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狭缝节流气体静压轴承设计及其静态性能研究

狭缝节流气体静压轴承设计及其静态性能研究

作者：徐宗泽江苏海洋大学

学位级别：硕士

近年来,随着现代工业技术的快速发展以及人们对环保要求的日益提高,传统的轴承难以满足特殊工况要求。气体静压轴承因具有近零摩擦、高速度、高精密、高寿命等显著优点,在超高速旋转机械、超精密加工机床、精密测量仪器、空间机器人等... 详细信息

近年来,随着现代工业技术的快速发展以及人们对环保要求的日益提高,传统的轴承难以满足特殊工况要求。气体静压轴承因具有近零摩擦、高速度、高精密、高寿命等显著优点,在超高速旋转机械、超精密加工机床、精密测量仪器、空间机器人等领域有着重要的应用。气体静压轴承还存在着一些不足:承载能力、刚度等静态性能较低,稳定性较差等。为了进一步满足工业的需要,提高气体静压轴承的静态性能成为了众多学者日益研究的重点。目前,研究如何改善气体静压轴承的静态性能,比如承载能力、刚度等,已成为当务之急。本文以狭缝节流气体静压轴承为研究对象,在轴承端面开设周向呈矩形,从节流孔到气膜方向呈由浅至深结构的新型复合均压槽,通过数值计算、仿真模拟和实验验证三个层面逐步展开研究,旨在阐释该新型均压槽对气体静压轴承静态性能的影响,并给出在轴承静态性能最优时的槽型参数,具有一定的理论意义和工程应用价值。首先,建立狭缝节流气体静压轴承的整体几何模型,对其进行气膜间隙的流场计算;随后建立周向呈矩形,从节流孔到气膜方向呈由浅至深结构复合均压槽的几何模型,对其进行槽型区域的流场计算。给出搭载该新型均压槽气体静压轴承的承载能力和刚度计算公式,并通过实例指出该新型均压槽对轴承静态性能的影响,为仿真模拟提供依据。其次,基于对槽型区域的数值计算,利用Fluent仿真软件,分析周向呈矩形,从节流孔到气膜方向呈由浅至深结构均压槽的不同几何参数(槽型的深度、直径、数目以及供气压力)对气体静压轴承静态性能的影响,结果表明该均压槽能够有效提高狭缝节流气体静压轴承的承载能力和刚度。气体静压轴承在气膜厚度相同的条件下,轴承承载能力随着槽结构深度、直径和供气压力的增大而增大,随着槽结构数目的增加,承载能力却在不断地减小。刚度则随着均压槽各项参数的增大,呈现先增大后减小的趋势。该槽型最大承载能力对应的气膜厚度在5-10μm之间,最大刚度对应的最佳气膜厚度在10-15μm之间。当气膜厚度在10μm、槽深为0.06 mm,槽直径为50 mm,槽的数目为4时,轴承的承载能力和刚度最优。最后,通过仿真计算获得的最优设计参数,进行轴承端面开槽实验。通过自主设计并搭建实验平台来验证数值计算和仿真分析的结论。实验结果表明,开设周向呈矩形,从节流孔到气膜方向呈由浅至深结构新型均压槽的承载能力和刚度与仿真结果趋势相同,验证了数值计算与仿真分析的正确性,在一定程度上解决了工程实际问题并为气体静压轴承的发展提供了指导。该论文有图41幅,表3个,参考文献71篇。

关键词：气体静压轴承狭缝节流均压槽静态性能

主动控制狭缝节流气浮支承结构及承载特性研究

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润滑与密封 2022年第2期47卷 30-36,43页

作者：罗强于普良胡回姜庆鲜小东武汉科技大学冶金装备及控制教育部重点实验室机械传动与制造工程湖北省重点实验室省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院湖北武汉430081

为实现气浮支承承载性能的主动调节,设计一种主动控制狭缝节流气浮支承,可通过调节狭缝节流面积来调节气浮轴承承载力。建立气浮轴承CFD模型,运用动网格技术研究径向狭缝高度、供气压力和气膜厚度对气浮支承承载力的影响。结果表明:通... 详细信息

