微小孔阵列式空气静压止推轴承性能研究

采用FLUENT软件对不同孔径、不同孔数的微小孔阵列式节流空气静压轴承进行了三维CFD仿真,得到了微小孔阵列式节流空气静压轴承的气膜压力分布和气膜刚度等性能数据。结果表明:当节流器阵列小孔个数和直径不变时,气膜承载力与气膜厚度线性正相关;当气膜厚度不变时,节流器阵列小孔个数或直径增加,气膜承载力和轴承的平均承载力均随之增大,轴承刚度最大点对应的气膜厚度也增大;对比传统单孔节流器和微小孔阵列式节流器轴承的气膜压力分布可知,微小孔阵列式轴承的压力稳定性比传统单孔节流轴承有显著提高。     

微孔阵列式节流器的结构参数对空气轴承稳定性的影响

在ANSYS中运用APDL语言参数化编程,建立空气静压轴承的三维流场模型;在Workbench环境下将模型导入到FLUENT中,分析微孔阵列式节流器微孔个数、节流器微孔直径以及压力腔的直径和深度对空气静压轴承稳定性的影响。结果表明:采用微孔阵列节流器可以显著减小微振动;随着节流微孔的直径和压力腔直径的减小及压力腔深度的增加,微振动均减小,空气轴承的稳定性提高。     

微孔节流器静压气体止推轴承性能分析*

传统固有孔节流静压气体止推轴承研究的理论基础均建立在节流孔直径远大于气膜间隙的前提下,为了探究与气膜间隙同一数量级的微孔节流器静压气体止推轴承的静态性能,建立微孔节流静压气体止推轴承模型,通过CFD软件进行三维仿真,分析不同气膜间隙、孔径、供气压力对轴承静态特性的影响,并与环面节流器静压气体止推轴承进行对比。结果表明:无论是微孔节流器还是环面节流器,在节流孔出口处均有压降出现,但微孔节流器相对于环面节流器在节流孔出口边缘处速度和压力变化较为平缓;随着气膜间隙的增大轴承承载力减小,随着微孔节流器孔径减小轴承刚度增大,相同孔径下供气压力越大轴承承载力和刚度越大。     

局部多孔质气体静压径向轴承的建模与仿真

针对目前超精密机床制造需要高承载、高刚度气体静压轴承的情况,设计出一种局部多孔质气体静压径向轴承。建立了局部多孔质气体静压径向轴承的数学模型,并仿真了各参数对轴承静态特性的影响。结果表明,选择合适的平均半径间隙、节流器直径和渗透系数、轴承直径和长度可以获得最大的承载值和刚度值。     

基于仿真和正交试验的空气静压径向轴承承载能力研究

以高速精密磨床用静压径向空气轴承为研究对象,利用有限元分析软件建立静压径向空气轴承有限元分析模型,进行仿真分析;运用正交试验法设计试验方案,分析轴承主参数对其承载性能的影响。结果表明:影响静压径向空气轴承承载特性的因素主要包括:平均间隙、偏心率、节流孔直径、供气压力、轴承长度及每排节流孔个数等;同时,轴承的平均间隙存在一个最佳值,使得轴承的承载力最大。     

多孔集成节流器空气静压轴承承载性能计算与分析

为进一步提升空气静压轴承的承载性能,提出一种具有多孔集成节流器的空气静压轴承。在极坐标系下推导空气静压轴承的控制方程并运用有限差分法进行数值离散,运用超松弛数值迭代方法对空气静压轴承的气膜压力和承载力进行数值求解。结果表明:空气静压轴承气膜内的压力分布随着轴承间隙的增大而减小,空气静压轴承承载力随着轴承间隙的减小逐渐增大;随着多孔集成节流器的节流孔数量的增加其最大承载力逐渐增大,但当节流孔数量增大到一定程度后,最大承载力增加不明显;在节流孔边缘外处会产生气旋现象,气旋和气体流速随着轴承间隙的减小而减小。     

复合节流式静压气体轴承静态特性分析

为进一步提升静压气体轴承的静态性能,以普通孔式节流为基础,配合表面周向和径向槽节流,提出复合节流式静压气体轴承,以充分发挥2种节流方式的优点,使静压气体轴承具有更好的承载能力和刚度。利用Fluent计算轴承内流场参数并分析流场特性,比较复合节流式与普通孔式节流静压气体轴承的承载能力和刚度,并研究孔式参数和表面槽参数对复合节流式静压气体轴承静态特性的影响。结果表明：在一定气膜厚度范围内,复合节流式静压气体轴承对于提升承载力、增强刚度有着显著的效果;复合式节流因为有表面槽二次节流的存在,均压效果更好。增加节流孔数、节流孔直径、节流孔分布圆半径,以及在气膜厚度较小时增加表面槽长、槽宽、槽深,均有利于增加轴承承载力;在气膜厚度较小时,增加节流孔数、减小节流孔直径,以及增加表面槽长和槽宽、降低槽深,均有利于增加轴承刚度。     

空气静压径向轴承静态性能的有限元分析

针对空气静压轴承在静态性能方面存在的承载力小和刚度低等问题,对空气静压轴承的结构参数对其静态性能的影响等方面进行了研究,对空气在径向轴承中的流动状态进行了验证。提出了全参数三维实体建模的方法,利用有限元软件ANSYS开展了在不同空气流动状态下气体轴承流场的仿真计算,研究了节流小孔的轴向位置、节流孔径、供气的压力以及平均半径间隙这几种因素对气体径向轴承静态特性的影响,得出了相关因素的变化规律曲线,并进行承载性能对比,据此优选出了空气静压轴承的结构参数,研究结果表明,空气在径向轴承中的流动状态为可压缩紊流,工程理论计算的结果与数值仿真的结果进行比较误差为4%,说明了该仿真方法的有效性,为设计超高速微切削空气静压电主轴提供一定的理论依据。     

弹性均压槽空气静压轴承静特性的影响因素分析

为了研究影响弹性均压槽空气静压轴承静态特性的因素,基于气固耦合原理,建立弹性均压槽空气静压轴承的耦合控制方程,采用有限差分对控制方程进行离散求解,分别研究供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承静态特性的影响。结果表明:供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承承载力和刚度的影响较大,供气压力越大,轴承的承载力和刚度也越大,但刚度最大时的工作气膜间隙越小;均压槽宽度越大,轴承刚度最大时的工作气膜间隙越大;节流孔直径越小,轴承刚度越大。实验结果和理论计算结果基本一致,验证了数学模型和理论方法的正确性。     

基于正交试验的静压径向气体轴承数值分析*

以气动涡轮支承结构静压径向气体轴承为研究对象,建立静压径向气体轴承的微分模型,利用工程数值方法计算轴承承载力、刚度和气体质量流量,运用正交试验法研究节流器参数对轴承性能的影响,以及不同优化方向下轴承的综合性能。结果表明：不同的优化方向节流器参数的敏感性不同,以气体质量流量为优化方向明显不符合设计需要,以承载力为优化方向得到的轴承综合性能最好;平均气膜厚度、节流孔直径和数量是影响轴承承载特性的主要因素,节流孔直径越小承载性能越好。