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。     

小孔节流静压气体轴颈轴承的静态特性研究

通过对小孔节流静压气体轴颈轴承润滑方程的分析,利用泛函求极值法将二阶偏微分方程降为一阶,采用有限元方法,利用三角单元线性插值函数,简化压力分布方程式的计算,对轴承的参数进行了优化,得到了轴承上各点的压力分布和轴承的承载能力和支承刚度,并分析了轴承间隙和偏心率等因素对承载能力和刚度的影响。     

人字槽小孔节流动静压气体轴承承载特性研究

为提高动静压气体轴承的承载特性,以人字槽小孔节流动静压气体轴承为研究对象,运用流体力学理论对气体轴承的气膜流场特性和承载特性进行分析,研究不同转速时人字槽小孔节流动静压气体轴承承载力的变化规律,分析不同偏心率下人字槽槽数及几何参数对轴承承载特性的影响。结果表明:随转速的增加,人字槽产生的动压效应不断增强,轴承承载力不断提高;偏心率的增大可以提高轴承的承载力;同一偏心率下轴承的承载力随人字槽槽数的增多逐渐增大,当人字槽槽数小于10时,承载力增加较快,当人字槽槽数大于10时,承载力增加缓慢;随人字槽槽深比和槽宽比的增大承载力先升高后降低,在槽深比为2.4、槽宽比为0.55时承载力达到最高值。     

小孔节流方式对气体静压轴承工作刚度影响的分析

本文对小孔节流方式中的简单孔节流和环形孔节流形式对气体静压轴承工作风度的影响进行了理论分析,通过比较从而得出,采用简单孔节流方式的轴承比环形孔节流方式的轴承具有更高的工作刚度。     

小孔节流静压气体轴颈轴承主轴系统的动态特性分析

通过对小孔节流静压气体轴颈轴承的雷诺方程与描述主轴系统的动力学数学模型联立直接进行数值求解,分析了轴承系统的动力学特性,研究了在不平衡质量作用下轴承主轴系统的响应。结果表明,由于精密离心机小孔节流静压气体轴承的支承刚度大,承载能力高,旋转主轴的运动是稳定的。但在一定条件下,旋转主轴有可能出现不稳定现象,这取决于主轴绕固联坐标系各轴之转动惯量间的关系、轴承支承刚度、主轴旋转速度和不平衡质量控制等因素。该方法用于精密离心机静压气体轴承主轴系统动力学的数值计算,提高了计算精度和可靠性。     

小孔节流静压气体轴承压降效应的数值分析

孔式节流静压气体轴承存在的压降效应会降低轴承承载性能。为探讨不同轴承结构参数对节流孔出口处压降效应的影响,以小孔节流静压气体轴承为研究对象,采用有限差分法、超松弛迭代法对轴承气膜流场进行计算,得到不同轴承结构参数下气膜压力分布。结果表明：节流孔直径和数量、偏心率、节流孔位置以及平均气膜厚度均对节流孔的压降效应产生重要影响;压降效应随节流孔直径和数量的增大而减小,随平均气膜厚度和偏心率的增大而增大,随空气温度升高而降低;节流孔越靠近轴承端面,压降效应越强;转速变化对节流孔压降基本不产生影响,表明压降效应主要与轴承的静态特性有关,与动态性能关系很小。     

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。     

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。     

气体静压小孔节流与多孔质节流性能的比较

本文给出了传统的小孔节流和多孔质节流轴承的理论分析，分析了外部供压气体轴承的进气形式对轴承性能的影响，对于不同类型的小孔节流和多孔质节流的轴承，本文给出了实验结果，并对轴承的性能参数即承载能力，刚度等进行了比较，作者分析了小孔节流和多孔节流止推轴承的承载能力和刚度，结果表明多孔质止推轴承同小孔节流轴承相比，具有高的承载能力。     

基于CFD的深浅腔液体动静压轴承承载特性研究

针对工程上常用的雷诺方程假设条件较多,计算精度尚不能满足高速精密轴承设计需要的局限,采用基于N-S方程的CFD软件研究了深浅腔液体动静压轴承工作参数和结构参数对轴承刚度、流量和温升的影响规律,并对轴承刚度进行了实验研究。经理论与实验分析证实,轴承刚度理论值与实测值两者吻合较好,从而证实了基于CFD软件分析结果的可靠性和分析方法的可行性。     

