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22~400 Hz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。     

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。     

基于MATLABPDE的气体润滑球轴承的数值分析

针对球轴承雷诺方程求解困难的问题, 提出了一种基于MATLAB PDE的数值求解方法.该方法将气体润滑三维球面展成二维矩形平面,再将球面轴承的Reynolds方程变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,进而以MATLAB PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,从而实现气体轴承静态性能的高精度计算.该方法具有较高的精度,可用于计算可压缩流体的润滑问题.     

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。     

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。     

误差对气体球轴承动静压混合承载性能的影响分析

针对一种新型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、安装及工作过程中可能产生的误差,采用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压和动静压混合润滑条件下承载性能的影响规律,对该类轴承的设计制造和性能保障有重要的指导价值.     

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。     

静压气体轴承静刚度的动态测试新方法

以环面节流静压气体球轴承为例,建立轴承动静态刚度与气膜位移-动态力频响函数的数学模型;借助数学分析和数值试验,从理论上揭示了轴承气膜位移-动态力频响函数与气膜静刚度、动刚度之间的联系,指出静压气体轴承静刚度的测量可以通过测量低频下气膜频响函数的幅频特性来代替.介绍球轴承气膜幅频特性测试装置的工作原理及测试系统固有模态对测试结果的影响.实测结果表明,静压气体轴承静刚度的动态测试新方法是正确可行的,气膜与承载质量构成的本质非线性二阶振动系统,其低频段的动态刚度数值仍然等于该工作点处的静刚度.新的测试方法,能够实现轴承静态刚度的在线自动测试,提高静刚度的测试精度和效率;将激振频率扩展到机械系统通常涉及的频段后,可以同时得到轴承的动静态刚度和气膜位移-动态力的幅频特性,这对于气体轴承稳定性及精密轴系动态性能的研究具有重要的意义,是轴承的静态测试所无法实现的.     

基于非等温条件的空气静压轴承润滑问题研究

改进了传统空气静压轴承的润滑模型,建立了考虑温度影响的空气静压轴承润滑模型,并给出一种该模型的数值解算方法,即利用FEMLAB的多物理场功能,将气体的状态方程作为耦合的桥梁,求解参数形式的雷诺方程和能量方程;将质量流量守恒条件作为判断收敛的条件,利用MATLAB迭代,从而完成最终的求解计算。通过实验研究验证了模型和解算方法的正确性,结果表明:气体通过节流孔后温度降低,在精密和超精密的应用场合将会引起结构非常显著的变形;并且供气压力越大,和(或)节流孔的直径越大,温度降效应越明显。     

圆盘止推静压气体轴承亚音速流场的简化计算

雷诺气体润滑方程仅涉及轴承气膜内的静压分布,对静压气体轴承流道特性的准确刻画还需要研究轴承流道内的气流速度场。将忽略惯性力的纯粘性等温气膜和等熵流动的供气孔拼接,建立了单供气孔环面节流圆盘止推轴承的流道简化模型,给出流道各部分气流马赫数、雷诺数和压力分布的计算公式。结果表明,气膜中气流速度随矢径变化的性质,取决于速度梯度为零的矢径位置;气膜中的气流雷诺数随矢径的增加不断减小。实际的计算结果表明,只要气膜入口截面上的气流马赫数小于临界声速,整个轴承流道将工作在亚音速,供气压力或气膜高度的变化对气膜起始区域边界层发展段长度的影响很小,供气孔始末端截面上压力和温度的变化也很小,忽略惯性力的纯粘性等温雷诺模型基本能够适用轴承的整个亚音速工况。气膜起始区域边界层发展段的长度,可以用气膜中雷诺数大于临界雷诺数的区域长度来近似。     

环形进气锥腔结构静压气体轴承性能研究

中心进气锥腔轴承承载力较高,但气腔容积较大,稳定性较差。对中心进气锥腔轴承结构进行改进,提出环形进气锥腔气体轴承;建立供气孔和轴承间隙组成的完整气体轴承流场,采用层流模式计算不同轴承结构参数时的压力分布、承载力和气容比,并计算优化结构的轴承的承载力和刚度。结果表明,在一定范围内增大锥腔高度和锥腔半径可以提高承载力,增大气容比;改进后的气体轴承承载力和刚度较高,气腔容积大大减小,稳定性提高。     

滚动轴承径向加载扭矩测试装置的研制与实验分析

现有的滚动轴承扭矩测试装置存在结构复杂、径向加载跨度大等不足。为了满足轴承扭矩测试的实验要求,设计一种基于变频改造车床的轴承扭矩测试装置,利用高强度压簧及螺纹连接实现轴承径向加载,通过正反转法及LabView软件编程对所采集信号进行调理,实现轴承在不同径向载荷与转速下的扭矩测量。以SKF-6205深沟球轴承为例进行实验,实验过程显示本装置操作简单、稳定性好, 测试精度及数据重复性高。分析与实验结果表明,转速不变时,轴承扭矩随径向载荷的升高而升高;径向载荷不变时,带润滑轴承扭矩与转速之间符合Stribeck理论,而无润滑轴承则不具有此特性。     

关节轴承磨损性能试验研究进展

总结了关节轴承的磨损性能试验以及摩擦磨损试验机的研究进展。影响关节轴承摩擦磨损性能的主要因素为载荷、摆频、摆动角度、温度、轴承材料和自润滑材料材质及含量,并根据已有的研究工作对将来试验机的发展趋势提出了一些看法。     

高频轻载自润滑关节轴承加速寿命试验方法

为在短时间内获得高频轻载自润滑关节轴承的寿命信息,通过增大载荷的方式建立了加速寿命试验模型,进行了2组恒定应力加速寿命试验。采用韦布尔分布对关节轴承寿命进行描述,并借助最小二乘法对韦布尔分布函数的2个参数进行估算,确定出关节轴承可靠性寿命的相关指标,最终计算出基准载荷下关节轴承的可靠性寿命。数据统计结果表明,关节轴承的寿命服从韦布尔分布,其加速模型符合逆幂律关系,从而验证了在不改变失效机理的前提下对高频轻载自润滑关节轴承进行载荷应力加速寿命试验的可行性,极大地提高了产品寿命的预测效率。     

多供气孔静压圆盘止推气体轴承的参数设计

采用工程计算方法研究了按最大静刚度准则设计多供气孔环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数的基本过程,详细讨论了供气孔数和供气孔直径参数对轴承静态性能的影响。随供气孔直径的增大,轴承消耗的体积流量增大,承载力也随之增大,但小气膜高度时增加值较小,大气膜高度时增加值较大,且轴承的最大静刚度逐渐减小。大的供气孔直径,可使轴承在更大的气膜高度下工作。供气孔数对轴承性能的影响与供气孔直径参数相似。理论优化的结果表明,圆盘内径参数应尽量取小值,供气孔分布圆半径应取圆盘内外径的均方根。对不能采用理论优化的几何参数,在数值分析的基础上,给出其合理取值范围。供气孔直径应在0.4~0.8 mm范围内取值,供气孔数应在5~8范围内取值。     

圆锥形超声变幅杆的固有频率测试实验研究

本文通过设计一种简单的实验装置,用锤击法来测试变幅杆的固有频率,实验测试数据与ANSYS软件分析的结果基本一致,实验证明用锤击法测试变幅杆的固有频率是一种有效的测试方法。