小孔节流方式对气体静压轴承工作刚度影响的分析
- 格式：pdf
- 大小：172.18 KB
- 文档页数：2
文档推荐
-
液体静压轴承的设计与应用页数:91
-
基于CFD静压气体轴承的仿真分析页数:7
-
气体静压推力轴承性能测试实验台设计页数:4
-
空气静压轴承工作原理页数:2
-
静压轴承与动压轴承页数:2
下载文档原格式
合集下载
小孔节流器出口圆角对空气静压止推轴承性能的影响
小孔节流器出口圆角对空气静压止推轴承性能的影响李祥;王杰;阳红;崔海龙;方辉【摘要】以小孔节流空气静压止推轴承为研究对象,求解出轴承气膜间隙内的压力与速度分布,分析了节流孔出口处圆角值不同对轴承性能的影响.结果表明:当气膜间隙不变时,在一定范围内,节流孔出口圆角半径值越大,轴承承载力越大,流场中最高流速越低;节流孔出口圆角半径值过大,流场中会出现气旋,降低轴承的稳定性.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】4页(P70-73)【关键词】气体静压轴承;小孔节流器;气膜;承载力;气旋【作者】李祥;王杰;阳红;崔海龙;方辉【作者单位】四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TH133.35静压空气润滑轴承利用气膜支承载荷，是一种理想的支承元件。
由于气膜的均化作用以及其极小的摩擦因数，与滚动轴承及油润滑滑动轴承相比,气体轴承具有速度高、精度高、功耗低和寿命长等诸多优点[1-2]。
近几年来在机床行业、高速和精密机械工业、医疗器械工业等领域应用广泛[3]。
小孔节流作为空气静压轴承的典型节流方式得到了较多的应用。
由于空气静压轴承存在承载力低和稳定性较差的问题，如何提高其承载力和稳定性成为人们关注的重点[4-5]。
目前有学者[6-7]分析了小孔节流静压气体轴承内气体的流动特性，并证明漩涡是导致静压气体轴承产生自激振动的直接原因。
文献[8]通过实验验证了两种不同气腔结构的小孔节流静压气体轴承的振动特性，分别为节流孔与气腔之间采用直角连接(S-Type)和圆角连接(R-Type)。
实验结果表明R-Type比S-Type轴承振动小，但并未研究它的承载力等性能与圆角半径值的关系。
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究高速精密机床是加工机械产品的主要工具,其性能的优劣直接决定着机械产品的质量,而精密机床的核心部件是电主轴。
在电主轴的支撑方式中,气体静压轴承随着流体润滑理论以及流体力学的发展和完善,其承载力和刚度得到提高,可以满足精密加工的需要,因此成为精密加工设备和测试设备主轴中的主要支撑方式。
本文结合现有的狭缝节流器及孔式节流器的优缺点,提出一种微孔节流器,它属于孔式节流的范畴,但突破了传统小孔节流器的结构形式,在节流孔的出口处不设置气腔,均为通孔,同时结合了狭缝节流器的节流特性,在保证轴承刚度的基础上,增加供气孔数量,改善压力分布状态,进而提高轴承的特性。
根据小孔节流和环面节流的物理模型,建立微孔节流的物理模型。
依据气体轴承理论中的的雷诺方程,N-S方程、流体力学的运动方程、状态方程以及连续方程等推导出求解微孔节流气体静压止推轴承的动静态特性的数学方程,并利用有限差分法对推导的微孔节流气体静压止推轴承的静态方程进行差分,并利用MATLAB进行编程求解。
根据微孔节流气体静压止推轴承的物理模型,利用Solidworks软件、Gambit软件以及ICEM CFD软件等对微孔节流气体静压止推轴承进行仿真模型的建立、网格的划分,并利用Fluent软件对模型进行求解。
利用上述两种方法对轴承的供气压力、气膜厚度、供气孔数目、无量纲供气孔分布半径以及供气孔直径等对轴承的动、静态特性的影响规律进行研究,并对微孔节流气体静压止推轴承与狭缝节流、小孔节流以及环面节流气体静压止推轴承在相同的工作参数和结构参数的静态特下性进行对比分析,最后利用正交试验法和灰色理论对微孔节流气体静压止推轴承进行优化。
根据仿真优化结果,设计、加工并制造微孔节流气体静压止推轴承,并用精密测量仪器对加工的轴承进行关键结构的测量,设计并搭建气体轴承动静态特性实验平台,在实验平台对轴承的静态特性,包括轴承的静承载力、静刚度和轴承的动态特性,包括轴承模态、稳定性进行实验分析。
气体静压小孔节流与多孔质节流性能的比较
维普资讯
气 体 静 压 ｄ ： 节 流 与 多 子 质 节 流 性 能 的 比较 ｘＬ ￣ Ｌ
杜 金名 卢 泽生 孙 雅洲 （ 哈尔滨¨业大学 １ ０１ Ｌ ５ ０） ０
摘 要 ：本 文 给 出 了 传统 的小 孑 节流 和 多 孑 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 Ｌ Ｌ 能 的 影 响 。 对 于 不 同类 型 的小 孑 节 流 和 多 孔 质 节 流 的 轴 承 ，本 文 给 出 ＿实 验 结 果 ，并 对 轴 承 的 性 能参 数 即 承 载 能 力 、 Ｌ 厂 刚度等进行 ＿ ｒ比较 。作 者 分析 了小 孑 节 流 和 多 孑 质 节 流 止 推 轴 承 的 承 载能 力 和 刚 度 ，结 果 表 明多 孑 质 止 推 轴 承 同 小孑 Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ 节 流 轴 承 相 比 ，具 有 高 的 承 载能 力 。 关 键 词 ：小 孔 节流 轴 承 多孔 质 止 推 轴 承 静 态 刚 度
