基于小孔节流的液体动静压球轴承动态特性分析

以小孔节流方式的液体动静压球轴承为研究对象,建立球轴承的润滑数学模型,推导出层流状态下的Reynolds方程,引入流量守恒原理并结合小孔节流器的流量计算得到油腔和封油边压力分布;采用微扰法推导出扰动压力控制方程,通过有限差分法和松弛迭代法求解扰动压力控制方程得到轴承的刚度和阻尼系数。运用数值分析研究供油压力、转速及油膜间隙等参数对轴承动态特性系数的影响。结果表明,随着油膜间隙减小,供油压力的增大,刚度和阻尼系数会随之增大;随着转速增大,直接刚度变化趋势较小,直接阻尼降低趋势较明显;当油膜间隙为20μm时,轴承刚度和阻尼系数达到最大;转速的提高对于刚度影响较小,而阻尼系数则会明显降低。     

计入气穴影响的径推联合动静压浮环轴承稳定性研究

研究了计入气穴影响的径推联合动静压浮环轴承的动态性能和稳定性.给出了控制径推联合浮环动静压轴承内、外膜的气油两相流变密度、变黏度无量纲动态Reynolds方程及压力边界条件和深腔流量平衡方程;用有限元法对不同转速、不同偏心率下含气率为0和0.1的内外油膜进行了有限元计算,得到各部分的刚度系数和阻尼系数;计算了该径推浮环轴承的稳定性参数.结果表明:气穴使得径向、推力内外层油膜的刚度系数和阻尼系数均有所下降,随着偏心率的增大及转速的提高,气穴的影响程度减小;气穴使得轴承的无量纲临界转子质量降低,因此在供油压力急剧变化时必须考虑气穴的影响.     

运行参数对静压气体轴承动力学特性的影响

基于MATLAB编程,利用有限差分法耦合比例分割法求解Reynolds方程,获得静压气体轴承的压力分布;采用偏导数方法,获得静压气体轴承扰动状态下的润滑方程,求解其动态刚度系数以及动态阻尼系数。针对双排孔供气、每排8孔均布的气体轴承模型进行数值计算,分析在特定结构尺寸下静压气体轴承的运行参数(供气压力、转速、偏心率)对其动力学参数及稳定性的影响。结果表明:静压气体轴承的主刚度和主阻尼系数随供气压力及偏心率的增加而增大,主刚度随着转速的增加而增加,主阻尼系数随转速的增加而减少;低频扰动更易使气体轴承发生失稳,适当提高运行偏心率可以提高轴承稳定性。     

螺旋槽气体轴承动态特性及失稳分析

针对高速动静压气体轴承气膜的复杂非线性动力学行为,以球面螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立润滑分析数学模型;采用有限差分法与导数积分法进行求解,得到动态扰动压力分布及动态特性系数,并研究切向供气条件下螺旋槽参数、径向偏心率、供气压力、转速对气膜刚度阻尼系数的影响规律;建立线性稳定性计算模型,预测气膜涡动失稳转速,分析运行参数对失稳转速的影响。结果表明:气膜阻尼是一种抑制涡动的因素,气膜的稳定性取决于气膜刚度与阻尼的协同作用;气膜刚度阻尼随着槽宽比、槽深比、螺旋角的增大,整体上呈先增大后减小的趋势;刚度随转速的升高而增大,阻尼则随转速的升高而减小;径向偏心率和供气压力越大,气膜刚度和阻尼越大;在一定范围内,提高供气压力、增大径向偏心率能够提高系统失稳转速;合理地选取轴承结构参数和运行参数,能够优化轴承动态特性,保证气体轴承较高的运行稳定性。     

螺旋槽小孔节流动静压气体轴承动态特性分析*

为进一步改善小孔节流动静压气体轴承的稳定性,对螺旋槽小孔节流动静压气体轴承的动态特性进行了研究。建立不定常工况下的动态雷诺方程,采用偏导数积分法求解动态特性系数。研究有无螺旋槽、涡动比、转速、供气压力以及槽宽和槽深对轴承动态特性的影响规律。结果表明:螺旋槽可以显著提高轴承的动态特性,增加轴承的稳定性;随涡动比的增大,直接刚度系数增加,交叉刚度系数和各阻尼系数都减小;随转速的增大,各刚度系数增加,而各阻尼系数减小;随供气压力的增大,各刚度和阻尼系数均增加;随槽宽的增大,直接刚度系数和阻尼系数呈先增加后减小趋势,交叉刚度系数和阻尼系数变化较小;随槽深的增大,直接刚度系数增加,交叉刚度系数和各阻尼系数先增加后减小。     

液体动静压球形轴承动态特性分析

分析了轴承参数对球形液体轴承的动态特性的影响规律,为液体球轴承的动态刚度、阻尼以及稳定性提供理论指导。以液体动静压球轴承为研究对象,建立液体球轴承的润滑分析数学模型,采用小扰动法推导出层流状态下动态液体润滑方程,采用有限差分法求解扰动压力偏微分方程,数值计算液体球轴承的刚度系数和阻尼系数,通过数值分析研究轴承的转速、偏心率、平均油膜间隙等参数对轴承的动态特性系数的影响规律。结果表明：转速、偏心率以及平均油膜间隙对油膜的刚度和阻尼有着重要的影响。     

