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气体轴承的动态特性分析及实验研究任佟; 陈东菊; 李彦生; 范晋伟【期刊名称】《《西安交通大学学报》》【年(卷),期】2019(053)008【总页数】8页(P68-75)【关键词】气体轴承; 气膜阻尼系数; 轴承转子系统; 动态特性【作者】任佟; 陈东菊; 李彦生; 范晋伟【作者单位】北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室 100024 北京【正文语种】中文【中图分类】TH133.35气体轴承作为主轴系统中支撑主轴回转运动的重要元素,其性能将直接影响主轴在工作中的运动精度,并对加工零件的表面质量、形状精度及粗糙度造成重要影响[1]。
气体轴承的动态特性在很大程度上决定系统的动态特性。
轴承的动态特性是通过轴承的阻尼系数和动态刚度来衡量的。
气体轴承工作时,微小气膜间隙产生气膜波动,气膜阻尼会抑制气膜波动,因此气膜阻尼成为影响气体轴承动态特性的重要因素。
然而,空气黏度仅为液压油的1/1 000,这样导致气体的阻尼特性很差,为了更准确地分析气体轴承的动态特性,有必要对主轴的气膜阻尼进行研究。
一些学者在微机电系统下建立了气膜阻尼模型。
Pandey等和Altu等通过格林公式研究了不同条件下弹性平板间的阻尼分布情况[2-3];李锡广等针对MEMS陀螺中带孔结构建立了空气阻尼计算模型[4];Xia等提出了圆形和椭圆形微扭镜的挤压薄膜空气阻尼系数[5];周浩等仿真计算了微陀螺仪表芯结构的空气阻尼系数[6];Li 等、Homentcovschi等和高春晖等针对不同形状的穿孔微孔板挤提出了压膜阻尼的计算分析模型[7-9];Moeenfard等采用EKM分析了微镜中挤压薄膜阻尼问题[10];Ghanbari等提出了一种用于研究面内振荡微束谐振腔中流体薄膜阻尼的数学模型[11];陈奥运建立了敏感模态压膜阻尼简化分析模型[12];Wang等分析了平行板驱动器中的挤压膜阻尼系数对环境的影响[13]。
然而,这些模型对于气浮轴承并不完全适用。
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。
多孔质气体静压轴承静态性能分析的开题报告
1. 研究背景
多孔质气体静压轴承是一种高速运转下具有高精度与耐磨性的轴承，其在各种工业领域都有广泛应用，如石油机械、航空航天、机床等。
在气体静压轴承中，气体通
过孔隙和环道之间的缝隙进入轴承腔，形成静压力来支撑轴承。
因此，多孔质气体静
压轴承的性能受到孔隙结构和工况参数等因素的影响。
2. 研究目的
本文旨在对多孔质气体静压轴承的静态性能进行分析和研究。
具体包括以下方面：
（1）探究孔隙结构对轴承静压力的影响；
（2）研究多孔质气体静压轴承在不同工况参数下的静态性能；
（3）揭示多孔质气体静压轴承在高速旋转下的稳定性与可靠性。
3. 研究内容
（1）建立多孔质气体静压轴承的数学模型，包括孔隙结构和工况参数的影响因素，并根据连续方程、速度势方程、能量方程和状态方程分别建立轴承腔内的速度势场、温度场和气体密度分布等数学表达式。
（2）基于建立的数学模型，利用CFD软件进行仿真分析，研究孔隙结构和工况参数对轴承静压力的影响。
分析轴承静压力的分布规律、轴向载荷的变化以及各参数
之间的相互影响，形成静态性能的参数化模型。
（3）通过实验验证数学模型和仿真结果，探究多孔质气体静压轴承在高速旋转
下的稳定性和可靠性，并针对其缺陷或短板给出相应的优化建议。
4. 研究意义
研究多孔质气体静压轴承的静态性能对于提高其运转效率和稳定性具有重要的理论和实际意义。
本文的研究成果可以为工程实践提供有价值的参考和指导，对于轴承
的设计、制造和优化具有重要的技术指导作用。