ｏ ｅ ｉ ｙ ｅ ｐ ｉ ｅ ｅ ｏｍ ｎ ｅ ｆ ｘ ｒａ ｙ ｒ ｓｒ ｅ ａ ｂａｉ ． ｘ ｅ ｍ ｔ ｌ ｉｃ Ｉ ｓ ｅ ａｉ ｒ ｒ ａ ｃｓ ｆ ｅ ｎ ｓ ｔ ｔ ｅ ｌ ｒ ｒ ａ ｃ ｔ ｎ ｌ ｅ ｕｉ ｄｇｓ ｅｒ ｇ Ｅ ｐｒ ｅ ａ ｙ ｔ ｌ ｉｂ ｒ ｇｐ ｆ ｍ ｎ ｅ ｆ ｄ ｇ ｓ ｍ ｙ Ｏ ｐｆ ｈ ｔ ｏｅｅ ｌｐ ｓ ｚ ｎ ｓ ｉｎ ｌ ｈ ｔ ｒｅ ｎ ｅ ｏ
Ａ 翟ｄ ： Ｔｈｓｐ ｐ ｒｐｅ ｅ ｓ ｔ ｈ ｏｅｉａ ｎ ｌｓｓｏ ｏ ｖ ｎｉｎ ｌｏｉｃ ｅ ｔ ｃｅ ｅ ｉｇ ｎ ｏ ｏ ｓｂ ａｉｇ ．ａ ｄ ａ ａｙｅ ｅ ｉｆ ｅ ｃ ｉ ａ ｅ ｒｓｎｔ ｔｅ ｒｔ ｌａ ａｙｉ ｆｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｒｆ ｅｒｓｒ ｔｄ ｂａｒｎ ｓａ ｄ ｐ ｒｕ ｅ ｒｎ ｓ ｎ ｎ ｌｚ ｓｔ ｎ ｕ ｎ ｅ ｈｅ ｃ ｏ ｉ ｉ ｈ ｌ
气 体 静 压 ｄ ： 节 流 与 多 子 质 节 流 性 能 的 比较 ｘＬ ￣ Ｌ
杜 金名 卢 泽生 孙 雅洲 （ 哈尔滨¨业大学 １ ０１ Ｌ ５ ０） ０
摘 要 ：本 文 给 出 了 传统 的小 孑 节流 和 多 孑 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 Ｌ Ｌ 能 的 影 响 。 对 于 不 同类 型 的小 孑 节 流 和 多 孔 质 节 流 的 轴 承 ，本 文 给 出 ＿实 验 结 果 ，并 对 轴 承 的 性 能参 数 即 承 载 能 力 、 Ｌ 厂 刚度等进行 ＿ ｒ比较 。作 者 分析 了小 孑 节 流 和 多 孑 质 节 流 止 推 轴 承 的 承 载能 力 和 刚 度 ，结 果 表 明多 孑 质 止 推 轴 承 同 小孑 Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ 节 流 轴 承 相 比 ，具 有 高 的 承 载能 力 。 关 键 词 ：小 孔 节流 轴 承 多孔 质 止 推 轴 承 静 态 刚 度
ｏ ｅ ｉ ｙ ｅ ｐ ｉ ｅ ｅ ｏｍ ｎ ｅ ｆ ｘ ｒａ ｙ ｒ ｓｒ ｅ ａ ｂａｉ ． ｘ ｅ ｍ ｔ ｌ ｉｃ Ｉ ｓ ｅ ａｉ ｒ ｒ ａ ｃｓ ｆ ｅ ｎ ｓ ｔ ｔ ｅ ｌ ｒ ｒ ａ ｃ ｔ ｎ ｌ ｅ ｕｉ ｄｇｓ ｅｒ ｇ Ｅ ｐｒ ｅ ａ ｙ ｔ ｌ ｉｂ ｒ ｇｐ ｆ ｍ ｎ ｅ ｆ ｄ ｇ ｓ ｍ ｙ Ｏ ｐｆ ｈ ｔ ｏｅｅ ｌｐ ｓ ｚ ｎ ｓ ｉｎ ｌ ｈ ｔ ｒｅ ｎ ｅ ｏ
Ａ 翟ｄ ： Ｔｈｓｐ ｐ ｒｐｅ ｅ ｓ ｔ ｈ ｏｅｉａ ｎ ｌｓｓｏ ｏ ｖ ｎｉｎ ｌｏｉｃ ｅ ｔ ｃｅ ｅ ｉｇ ｎ ｏ ｏ ｓｂ ａｉｇ ．ａ ｄ ａ ａｙｅ ｅ ｉｆ ｅ ｃ ｉ ａ ｅ ｒｓｎｔ ｔｅ ｒｔ ｌａ ａｙｉ ｆｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｒｆ ｅｒｓｒ ｔｄ ｂａｒｎ ｓａ ｄ ｐ ｒｕ ｅ ｒｎ ｓ ｎ ｎ ｌｚ ｓｔ ｎ ｕ ｎ ｅ ｈｅ ｃ ｏ ｉ ｉ ｈ ｌ
小孔节流结构对径向静压空气轴承承载力的影响
小孔节流结构对径向静压空气轴承承载力的影响姚涓;侯安平;李剑雄【摘要】A calculation model of orifice restrict radial aerostatic bearing was established.The ANSYS CFX software was used to calculate the load capacity of radial aerostatic bearing, and the accuracy of numerical calculation was verified through experiments.The law of the effect of the orifice diameter,pocket diameter and pocket depth on the load capacity of radial aerostatic bearing was analyzed.Results indicate that the method of calculating load capacity of radial aerostatic bear⁃ing through CFX numerical simulation is feasible,and the complex gas flow in the orifice structure can be analyzed effec⁃tively.The changes of orifice structure have a large effect on load capacity,with the increasing of orifice diameter,the load capacity is firstly increased and then decreased,and the load capacityis firstly increased,and then remains stable by in⁃creasing both the pocket diameter and the pocket depth.%建立小孔节流径向静压空气轴承的计算模型，利用ANSYS CFX软件数值模拟方法计算轴承承载力，并通过实验验证数值计算的准确性；分析节流孔径、节流气腔直径和气腔深度对轴承承载力的影响规律。
