4种节流方式,结合三油腔动静压混合油膜轴承及四油腔静压轴承,建立了轴承油膜静态性能求解的数学模型。从Reynolds方程的离散、间隙函数数学模型的建立、边界条件的确定、连续性方程的建立、不同节流方式的进油流量数学模型的推导、轴承的承载能力及温升等方面分析了轴承油膜静态性能的求解。计算结果表明:采用毛细管和小孔节流轴承的承载能力和油膜刚度较低;而采用滑阀反馈和薄膜反馈节流轴承具有较高的油膜刚度和承载能力。     

变黏度液体静压轴承的温升特性研究

采用广泛使用的有限元法难以探究温升的影响对液体静压轴承动态特性的影响,为此,提出了一种基于有限差分法的变黏度液体静压轴承动态润滑仿真算法,对变黏度液体静压轴承的温升特性进行了研究。首先,改进了油腔的热力学边界条件,以拓宽其适用范围,使其适用于油腔尺寸较大的液体静压轴承;然后,基于有限差分法处理了Reynolds方程、流量连续方程、能量方程以及黏温方程,从而建立了基于MATLAB的液体静压轴承变黏度热流动态润滑模型;最后,采用仿真计算的方法,分析了偏心率ε为0.1～0.4、主轴转速n为3 000 r/min～10 000 r/min(线速度为14.1 m/s～47.1 m/s)时,油膜压力与温升的变化机理。研究结果表明：当主轴转速从3 000 r/min增大到10 000 r/min时,转速的增大会使得液体静压轴承的承载力因动压效应的增大而增大,但其油膜的平均压力却因温度的升高、油膜黏度的降低而下降了约24%;主轴偏心率的增大会导致油膜温度聚集,而主轴转速的增大则导致油膜温升增大,故当偏心率ε=0.4而转速n=10 000 r/min时,油膜的温升较大,且热量发生聚集,其最高温升可达39...     

可控节流参数对液体静压轴承特性的影响研究

节流器是液体静压主轴的核心元件,其节流特性对液体静压主轴的刚度和回转精度具有直接影响。针对现有节流器在主轴工作时节流特性不可控的不足,提出一款预压预调型可控节流器。在分析可控节流器工作原理和节流特性基础上,根据流体润滑理论,建立基于可控节流器的液体静压轴承承载性能的理论模型,研究可控节流器供油压力、弹簧刚度和控制油腔压力等参数对液体静压轴承承载性能的影响规律,并与固定节流液体静压轴承的承载性能进行对比。研究发现,在其他结构参数及工作参数一定的条件下,可控节流器能够显著地提高液体静压轴承的油膜刚度;在不同偏心率条件下,可控节流液体静压轴承的最佳油膜刚度对应的节流参数不同。在开发的液体静压电主轴试验台上进行了试验研究,通过对油腔压力和油膜刚度的理论计算值与试验测量值的对比,证实了可控节流方案的有效性。     

一种高刚性液体静压轴承的设计方案

介绍了一种高刚性和高稳定性的双列液体静压轴承,该轴承在增加其油膜支撑长度的同时,让部分液压油及时地从轴承中两个油腔之间的泄油孔中排出,具有油膜承载面积宽、支撑跨度大、散热性好和承载刚性高等特点。     

出油孔对螺旋油楔动静压滑动轴承性能的影响

针对当前制约动静压滑动轴承应用的温升问题,在对一种螺旋油腔动静压滑动轴承的动静态特性分析的基础上,设计了相应的实验装置,采用理论和实验的方法研究了轴承的出油孔对轴承静动态性能的影响。理论和实验结果均表明,出油孔的存在对油膜的压力分布仅有较小的影响,对承载力及动态性能的影响甚微,但却会大幅度增加轴承的出油量,通过出油孔流出轴承的润滑油量大约为端泄流量的十几倍,即通过出油孔能更多地带走摩擦产生的热量,更有利于轴承的温升降低。在需要降低轴承温升的应用中,在油腔中适当添加出油孔,并合理布置进出油孔的位置,可以实现对性能影响较小的情况下,大幅度降低轴承的温升。     

双矩形腔静压推力轴承内部流场动态分析

以Q1-205型双矩形腔静压推力轴承为研究对象,采用理论分析、动态仿真和实验测试相结合的研究方法,针对6种入口流速和3种工作转速工况油膜厚度变化对静压轴承的速度场、涡度及压力场进行了分析。采用动网格技术得出不同工况参数下膜厚与封油边流量、涡度、油膜压力关系曲线,揭示了油膜性能动态变化规律。研究发现,油腔内的低速区和高涡度区集中分布于逆流侧封油边处,且油膜厚度越小集中现象越显著,随着入口流速增大,油腔压力升高,低膜厚下高速时由于压力损失严重使得腔内压力随工作转速的增加而有所减少。     

油膜轴承动静压混合效应的分析

油膜轴承的性能主要由轴承的动压、静压混合效应决定,以雷诺方程为基础,建立油膜轴承压力特性和油膜间隙函数的数学模型,构造流体连续性方程,采用数值解法求解油膜轴承动静压混合效应,运用MATLAB软件实现油膜轴承压力场的三维仿真.结果表明:合理选择轴承半径、偏心率、转速、油腔半角、油膜间隙、供油压力能获得较理想的动静压油膜混合效应,仿真结果与实测结果接近.     

非球面超精密机床静压轴承温度场的分布

利用ANSYS CFX流体力学分析软件建立了不同油膜厚度下的液体静压轴承流体模型,研究了非球面超精密加工机床液体静压推力轴承的温度场分布。对静压推力轴承进行了试验研究,获得了工作台上不加负载、加300kg负载、加500kg负载3种情况下主轴性能各参数。仿真结果表明:油腔区域初始温度为20℃,从封油边开始温度逐渐升高,其中外侧的温度要比内侧温度稍高;当油膜厚度为33μm时,最高温度为20.29℃,当油膜厚度为23μm时,最高温度为21.72℃,油膜厚度越薄,温度越高。试验计算值与仿真值分别相差3.33%、8.33%、1.32%,证实了液体静压推力轴承设计和数值计算的正确性。     

液体动静压轴承油膜的压力场和温度场分析

针对深浅腔液体动静压轴承的承载特性等问题,对液体动静压轴承的油膜压力场和温度场进行了仿真分析。以超高速磨削电主轴系统中常用的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,建立了液体动静压轴承油膜的三维有限元模型,对油膜进行了网格划分,并对划分后的网格进行了质量评定;采用动网格技术实现了对油膜偏心率的变更,在不同主轴转速、偏心率的工作条件下,计算了深浅腔动静压轴承油膜压力和温度的分布情况,分析了其油膜压力分布和温度分布的变化规律;研究了转速、偏心率对动静压轴承的承载力和油膜温升的影响规律。研究结果表明:在深浅腔液体动静压轴承运转过程中,随着转速和偏心率的提高,油膜承载力和温升也随之提高,且转速对油膜温升的影响要比偏心率大。