为实现气浮支承承载性能的主动调节,设计一种主动控制狭缝节流气浮支承,可通过调节狭缝节流面积来调节气浮轴承承载力。建立气浮轴承CFD模型,运用动网格技术研究径向狭缝高度、供气压力和气膜厚度对气浮支承承载力的影响。结果表明:通过主动调节狭缝节流面积可以实现承载力的动态调节;增大狭缝节流面积可以增大承载力变化范围,增大供气压力、径向狭缝高度及减小气膜厚度可提高气浮支承静态承载力。所设计主动控制狭缝结构可以实现气浮支承承载性能的动态调节,为今后主动控制气浮支承的应用与发展奠定了理论基础。

关键词：狭缝节流承载力节流面积动网格主动控制气浮支承

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螺旋槽狭缝节流动静压气体止推轴承静态特性

润滑与密封 2022年第7期47卷 10-15页

作者：李树森穆岩璞马添潇东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

为优化动静压气体止推轴承的承载特性,设计一种具有螺旋槽和狭缝节流器结构的动静压气体止推轴承,采用Fluent对轴承静态特性进行仿真分析,通过改变主轴转速、供气压力,研究气膜厚度、螺旋槽宽度、狭缝厚度等参数对轴承静态特性的影响。... 详细信息

为优化动静压气体止推轴承的承载特性,设计一种具有螺旋槽和狭缝节流器结构的动静压气体止推轴承,采用Fluent对轴承静态特性进行仿真分析,通过改变主轴转速、供气压力,研究气膜厚度、螺旋槽宽度、狭缝厚度等参数对轴承静态特性的影响。结果表明:相对狭缝节流止推轴承,增加螺旋槽结构可以提升轴承的动压效应增强,从而提升轴承的承载力和刚度;相同条件下,气膜厚度越大,轴承的承载力和刚度越小;主轴转速和供气压力增加,承载力和刚度均提升明显;螺旋槽宽度增加,轴承的承载力和刚度先增大后减小;狭缝厚度增大,轴承的承载力先增大后不变,刚度先增加后减小;狭缝深度提升,轴承的承载力减小,刚度先增大后减小。

关键词：动静压气体止推轴承狭缝节流螺旋槽静态特性

狭缝节流气体静压润滑方程式的离散化和相容性条件

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机械工程学报 2003年第1期39卷 33-37页

作者：刘暾杜建军姚英学谢大纲哈尔滨工业大学航天工程与力学系哈尔滨150001 哈尔滨工业大学

提出了一种将常用不同结构形式的狭缝节流气体静压轴承基本方程式的相容变换条件,把结构种类繁多的狭缝节流气体静压轴承的分析,变换成统一的等价标准形式轴承的计算,使自动化编程成为可能。还利用加权余量法把偏微分方程式离散化,把二... 详细信息

提出了一种将常用不同结构形式的狭缝节流气体静压轴承基本方程式的相容变换条件,把结构种类繁多的狭缝节流气体静压轴承的分析,变换成统一的等价标准形式轴承的计算,使自动化编程成为可能。还利用加权余量法把偏微分方程式离散化,把二阶偏微分方程降阶为一阶,放松了对插值函数连续度的要求,便于借助有限元技术分析狭缝节流气体静压轴承的流场参数,给出了计算轴承承载特性的方法。同时,将该方法成功地应用于动压轴承的计算中。

关键词：润滑离散化气体静压轴承狭缝节流相容条件雷诺方程

狭缝节流空气静压轴承局部气膜流场的直接数值模拟

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润滑与密封 2020年第3期45卷 63-69页

作者：王永振卢志伟赵晓龙刘波张君安西安工业大学机电工程学院陕西西安710021

采用3阶精度的迎风格式及2阶精度的中心差分格式,直接求解二维非定常N-S方程组,研究狭缝节流空气静压轴承压降恢复之后区域的流场特性。使用雷诺方程计算相同位置气膜中心处的流场状态,并与直接数值模拟方法的计算结果进行对比。结果表... 详细信息