静压止推气体轴承性能分析
计算流体力学在 20 世纪 80 年代取得了重大进展。在高速可压缩流动方面，基于 总变差减小(Total Variation Diminishing，TVD)与矢通量分裂(Flux VectorSplitting)、通 量差分分裂(Flux Difference Splitting)等方法的高精致格式 (High Resolution Scheme)终 于较好地解决了流体力学的一大难题——跨、超音速计 算的激波精确捕获。而采用传 统的人工黏性方法的 Jameson 格式等在这方面也取得 很大的成功。多重网格与残差光 顺(Residual Smoothing)等加速收敛技术有效地减少了三维流动模拟的巨大计算工 作 量。而在低速不可压流动方面，利用人工可压缩性方法与压力校正法等对纳维尔-斯 托克斯方程组的直接求解取代了局限性很大的流函数-涡量法等传统解法，从而也促 进 CFD 技术向流体传热、多相流、燃烧与化学反应流等领域迅速扩展与深入。这些 进展为通用 CFD 软件的发展奠定了良好的理论基础。 计算流体力学按照求解的方程可以分为两大类，一类是求解传统的 NS 方程。另 一 类是近一二十年发展起来的方法。这类方法直接求解波耳兹曼方程，NS 方程可以 看作是波耳兹曼方程在一定条件下进行统计平均的结果。波耳兹曼方程在微观尺度上 按照概率统计的方法描述了流体微团的运动。这类方法的优势是，在低于 0.3 马赫数 以下的计算中可以达到非常高的计算精度，所以被广泛的应用于汽车领域。但是，在 超过 0.3 马赫数的问题中，其本身的理论基础不是十分成熟，限制了其在航空航天领 域的应用。本文还是求解传统的 NS 方程。对于 NS 方程常用的离散方法有限体积法 (FVM)、有限元素法(FEM)、有限差分法(FDM)和谱方法等等。
计算流体力学和相关的计算传热学，计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性 联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、 传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。 计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大 程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的 影响。不但如此，计算流体力学还能够处理一些实验和理论分析都难以解决的问题。 NASA 曾经研究一种新型飞机(Aerospace Plane)，这种飞机将以 20 倍音速以上的速度 飞行。因为这样的马赫数远远超过现在风洞的能力，所以无法使用风洞实验满足研究
计算流体力学和相关的计算传热学，计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性 联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、 传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。 计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大 程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的 影响。不但如此，计算流体力学还能够处理一些实验和理论分析都难以解决的问题。 NASA 曾经研究一种新型飞机(Aerospace Plane)，这种飞机将以 20 倍音速以上的速度 飞行。因为这样的马赫数远远超过现在风洞的能力，所以无法使用风洞实验满足研究
小孔节流静压止推气体轴承静特性的数值分析
2008年9月第33卷第9期润滑与密封LUBR I C A TI ON EN GI N EER I N GSe p.2008V ol 133No 193基金项目:新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET 20520834);长江学者和创新团队发展计划资助项目(I RT0746)1收稿日期5作者简介侯予(3—),男,教授,博士生导师,研究方向为高速透平机械及气体润滑技术、新型制冷技术等12y @1xj 111小孔节流静压止推气体轴承静特性的数值分析3侯 予1 赵祥雄2 陈双涛1 陈纯正1(11西安交通大学制冷与低温工程研究所 陕西西安710049;21河南农业大学机电工程学院 河南郑州450002)摘要:介绍了计算流体力学软件FL U E N T 及其在气体轴承研究中的应用。