空气静压主轴-轴承微振动和稳定特性分析空气静压主轴-轴承微振动和稳定特性分析摘要：空气静压主轴是现代高速加工领域中广泛应用的一种主要技术装备。
本文通过对空气静压主轴的微振动和稳定特性进行分析，探讨了提高主轴精度和稳定性的方法，为空气静压主轴的进一步优化提供了参考。
关键词：空气静压主轴、轴承、微振动、稳定特性、精度一、引言空气静压主轴是一种采用气体静压原理来实现轴承支撑的主轴装置。
与传统的机械轴承相比，空气静压主轴具有摩擦小、寿命长、噪音低等优点，特别适用于高速加工领域的需求。
然而，由于空气静压主轴的工作原理本身存在一定的不稳定性，会导致微振动的产生，进而影响主轴的精度和稳定性。
因此，对空气静压主轴的微振动和稳定特性进行分析，对提高主轴的加工精度和稳定性具有重要意义。
二、空气静压主轴的微振动机理空气静压主轴的微振动主要受到以下几个因素的影响：1. 气膜刚度不均匀性：由于气膜厚度在轴向和径向上的不均匀分布，会引起气膜刚度的不均匀性，从而导致主轴的微振动。
2. 气膜传递特性：空气静压主轴的传动介质是气体，具有一定的传递时滞特性。
当主轴受到外界扰动时，气膜的饱和时间和响应时间都会导致微振动的产生。
3. 轴承的动力特性：轴承的刚度和阻尼是影响主轴微振动的重要因素。
一般来说，刚性较高的轴承可以减小主轴的振动。
三、空气静压主轴的稳定特性分析空气静压主轴的稳定性是指主轴在工作过程中的振动情况，用来评估主轴的加工精度和稳定性。
主要通过以下几个方面进行分析：1. 动力学分析：通过分析主轴的动力学特性，可以得到主轴的固有频率和振型。
固有频率越高，主轴越稳定。
2. 振动测试：利用加速度传感器等测试设备对主轴的振动进行实时监测和分析，可以了解主轴在不同工况下的振动情况，从而进一步优化主轴结构。
3. 数值模拟：通过数值模拟方法，可以对主轴的传动特性进行仿真分析，包括气膜刚度、气膜响应时间等参数的变化对振动产生的影响。
四、提高空气静压主轴稳定性的方法为了提高空气静压主轴的稳定性和加工精度，可以采取以下方法：1. 优化气膜结构：通过改变气膜刚度和厚度的分布，提高气膜的均匀性，减小主轴的微振动。
滚动轴承的动静态特性研究滚动轴承作为广泛应用于机械领域的重要部件，其性能的稳定和可靠性对于机械设备的正常运转至关重要。
在实际应用中，由于受到多种因素的影响，滚动轴承的动静态特性会发生变化，这直接影响轴承的寿命和使用效果。
因此，研究滚动轴承的动静态特性至关重要。
一、滚动轴承的结构和工作原理滚动轴承是包含滚珠、圆柱和圆锥等的闭合式结构，通过外部的载荷或力矩的作用下，轴承内部的滚珠在滚道上滚动，从而实现滚动轴承的转动。
在不同的载荷和转速下，轴承内部的滚珠会受到不同的力的作用，从而导致动静态特性的变化。
二、滚动轴承的动静态特性1. 动态特性动态特性主要是指滚动轴承在运转过程中的振动情况，包括衬套与滚珠之间的滚动摩擦、滚珠与内外滚道之间的碰撞等。
这些因素影响了轴承的振动幅度和频率，从而也会影响轴承的噪声和寿命。
2. 静态特性静态特性是指滚动轴承在未受到外部载荷或力矩作用时的状态。
由于轴承内部的滚珠表面粗糙度和形状精度的差异，导致在静态情况下，轴承的内部间隙不均匀，从而直接影响轴承的负荷承载能力和使用寿命。
三、滚动轴承的动静态特性研究方法1. 轨道分析法轨道分析法是指通过分析滚动轴承内部滚道的几何形状和相互作用力学，计算出轴承内部的应力分布、滚动摩擦力以及滚珠与滚道之间的接触点位置等。
通过轨道分析法，可以分析轴承内部不同位置的应力状态，从而探索轴承的静、动态特性。
2. 振动分析法振动分析法是指通过测量轴承内部的振动信息，从而研究轴承的动态特性。
通过分析轴承的振动频率和幅度，可以了解轴承内部的摩擦状态、滚珠与滚道之间的碰撞情况以及轴承的寿命和负荷承载能力。
3. 数值模拟法数值模拟法是指通过建立轴承的模型，采用有限元分析法、多体动力学模拟等方法，研究轴承的静、动态特性。