采用3阶精度的迎风格式及2阶精度的中心差分格式,直接求解二维非定常N-S方程组,研究狭缝节流空气静压轴承压降恢复之后区域的流场特性。使用雷诺方程计算相同位置气膜中心处的流场状态,并与直接数值模拟方法的计算结果进行对比。结果表明:雷诺方程与N-S方程在计算域内计算结果基本一致,两者压力偏差为0.173%,速度偏差为1.217%;流场压力、密度沿气流方向逐渐减小,但在气膜方向几乎不变;流场速度、压力梯度沿气流方向逐渐增加,速度在流场出口处达到最大值;直接数值模拟方法得到了流场的温度变化,即整个流场的温度变化很小,温度整体呈上下高、中心低的分布,而雷诺方程无法计算得出整个流场的温度变化情况;采用雷诺方程计算轴承压降恢复之后区域的流场是合理的。

关键词： N-S方程直接数值模拟压降空气静压轴承狭缝节流

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狭缝节流静压气体止推轴承性能研究

机床与液压 2016年第7期44卷 58-61,65页

作者：孙昂马文琦刘慧贞大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026

为研究狭缝节流气体止推轴承流场特性,利用运动方程、连续性方程及气体状态方程推导了流场的压力分布公式、质量流量公式和最佳刚度条件,并在一定的参数条件下计算了轴承的承载和刚度。理论分析和计算结果表明,在其他参数相同的条件下,... 详细信息

为研究狭缝节流气体止推轴承流场特性,利用运动方程、连续性方程及气体状态方程推导了流场的压力分布公式、质量流量公式和最佳刚度条件,并在一定的参数条件下计算了轴承的承载和刚度。理论分析和计算结果表明,在其他参数相同的条件下,轴承的承载力和质量流量随狭缝的宽度的增加而增加;随着狭缝深度的增加而减小;在其它结构参数相同的条件下,随着狭缝深度的增加,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加;随着狭缝宽度的减小,最大刚度对应的气膜厚度逐渐减小,最大刚度值增加。

关键词：狭缝节流止推轴承承载力

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狭缝节流动静压径向气体轴承的特性研究

狭缝节流动静压径向气体轴承的特性研究

作者：龚希美中原工学院

学位级别：硕士

狭缝节流径向动静压气体轴承,综合了静压轴承和动压轴承两种类型的优点,既改善了静压轴承的承载能力,并防止动压轴承所产生的摩擦损耗;狭缝节流动静压轴承能够产生动压效应,可以大幅降低轴承的功耗、提高轴承的特性。静压轴承的基本原... 详细信息

狭缝节流径向动静压气体轴承,综合了静压轴承和动压轴承两种类型的优点,既改善了静压轴承的承载能力,并防止动压轴承所产生的摩擦损耗;狭缝节流动静压轴承能够产生动压效应,可以大幅降低轴承的功耗、提高轴承的特性。静压轴承的基本原理是加压气体通过节流器进入轴承,进而发挥润滑功效。因此,其主要特征为节流效应;动压轴承是凭借轴承转速,在对气体产生动力影响的条件下,出现的动压效果,发挥润滑功能,其主要特征是速度效应。本文利用Fluent软件计算分析了狭缝节流静压气体轴承,主要是供气压力对其静态特性的影响。以狭缝节流动静压径向气体轴承为研究对象,利用Gambit软件进行三维建模仿真,着重分析了承载力随动压槽各结构参数的变化。通过分析不同类型的动压槽对轴承特性的影响,根据轴承承载力最终确定了动压槽类型为人字槽。针对人字槽研究分析了其结构参数对轴承承载能力的影响,并得出人字槽的相关参数的最优值,人字槽的个数的确定,并通过分析分别选定了螺旋角、槽宽比、槽长比、槽深比等的参数值。

关键词：动静压气体轴承狭缝节流动压槽承载力

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狭缝节流静压气体轴承特性研究

狭缝节流静压气体轴承特性研究

作者：胡居伟中原工学院

学位级别：硕士

气体润滑是利用气体来取代以往传统的油液、油脂润滑的一种润滑方式，润滑系统利用润滑气体进入支撑间隙，形成具有一定承载能力的气膜，由于气膜的作用使润滑面之间没有直接的接触，因此，气体润滑轴承与传统的液体滑动轴承及滚动轴承... 详细信息