针对环形小孔节流静压止推气体轴承,基于F LU E NT 软件进行了简化假设并建立了计算模型,利用FL U E N T 软件对止推气体轴承模型进行了数值分析,求解了环形小孔节流静压止推气体轴承的压力场分布、耗气量和承载能力等轴承静特性,并成功捕捉到了大气膜间隙下供气孔周围的压力突降区。
对计算结果进行了分析,并与文献计算值以及试验值进行了对比,验证了数值分析的可靠性。
关键词:气体轴承;静压轴承;止推轴承;FLUE N T中图分类号:T H11712 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2008)9-001-3Num er i ca l Ana lysis of Externa lly Pr essur ized Ga sThr ust Bea r i n g with Supply HolesHo u Yu 1 Zhao Xia ngxi ong 2 Che n S hua ngta o 1 Che n Chunz he ng 1(11Institute of R efri ge ra ti on and C ry ogenic Engi neering,Xi ’an J iaot ong University,X i ’an Shaanxi 710049,Ch i na;21College ofM echanical and Elec trical Enginee ring,Henan Agricultural University,Zheng zhou Henan 450002,China )A bstr ac t:A soft war e of Comp utati onal Fluid D yna m ics (CFD),F LU E N T,was intr oduced and u sed in the r esearch ofgas bearings .Physical and m athe matical models were p r opo sed and si mp lified according to the usual assump tion .B y u sing F LUEN T,the nu merical si mulati on was made on the externally p r essurized gas thrust bearing with supp ly holes .The static par ameters such as l oad capacity,p ressu rized gas c on su mp tion and the p r essure filed of this thrust bearing wer e ob tained .The characteristic of p ressure d ive close to f eeding ho les under special c onditi on was caught successfully .The numerical si mu lati on r esu lts w ere comp ared w ith the results of classic methods and ex p eri men t,which show s that the nu merical analy 2sis using F LU ENT is suitab le and of high accuracy for gas bearings .Keyword s :gas bearing;externally p ressu rized bearing;thrust bearing;FLUEN T 由于静压轴承工作稳定,使用寿命长,承载力大,加工方便,因此静压止推轴承在工业领域得到了十分广泛的应用。
基于小孔节流的液体动静压球轴承动态特性分析
为矩形块状, 流出油腔的 流 量 分 别 为 Q 1 、Q 2 、Q 3 、Q 4 ,
构如图 1 所示。
在图 1 中,工作时,供油系统将指定压力的润滑油
导入,润滑油流经粗过滤装置 8、油泵 7 和精过滤装置
5 后筛掉油中杂质,此时如润滑油压力过大,润滑油则
会经溢流阀 6 回流到油箱内;过滤后的润滑油通过小
孔节流器 3 流入轴承间隙,支撑起轴承的凸半球 1,最
后随转子转动流回到油箱 9,形成了完整的液压回路。
lubrication of spherical hybrid sliding bearings is established and the Reynolds equation under laminar flow state is deduced from
this model. The pressure distribution of the oil chamber and oil edge are calculated according to the flow conservation principle of
Corresponding author: SHEN JingFeng, E-mail: shjf@ , Tel:+86-21-55273617
The project supported by the Shanghai Sailing Program ( No.19YF1434500) .