不同孔式节流器对圆盘止推气体轴承静特性的影响

采用保角变换有限元方法计算采用相同供气孔径的不同孔式节流器对静压圆盘止推气体轴承静特性(包括承载力特性、静刚度特性及流量特性)的影响。对承载力和流量特性的分析结果与Kazim ierski的研究结果一致,即:采用相同供气孔径的简单孔式和环形孔式节流器止推轴承,在其他几何参数和工作参数相同的条件下,前者的承载力系数高于后者,但后者的单位载荷气体消耗率要小于前者。对静刚度特性的分析结果表明,同尺寸供气孔径的简单孔式节流器与环形孔式节流器止推轴承,在其他几何参数和工作参数相同的条件下,可以实现的最大静刚度相当,但前者最大静刚度点对应的气膜高度大于后者,因此采用简单孔式节流器时,止推轴承的设计工作点对应的气膜高度可以大一些,这意味着可在一定程度上降低对轴承制造精度的要求。     

毛细管混压轴承节流参数与承载力性能研究

对以毛细管节流器为进油方式的混压轴承的静态特性进行探讨,利用有限差分法求解雷诺方程。静态分析中,比较了不同的油腔深度、节流面尺寸及偏位角对节流器参数和承载力关系的影响,并讨论了所得结果在轴承设计上的应用。     

湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

以动静压气体径向滑动轴承为研究对象,考虑湍流润滑,基于有限差分方法求解引入湍流因子改良的可压缩雷诺润滑方程,计算湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的压力分布,获得轴承承载力、静态刚度、交叉刚度、主刚度、交叉阻尼和主阻尼等表征动静压轴承静动态特性的基本参数,并分析偏心率、槽深、槽数、长径比等结构参数及轴颈转速和供气压力等工况对轴承静动态性能的影响规律。结果表明：连续性狭缝湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的静态特性优于非连续性狭缝;轴承承载力随着偏心率、长期径比的增大而增大,随着槽区长度、槽深的增大而减小,槽数对承载力影响不大;轴承静态刚度随着偏心率的增大先增大后减小,随着长径比、槽深、槽数的增大而增大,随着槽区长度的增大而减小;较大的转速和供气压力有助于提升轴承的承载力和静态刚度;随着偏心率的增大,交叉刚度逐渐增大,主刚度先增大而减小,而交叉阻尼和主阻尼均增大。     

基于LQR控制的混合轴承动态特性分析

针对主动混合滑动轴承,给出了基于线性二次最优调节器(LQR)的控制策略,分析了轴承的动态特性。采用扰动压力法求解轴承的8个动力特性系数和灵敏系数;给出了不同权重矩阵下轴承动态特性系数的计算结果,并进行了分析讨论。结果表明,LQR控制简单易行,灵活性强,可以有效改善轴承系统的动态特性,降低交叉刚度,提高直接刚度和阻尼,从而改善系统的稳定性。     

同时计入轴颈、轴瓦动变形的超重载圆柱滑动轴承EHL动力特性研究

采用"双重均值"和优化加权系数相结合的方法,在有效地解决偏心率ε≥0.95的超重载滑动轴承EHL解快速收敛问题的基础上,利用有限元方法求得了同时计入轴颈、轴瓦变形且ε≥1时的圆柱径向滑动轴承的静、动特性。分析8个动特性系数表明:径向滑动轴承在超重载情况下(ε>0.95),其弹性流体动力润滑动特性与刚性解有相当大的不同,与轻载、一般重载情况下也不大相同;在超重载情况下,当ε=0.99和ε=1.00时,其动特性系数出现极值,特别是在ε=0.99处附近时,动特性曲线呈奇异变化。     

薄膜节流器动静混合径向气体轴承性能

对薄膜节流器动静混合径向气体轴承进行理论研究与数值仿真,建立薄膜节流器内气体流动模型并进行简化,采用流体阻抗法将薄膜节流器的流量表达式并与气体轴承小孔节流流量表达式联立,使用牛顿迭代法对非线性气体雷诺方程进行处理,采用有限差分法对上述方程进行离散化进而求解含有薄膜节流器小孔节流气体轴承的雷诺方程,得到薄膜节流器的气体流量分配规律,进而获得有转速和零转速下轴承承载力。数值仿真结果表明,节流器气腔高度和节流器出口直径是薄膜节流器设计的关键参数,气腔高度越小,节流器出口直径越小,承载能力越大;使用薄膜节流器后,各节流孔的入气压力均有所降低,但是各孔之间的入气压力差增大,进而显著提高气体轴承承载能力。     

带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承静态特性

设计带人字槽和轴向微通槽的动静压气体轴承,运用FLUENT对其静态特性进行仿真分析,通过改变轴向微通槽深度、偏心率、气膜厚度、供气压力等参数,研究其对轴承刚度和承载能力的影响。结果表明：其他条件不变,偏心率越大,轴承刚度越小、承载能力越大;人字槽可以提升气体轴承的承载能力和刚度,主轴转速越快,动压效应越强,轴承刚度和承载能力越大;随微通槽深度增加,轴承刚度先增大后保持稳定,轴承承载能力先增大后减小,因此当微通槽深度过大时,轴承刚度变化不大,但轴承承载能力会减小。