气体润滑是利用气体来取代以往传统的油液、油脂润滑的一种润滑方式，润滑系统利用润滑气体进入支撑间隙，形成具有一定承载能力的气膜，由于气膜的作用使润滑面之间没有直接的接触，因此，气体润滑轴承与传统的液体滑动轴承及滚动轴承相比，具有速度高、振动和噪声小、精度高、耐高温、摩擦力小、摩擦功耗低、能在恶劣的环境下工作、洁净无污染和寿命长等特点。本文主要针对狭缝节流径向静压轴承进行了研究，利用CFD(ComputationalFluent Dynamics)软件对气体静压轴承进行流体流场仿真，CFD即计算流体力学，它是流体力学的一个分支，CFD是这样一门技术，它主要通过计算机对流体流动、传热、燃烧等相关物理现象的系统进行模拟。本文首先利用三维建模软件对狭缝节流径向静压气体轴承进行物理模型的建立，然后将建立的模型导入CFD前处理软件Gambit中进行划分网格、设置边界条件等，在求解的过程中，选用Fluent软件求解器，采用二介迎风格式对模型进行模拟计算，设定气体在轴承间隙内的流动为层流流动状态，对狭缝节流静压气体轴承进行基本理论分析，并对狭缝节流径向气体静压轴承与小孔节流径向静压气体轴承的特性轴承承载力、刚度和耗气量进行了对比，得出狭缝节流器优于小孔节流器。后进而对狭缝节流径向静压气体轴承节流器狭缝结构设计进行了研究，研究了节流器轴向与周向节流狭缝结构对轴承特性承载力、刚度和耗气量的影响，节流器连续性即连续缝与非连续缝节流对轴承特性的影响，从中得出了狭缝节流器为周向不连续狭缝时比较理想;并从轴承的设计参数（轴承长径比L/D、偏心率ε、气膜厚度h、狭缝位置、狭缝宽度H、狭缝深度y及狭缝数量）进行了研究分析，分别分析了轴承设计参数对轴承特性承载力、刚度和耗气量的影响规律，并从中得出了一些规律，对狭缝节流静压气体轴承的设计具有现实的指导意义。

关键词：径向静压气体轴承气体润滑狭缝节流轴承静态特性

人字槽狭缝节流动静压气体轴承的静态特性研究

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液压与气动 2018年第5期42卷 63-68页

作者：王广洲王文博于贺春李智浩赵则祥中原工学院机电学院河南郑州450007

针对人字槽狭缝节流动静压气体轴承,采用Solid Works软件进行三维建模,采用ICEM软件分区对三维模型进行网格划分,运用ANSYS环境下的Fluent软件进行仿真求解。研究了轴承转速n、狭缝类型(连续狭缝与非连续狭缝)、狭缝数m、人字槽数N、偏... 详细信息

针对人字槽狭缝节流动静压气体轴承,采用Solid Works软件进行三维建模,采用ICEM软件分区对三维模型进行网格划分,运用ANSYS环境下的Fluent软件进行仿真求解。研究了轴承转速n、狭缝类型(连续狭缝与非连续狭缝)、狭缝数m、人字槽数N、偏心率ε等轴承参数对人字槽狭缝节流动静压气体轴承的静态特性的影响规律。结果表明:随着轴承转速的提高,轴承的静态特性提高,非连续狭缝和连续狭缝对人字槽动静压轴承的承载力、静刚度以及耗气量的影响趋势相同;从轴承的承载力、静刚度以及耗气量考虑,非连续狭缝的静态特性优于连续狭缝。当偏心率ε约为0.6,人字槽面积占轴承内壁表面积约为0.1,人字槽个数N为10～12,狭缝段数m为7以及狭缝宽度b1为16～18μm时,人字槽狭缝节流动静压气体轴承的静态特性最佳。

关键词：狭缝节流人字槽动静压气体轴承静态特性建模仿真