为偏心率,则偏心率的表达式为
ex
ìï
ε =
ï x h0
ï
ey
ï
(4)
íε y =
h0
ï
ï
e
ïε = z
z
锥形腔小孔节流空气静压支承轴承优化设计
doi：10.11832/j.Wsn.1000-4858.2020.03.009锥形腔小孔节流空气静压支承轴承优化设计李一飞1,尹益辉2(1.青海民族大学土木与交通工程学院，青海西宁810007；2.中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳621900)摘要：为了提升小孔节流空气静压支承轴承的力学性能，讨论轴承的结构参数、节流参数及供气压等设计参数对轴承力学性能的影响。
针对锥形腔小孔节流空气静压轴承，首先在参数设计范围内通过数值仿真分析轴承间隙的流场，将之归结为4类，研究存在超音速区、分离泡的详细流场结构；其次基于径向基神经网络模型，建立轴承承载力、刚度、流场最大马赫数和轴承设计参数间的相关性数学模型;最后，建立优化设计数学模型，基于近似模型与流场分析结论,在轴承参数的设计范围内以刚度最优为设计目标，在给定轴承负载下获取了最优参数组合。
在优化设计中消除了轴承的微振动，提升了轴承刚度，并基于优化结果进一步讨论了轴承参数对力学性能的影响。
相关流场分析与优化流程的建立可为工程设计提供参考。
关键词：静压支承轴承;锥形腔；力学性能;优化设计;数值仿真中图分类号:TH138:TH133.36文献标志码：B文章编号：1000A858(2020)03-0058-07Design Optimization of the Aerostatic Thrust Bearing w让h ConicalPocketed Orifice-type RestrictorLI YiWei1,YIE Yi-hui2(1.School of Civil and Transportation Engineering,Qinghai NaXonaliWes University,Xining,Qinghai810007；2.Institute of Systems Engineering,China Academy of Engineering Physics,Mianyang,Sichuan621900)Abstract:Tv improvv tha mechanical pemormancgs of tha aerostatic beoWg with o/fWaAypg restrictor,tha influencas of tha begrinx structural parameters,o/W cv parameters and air supply pressure on beoWg pemormancgs are discussed.Aiming at tha aerostatic beVug with conical pocketed o/fica-typg restwetar,tha flow field is angyzed using tha numevcai simulation method with W tha parametar design ranga,and tha detailed flow characteristics of tha20X0ievranco with tha supersonic re-ion and separation bubble are investipa/d.By applying tha radial basis functions model,tha approximata model of tha bevring load caxying cdpacity,stiWnes and maximum Mach number in flow field represented by tha beg/nx design parameters is established.Tha optimization W conducted based on tha appraximata model,and tha maximum stiWness is obtained undvr tha given beoWg load.Tha beoWg micro-vidration is eliminated W tha optimization,tha stiWness is enhanced,and tha influenca s of beg/nx parameters on mechanical peVormancas are furthar discussed based on tha optimization results.Tha optimization