通过数值模拟，可以分析轴承内部不同位置的应力状态和运动状态，并针对优化轴承的结构和材料提出具体方案。
四、结论研究滚动轴承的动静态特性，可以为优化轴承的结构和材料提供基础理论依据。
动静压气体轴承动态特性分析与稳定性控制方法研究
动静压气体轴承动态特性分析与稳定性控制方法研究
摘要：动静压气体轴承是一种典型的非接触式轴承，其优势在于可实现高速、高精度及长寿命的转子支撑。
然而，动静压气体轴承的动态特性对系统的稳定性具有重要影响，对其动态特性进行分析和稳定性控制方法进行研究具有重要意义。
本文基于气体动力学原理，通过对动静压气体轴承的动态特性进行分析，并提出一种稳定性控制方法，以提高其稳定性和性能。
关键词：动静压气体轴承；动态特性；稳定性控制；气体动力学
引言
动静压气体轴承是一种基于气体动力学原理工作，具有非接触式支撑转子的轴承。
相较于传统的机械轴承，动静压气体轴承具有无需润滑剂、摩擦损失小、寿命长的优点，因此广泛应用于高速、高精度的转子系统中，如航空航天、精密制造等领域。
然而，由于轴承自身的结构及工作原理等因素，动静压气体轴承存在一些不稳定的动态特性，如摆动、振动、涡旋等。
本节将通过对动静压气体轴承的动态特性进行分析，以及提出一种稳定性控制方法。
希望通过这些研究，能够更好地理解动静压气体轴承的动态行为，并提供一些解决方案，以提高其稳定性和性能。
动静压气体轴承的动态特性分析
动静压气体轴承的动态特性分析是研究该轴承系统稳定性的前提。
在分析之前，首先需要对动静压气体轴承的气体动力学原理有一定的了解。
动静压气体轴承是基于气体动力学原理
工作的，其原理是通过强制流体在轴承内形成气体薄膜，使得转子与静子之间形成气体动力支撑，从而实现转子的非接触式支持。
基于此原理，可以建立动静压气体轴承的数学模型。
该模型通常包括动力方程和气体方程两部分。
动力方程描述了转子在轴承中受到的各种力的平衡关系，包括气膜的静压力、动压力以及摩擦力等。
而气体方程描述了气体在轴承油膜中的流动行为，一般采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程进行描述。
通过对动力方程和气体方程的数值求解，可以得到动静压气体轴承的动态特性，如转子的偏心量、刚度系数以及阻尼系数等。
基于这些参数，可以进一步研究轴承的稳定性，并提出相应的控制方法。
动静压气体轴承的稳定性控制方法研究
针对动静压气体轴承存在的动态不稳定问题，需要进一步研究稳定性控制方法，以提高其稳定性和性能。
一种常见的稳定性控制方法是采用PID控制器对轴承系统进行控制。
PID控制器是一种常用的反馈控制器，其通过对轴承系统输出信号进行反馈控制，以实现系统的稳定性和性能要求。
在动静压气体轴承中，可以通过对气膜压力的控制，来实现系统的稳定性控制。
具体而言，可以通过调整PID控制器的参数，使得系统的稳定性更强，降低系统的振动。
此外，还可以考虑其他控制策略，如模糊控制、自适应控制等。
这些控制方法可以根据实际情况进行选择，以实现对动静压气体轴承系统的稳定性控制。
结论
本文通过对动静压气体轴承的动态特性进行分析和稳定性控制方法进行研究，可以更好地理解动静压气体轴承的动态行
为，并提供一些解决方案，以提高其稳定性和性能。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的控制方法，进一步研究和优化动静压气体轴承系统的稳定性。
希望本文的研究能够对相关领域的实际应用提供一定的参考和指导
通过研究动静压气体轴承的稳定性控制方法，可以改善轴承系统的稳定性和性能。
常见的稳定性控制方法包括PID控制器和气膜压力控制。
通过调整PID控制器的参数，可以增强系统的稳定性并降低振动。
此外，还可以考虑模糊控制和自适应控制等其他控制策略。
通过合理选择和优化控制方法，可以进一步提高动静压气体轴承系统的稳定性和性能。
本研究的成果对相关领域的实际应用具有一定的参考和指导作用。