速度滑移影响下液体静压止推轴承静态性能分析

为了研究微尺度下速度滑移对液体静压止推轴承性能的影响,将速度滑移模型引入传统雷诺方程中,得到修正的雷诺方程;通过求解修正后的雷诺方程,得到速度滑移影响下八油腔液体静压止推轴承的静态性能特性。研究结果表明:速度滑移的存在并没有改变轴承性能的变化趋势,但使得相同油膜厚度下油膜压力、轴承承载力和刚度增大;随着滑移长度的增大,轴承油腔压力、承载力及刚度增大,最优油膜厚度变小;轴承的承载力和刚度随着供油压力的增大而增大,供油压力相同时,速度滑移使得轴承承载力和刚度有一定程度的增大。     

静压轴承对电主轴转子系统动态特性的影响分析

静压轴承的性能对高精密平面磨床电主轴转子系统的动态特性起决定性的影响。以某高精密平面磨床电主轴转子系统为研究对象,应用弹簧阻尼单元模拟静压轴承,建立电主轴转子系统的有限元模型,分析其动态特性,得到静压轴承刚度及阻尼值对电主轴转子系统固有频率、动刚度及临界转速的影响特点。结果表明:前后端静压轴承刚度相同时,电主轴转子系统固有频率、临界转速与轴承刚度、阻尼成正变关系,动刚度与轴承刚度成反变关系与轴承阻尼成正变关系,轴承刚度大于3×105N/mm时,轴承阻尼值对系统临界转速影响很小,此时提高轴承阻尼值可以提高系统固有频率和动刚度,减小振动幅度,获得良好的动态性能;前后端静压轴承刚度不相同时,轴承刚度的波动对系统最小动刚度的影响比轴承刚度相同时更柔和,加工更稳定。     

计入浮环质量的浮环动静压轴承稳定性分析

以径向浮环动静压轴承为研究对象,将浮环质量考虑在内,建立轴颈和浮环的动力学方程;用Routh-Hurwitz准则推导径向浮环轴承的稳定性判据;用差分法计算某结构高速径向浮环动静压轴承的刚度系数和阻尼系数,得到不同偏心率下的失稳转速,并探讨浮环质量对轴承稳定性的影响。结果表明：浮环质量对轴承稳定性有一定影响,且影响随浮环质量与转子质量的比值增大而增大;考虑浮环质量会使得相应的失稳转速有所降低,且降低幅度随偏心率先增大后减小。     

透平膨胀机径向动静压混合气体轴承静特性分析

透平膨胀机应用的小孔节流式静压气体轴承的本质是动静压混合气体轴承,这里将动静压混合气体轴承作为研究对象,从动压轴承和静压轴承角度分别研究其工作原理和静态特性。混合气体轴承中气膜压力分布是求解轴承静态特性的关键,采用有限差分法（FDM）对含有气膜压力的Reynolds方程通过MTLAB编写的程序进行求解,分析混合轴承的工作原理并计算其静态特性。对比分析偏心率、转速、长径比和供气压力等因素对动压轴承和静压轴承静态特性的影响。结果表明：增大偏心率、提高转速、增大供气压力,采用轴承大长径比均可以提高动静压混合气体轴承的承载力;增大偏心率和提高转速,可增大气膜刚度,降低转子姿态角,提高转子稳定性。     

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。     

内外膜独立供油向心浮环轴承稳定性研究

用有限元法计算内外膜独立供油的高速径向浮环动静压轴承的刚度系数和阻尼系数,用Routh-Hurwitz准则给出计入轴颈和浮环质量的稳定性判据。分析供油压力对浮环轴承内外膜无量纲临界质量的影响,结果表明动静压浮环轴承小偏心工作时,降低供油压力可提高系统稳定性;大偏心下工作时,采用较高的供油压力可提高系统的稳定性。     

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。     

球面螺旋槽动静压气体轴承动态特性分析

以半球螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立球面动静压混合气体轴承的非线性动态润滑计算分析数学模型,采用偏导数法推导出扰动压力控制方程;在广义坐标系下,采用有限差分法对扰动压力控制方程离散化,推导出扰动压力的差分表达式;推导出半球螺旋槽动静压气体轴承刚度和阻尼系数与扰动压力之间的关系表达式;采用VC++6.0编制程序,数值计算出三维微气膜的瞬态扰动压力分布、非线性气膜力及动态刚度系数和动态阻尼系数。研究转速、偏心率及供气压力对气膜动态特性系数的影响规律,结果表明:随着转速、偏心率及供气压力的增大,气膜刚度和阻尼系数均有不同程度的变化。     