method can provida a reference far engineering application W tha aerostatic beoWg design.Key words:aerostatic beVng,conical packet,mechanical peVormancas,optimal design,numevcai simulation收稿日期$2019-09-05基金项目：国家自然科学基金（11572298）；青海民族大学高层次人才（博士）项目（2020XJG12）作者简介:李一飞（1988—）,男，土族，青海西宁人，讲师，博士，主要从事空气静压支承轴承的设计与优化工作）引言空气静压支承轴承具有精度高、摩擦小、隔振性能好的优点。
微小间隙空气静压主轴角刚度分析与实验
微小间隙空气静压主轴角刚度分析与实验周亮;王宝瑞;阳红【摘要】通过综合气体运动方程、连续性方程和状态方程,建立小孔节流气体润滑主轴数学模型.采用有限单元法、超松弛迭代法和比例分割法对雷诺方程进行离散求解,解决了微小间隙空气静压主轴跨尺度微偏转的气膜压力分布数值计算难题.进行静态角刚度测试实验,验证了所提方法的有效性.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】5页(P40-44)【关键词】空气静压主轴;角刚度;有限元分析;小孔节流【作者】周亮;王宝瑞;阳红【作者单位】中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TH133.35静压主轴是超精密机床实现精密回转运动的关键部件，它采用流体润滑技术，借助于气膜或液膜来分开运动件与支承件，以减小摩擦，提高运动稳定性。
在超精密加工机床中，静压主轴是电动机与刀具或工件装夹机构联系的纽带，对机床的加工精度起着决定性影响。
目前在静压主轴方面的研究主要集中在刚度(径向刚度、轴向刚度、前端刚度)、回转精度、动态特性以及热稳定性等方面。
如姚俊等介绍了各种机床主轴回转精度测量方法及其原理以及测量数据的处理和误差分析方法[1]。
彭万欢等采用两点测量法深入分析了超精密空气静压主轴回转误差测试过程中偏心的影响和作用原理[2]。
陈东菊等研究了气体稀薄效应对轴承承载力和刚度的影响，为微尺度下轴承性能的研究提供了一定的理论依据[3]。
在主轴性能研究中，其轴线抵抗偏摆的能力——角刚度是一个很重要的指标。
轴线偏摆不仅会影响主轴的回转精度；在主轴运动过程中，如果角刚度较小，还可能产生摆振。
然而，国内对角刚度的研究还不够深入。
侯国安等在研究静压主轴动态特性时讨论了水平方向角刚度的理论计算方法，但未考虑实际工况下切削力以及重力作用存在的初始偏心对角刚度的影响，没有给出详细的验证说明[4]。
基于响应面法的小孔节流静压气体轴承多目标优化
基于响应面法的小孔节流静压气体轴承多目标优化
邱春雷;尹洋
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2022(47)7
【摘要】以小孔节流静压气体轴承为研究对象,针对其承载力和刚度较低、质量流量较大的缺点,运用响应面设计方法全面分析节流器参数对轴承性能的影响以及参
数间的交互影响,得到拟合公式用于预测目标函数,并以最大承载力、最大刚度和最
小质量流量为设计目标,采用精英策略的多目标遗传算法优化轴承性能。
研究表明:
节流器参数对轴承性能的影响极显著,同时,参数间的交互作用对目标函数均有影响;节流孔直径是承载力和质量流量的显著交互影响参数,偏心率是刚度的显著交互影
响参数。
得到的二阶多项式拟合公式可以近似计算轴承性能,可用于预测目标函数。
采用多目标优化使轴承承载力提高57.1%,刚度提高50.2%,质量流量减少40%,显
著提高了轴承性能。
【总页数】6页(P125-130)
【作者】邱春雷;尹洋
【作者单位】西华大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.35
【相关文献】
1.小孔节流静压轴承多目标模糊优化设计
2.小孔节流静压轴承节流器有关参数的优化设计
3.真空环境下小孔节流式静压气体轴承流场特性与轴承性能分析
4.基于Matlab的径向小孔节流静压气体轴承静态特性分析
5.小孔节流静压气体轴承压降效应的数值分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图1 小孔式节流器
气体流经小孔而形成压力降的节流装置称为小孔 式节流器 。按节流截面又分为简单孔式节流器和环形 孔式节流器 。图 1 中 ( a ) 为简单孔式节流器 , 其节 2 流截面为小孔横截面 , 面积为 A = π d / 4 。为节流孔 直径 。它的数值不受气膜厚度 h 的影响 。图 1 中 ( b) 为环形孔式节流器 , 其节流截面是以气膜厚度 h 为高 度的小孔圆周形成的环形面 , 面积为 A = π dh 。 当π dh 2 <π d / 4 , 即 h < d/ 4 时 , 小孔横截面的面积大于上述 环形面积 , 已经起不到节流作用 , 形成了环形孔节 流 , 它的数值受气膜厚度 h 影响 。 在简单孔式节流器中 , 开有一小的气腔 , 其目的 2 是使 π d1 h > π d / 4 , 其中 d1 为气腔的直径 , 保证了 小孔节流方式为简单孔节流器 。气腔的深度 h1 应如 此确定 : 使节流孔圆周在气腔内围成的环形面积 π d 2 ( h + h1) 大于节流孔横截面面积 π d / 4 。或者 h1 > d/ 4 - h 。所以 , 只有同时满足 : 2 ( 1) d1 > d / 4 h 和 h1 > d/ 4 - h
Analysis of Orifice Compensated Mode Affecting Aerostatic Bearingπs Working Stiffness
Li Shusen Liu Tun Zhang Pengshun ( Harbin University of Technology )
图2 圆柱轴承工作示意图
对于圆柱气体轴承的工程计算方法中 , 轴承工作 刚度的计算方法如下[1 ] : 首先计算出气流通道系统 f 1 i , 工作介质系数 f 2 和轴承结构系数 f 3 。其中 :
f1i =
Ф A 3 hi
( 2)
《润滑与密封》
f2 = f3
12η
n 2L = D
ρ pa a
( 6)
其中 :
( 7) 1/ 017 12/ 7 ) ,当β 315 (β - β i i i < 01528 求出 β i 。式中 , σ = pa / p0 , 是环境压力 pa 与供
Ψi =
01484 , 当 β Ε 01528
气压力 p0 之比 。于是 , 圆柱气体轴承的承载能力是 : σ 2 (1 ) n β π L - 2l 4l i β w = DLp0 sin + i σ n i∑ l 3L =1 ( )2 β i
f 2 对常温一个大气压的空气是 268 × 10
厚度 hi 形成的柱形截面 。计算公式 ( 2) 中的 A 应作 相应的改变 , 且所得承载能力特别是工作刚度将大大 下降 , 为保证任何偏心率时均能满足 ( 10) 式 , 应在 节流孔周围设置一小的凹槽 ( 图 1 ( a ) ) , 并使公式 ( 1) 成立 。如果 ( 10) 式不能满足 , 应将 A = π dhi 代 入 ( 2 ) 式 , 其 公 式 和 算 法 仍 不 变 。此 时 , f 1 i = 3 2 Φ π A/ hi = Φ d/ hi 代入 ( 6) 式后得 : 2 2 (β Ψi = f 1 i f 2 f 3 = k1/ hi2 , i - σ i ) /σ 当 d1 < d2/ 4 hi 时 ( 11) π 其中 : k1 = Φ df 2 f 3 。 现将 ( 6) 式也写成 ( 11) 式的形式为 : 2 2 (β Ψi = f 1 i f 2 f 3 = k2/ hi3 , i - σ i ) /σ 当 d1 > d2/ 4 hi 时 ( 12) π 其中 : k2 = Φ d f 2 f 3/ 4 。 上述 ( 11) 式是环形孔节流时的计算公式 , ( 12) 式是简单孔节流时的计算公式 , 通过分析比较易知 , 3 简单孔节流时 β i 将与 hi 成反比 , 环形孔节流时 β i 将 2 与 hi 成反比 ; 由 ( 8) 式可知 , 承载能力 w 与β i 成 正比 , 即与 hi3 ( hi 2 ) 成反比 ; 因为 hi < 1 , 所以 1/ 3 2 hi > 1/ hi ; 因此对 hi 的同一变化 , 简单孔节流方式 将引起承载能力的较大变动 , 而环形孔节流方式却对 应较小的变化 。这就是环形孔节流比简单孔节流的承 载能力特别是工作刚度下降的原因 。所以简单孔节流 方式的轴承将具有更高的工作刚度 , 即对于同样的偏 心率变化将有更大的承载能力的变化 。 4 结论 根据前面的理论分析 , 可得出如下结论 。采用简 单孔节流方式的气体静压轴承比环形孔节流方式的气 体静压轴承具有更高的工作刚度 。
7
2000 年第 4 期
《齿轮传动润滑及其用油》 蔡叔华著 , 中国石化 出版社 , 1998 年 , 15 元 。该书共分七章 : ( 1 ) 齿轮 传动的润滑原理 ; ( 2) 润滑对齿轮传动的作用 ; ( 3) 齿轮传动装置的润滑 ; ( 4) 齿轮传动润滑用油 , ( 5) 齿轮传动润滑油的试验与评定 ; ( 6) 齿轮传动润滑油 的选择 ; ( 7) 齿轮传动润滑油的管理 。 张怀良