热效应对高速圆锥动静压轴承静特性的影响

为研究热效应对高速圆锥动静压轴承静特性的影响,建立具有深浅腔结构的圆锥动静压轴承的Reynolds方程、能量方程、深腔流量平衡方程及相关控制方程;采用有限元法和有限差分法对其进行离散,运用正系数法则对能量方程系数及常数项的离散系数进行处理,联立求解得到油膜压力分布与温度分布,计算出高速圆锥动静压轴承的静参数,并分析热效应对高速圆锥动静压轴承静特性的影响。结果表明:热效应使高速圆锥动静压轴承油膜压力减小,且转速越大,压力减幅越大,油膜温升越明显;计入热效应后,润滑油黏度降低,引起高速圆锥动静压轴承偏位角增大,轴向、径向承载力减小,端泄流量增大,摩擦力减小,且转速越高变化越显著。     

球面螺旋槽动静压气体轴承试验台的研制及试验分析

为研究气体轴承的工作机理和静动态特性、设计了球面螺旋槽动静压气体轴承试验台,通过转子升降速试验分析转速-时间、碰磨电压-时间曲线,得到转子的起飞转速为15 762 r/min;通过轴承轨迹、频谱试验研究轴承-转子系统稳定运行到失稳过程的振动变化特性,进一步使用MATLAB,MYSQL数据库及数据处理系统对试验数据进行在线和离线处理,求得气体轴承刚度、阻尼等静动态特性与供气压力、转速的变化关系;通过电磁激振系统对转子进行加载试验,研究刚度、阻尼与激振频率变化关系。试验表明:试验台可测量气体轴承的转子转速、振动位移、轨迹、频谱、起飞转速及刚度、阻尼等静动态特性系数,研究气体轴承稳定运行及失稳过程静动态特性变化和运行参数对轴承静动态特性的影响。     

基于FLUENT的液体动静压轴承的动态特性分析

应用计算流体力学软件FLUENT对超高速磨削用五腔动静压轴承进行动态特性研究,得到动静压轴承内部压力场和温度场分布;计算轴承的承载力、温度、刚度、阻尼等动态参数,分析这些动态参数与偏心率以及转速之间的关系。结果表明:在保持供油压力和轴承偏心率不变的情况下,随着转速的提高,油温上升,轴承承载力及偏位角不断增大;在保持供油压力和主轴转速不变的情况下,随着偏心率的增大,轴承流量有所减少,轴承的承载能力不断增大,偏位角基本保持不变。     

PM流量控制器节流液体静压轴承静动态特性分析

将PM流量控制器用于无周向回油槽四腔向心静压轴承,建立了PM流量控制器静压轴承数学模型,重点研究分析了轴承结构参数及PM流量控制器参数对静压轴承特性的影响。研究结果表明:轴承轴流封油边系数越小、周流封油边系数越大,轴承油膜刚度和承载力越大,初始油膜间隙增大,油膜刚度减小;润滑油动力粘度较大且初始油膜间隙较小时,油膜刚度和承载力较大;液阻比越小,比流量越大,油膜刚度越大;供油压力越大,油膜刚度、承载力和流量越大。同时基于线性化下液体静压轴承系统的传递函数,利用Matlab Simulink软件在时域和频域内分别研究了静压轴承系统的动态特性。研究结果表明:在阶跃载荷作用下,随着供油压力和比流量的提高,过渡过程时间越短,静压轴承系统的动态特性越好;在正弦载荷作用下,提高供油压力、比流量都会使轴心偏移量的稳态幅值减小,油膜动刚度增大,且供油压力较比流量对系统频率特性的影响显著。     

考虑间隙影响的滑动轴承稳定性分析

为了进一步提升轴承的工作性能,以某型滑动轴承为研究对象,建立流体润滑的数学模型,根据压力扰动法得到轴承动态特性系数,并在此基础上求解轴承-转子系统的失稳转速;以轴承间隙为设计变量,利用MATALA进行数值仿真,分析轴承间隙对最小油膜厚度、油膜压力分布、动态特性系数以及失稳转速的影响。仿真结果表明:增大轴承间隙以及减小轴承宽度都会使得最小油膜厚度增加;油膜压力随着轴承间隙的增加而减小;增大轴承间隙会减小轴承动态特性系数的绝对值;增大轴承间隙会减小转子的失稳转速,降低系统的稳定性。     

基于预紧轴承动刚度的高速电主轴动特性分析

针对定位预紧的电主轴球轴承,基于球和套圈相互作用模型,推导了球轴承刚度求解模型,使用Newton-Raphson方法求解可到刚度矩阵。基于Riccati传递矩阵法,给出了考虑轴承动刚度的电主轴临界转速计算方法。建立了铣削激振下考虑轴承动刚度的电主轴动力学方程,使用RungeKutta法求解得到电主轴动力学响应。对某铣削高速电主轴计算,结果发现轴承径向刚度随转速增大而减小,采用定位预紧后刚度增大,且随转速增大轴心预紧刚度增大明显。考虑轴承动刚度可得到更为准确的电主轴动特性结果,最后通过高速电主轴动特性实验证明了该模型对动特性预测的准确性。