( 8)
工作刚度为 : Kw =
dw dh
( 9)
3 节流孔形成对轴承工作刚度的影响
上述计算是在小孔节流条件 : 2 π d <π dhi , ( i = 1 , 2 , …, n)
4
( 10)
学出版社 , 1990 年 。
[ 2 ] 柯婉贞 , 空气静压轴承承载能力计算的数学模型及其解
成立时才正确 。否则 , 气体流动通道中节流孔并 非是最小截面 , 而是图 1 ( b) 中节流孔圆周与气膜
参考文献
[ 1 ] 刘暾 , 刘育华 , 陈世杰著 , 静压气体润滑 , 哈尔滨工业大
2
ε= 刚度准则优化 , 通常在 0101 ～ 0102 mm 之间[ 3 ] 。 e/ h0 , 是轴承的偏心率 , θ 为图 2 中各节流孔的中心 i 角 。算出 f 1 i , f 2 , 和 f 3 之后 。利用公式 : 2 2 (β Ψi = f 1 i f 2 f 3 = ζ i - σ) / σ i , ( i = 1 , 2 , …, n)
6
才能保证节流孔横截面为最小面积 , 节流才是简单孔 式节流形式的 。本为简单孔节流方式的小孔直径 d , 当工作时的气膜间隙 h 减小到某一数值之后 , 将有可 能破坏了 ( 1) 式的关系 , 使节流形式转变为环形孔 节流 。 2 小孔节流的工作刚度 气体润滑的基本方程式 , 是二维的非线性雷诺方 程 , 它的精确解析解只在个别情况下才能求得 , 对于 几乎所有实用的情况都找不到这种解析解 , 不得不采 用各种近似方法 。比较常用的方法有 : 有限差分法 、 有限元法 、边界元等各类线性化方法 , 它们使雷诺方 程的近似求解成为可能 , 但其计算量较大 , 计算结果 为大量的数据 , 对分析研究方程中各个参数之间的相 互关系较为困难 。对于静压气体轴承 , 反而是另一种 基于将二维雷诺方程式利用线性气源假设简化为一维 的工程计算方法更为实用 , 从而使雷诺方程得到了解 析解 。虽然计算精度比上述方法低 , 但对于分析本文 的问题则具有参数关系明显的优点 。因此本文采用工 程计算方法分析小孔节流对轴承工作刚度的影响 。
法Байду номын сангаас, 机械工程学报 , 1986 , 3 。
[ 3 ] 史小文 , 刘育华 , 刘暾 , 小孔节流式圆柱气浮轴承的参数
优化 , 哈尔滨工业大学科学研究报告 , 第 60 期 , 1984 , 7 。
书 讯
《中国石油添加剂大全》 徐先盛著 , 大连出版 社 , 1999 年 , 166 元 。该书共分九章 : ( 1) 绪论 ; ( 2) 石油添加剂的分类和产品系列表 ; ( 3) 润滑剂添加剂 产品 ; ( 4) 复合添加剂 ; ( 5) 燃料添加剂 ; ( 6) 其它 石油产品添加剂 ; ( 7) 外国公司石油添加剂 ; ( 8) 石 油添加剂知识问答 ; ( 9) 油品调合知识问答及新型调 合专用设备介绍 。
- 6
2
( 3) ( 4)
mm , 式 ρ 中各几何参数如图 2 所示 , pa , a 为环境大气压力及 密度 , η 为粘性系数 , Ф是节流孔流量系数 , 约为 018 左右 , A 是节流孔面积 , n 是圆柱气体轴承两排 节流孔中每一排节流孔的数目 , 一般取 n = 8 ～ 12 。 对圆柱气体轴承 , hi 是第 i 个节流孔对应处的气膜厚 度 , 按下式计算[ 2 ] : ( 5) hi = h0 ( 1 - ε cosθ i) h0 是圆柱轴承的平均气膜间隙 , 其值应按最大
Abstract : This thesis analyzes theoretically the effects of simple orifice and circular orifice compensated modes on the working stiffness of aerostatic bearing 1Results show that the stiffness of the bearing with simple orifice compensation is higher than with circular orifice compensation1 Keywords : Aerostatic Bearing Orif ice Compensated Stiffness
小孔节流方式对气体静压轴承工作刚度影响的分析
李树森 刘暾 张鹏顺 ( 哈尔滨工业大学 150006)
摘要 : 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刚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 。 关键词 : 气体静压轴承 小孔节流 工作刚度