基于液体静动压的超精密机床头架设计

目前超精密机床和仪器的主轴回转精度已经从微米级向着亚微米甚至毫微米级发展,因此采用何种轴系结构来达到这种精度是设计和制造者所关注的一个极其重要的问题。基于此,在设计超精密轴系过程中参考已有的国内外静压轴系,设计了一种回转精度极高的半球液体静压轴承;针对超精机床主轴头架,设计超精车床及磨床的机械结构,确定其液压工作原理,采用静压球轴系和静压止推轴系的结构,完成其三维结构设计及建模,各参数选取计算,液压油路设计,外部液压原理图等部分。     

水润滑高速动静压滑动轴承数值模拟

采用有限元法求解壁面定律和Reynolds方程,对水润滑高速动静压滑动轴承进行了数值模拟分析.研究紊流状态水介质润滑条件下的动静压轴承三维压力分布、温度场分布及动特性系数,分析高速高压水润滑条件下的动静压轴承与油润滑条件下的动静压轴承不同的液腔压力分布、温度分布等特性.     

旋耕机双列深沟球轴承接触特性研究

轴承是旋耕机传动系统中的重要部件,其接触特性对于旋耕机轴承的承载能力、传动精度、可靠性等具有显著影响。为此,基于ANSYS/LS-DYNA显示动力学分析方法对SKF-4201ATN9型旋耕机双列深沟球轴承的应力、位移、速度等接触特性进行分析,并研究不同转速及载荷对轴承接触性能的影响规律。研究结果表明:滚动体速度、应力呈波峰波谷形式变化,最大应力出现在滚动体与内、外圈接触时;随着单元与内、外圈接触点之间的距离增大,应力大小显著减小;内圈转速对轴承位移、速度、应力变化频率影响明显,对应力值影响轻微;随着径向载荷增大,滚动体应力增大,仿真分析结果与理论结果基本吻合,为后续旋耕机双列深沟球轴承接触及动态特性分析提供了一定的参考。     

镗缸孔数控机床主轴部件静动态性能分析

为改善镗缸孔数控机床主轴的静动态特性,提高机床的加工精度。基于赫兹理论研究预紧参数对轴承刚度的影响,并计算出主轴轴承的径向刚度。对主轴部件进行适当简化,运用ANSYS软件建立其有限元模型。进行静力学分析计算出主轴静刚度并校核主轴强度;通过模态分析得出主轴部件的固有频率和模态振型;通过谐响应分析确定主轴的不同部位在特定激振力下位移随频率的响应。分析结果表明:主轴的静刚度为579N/μm,最大应力为22MPa,二者均满足设计要求;主轴的第1、2阶固有频率为801.79Hz,其临界转速为48 107r/min远高于主轴的工作转速,有效地避开共振区域;特定激振力下的谐响应峰值出现在3、4阶固有频率892.08Hz处,而主轴前端在工作频率300Hz处的振动位移仅为0.32μm,不会对主轴造成影响。     

海水淡化泵水润滑轴承试验测试与分析

为了研究不同转速下水润滑轴承动压润滑效果和系统稳定性,依据海水淡化泵的结构特点,设计了水润滑轴承试验台.基于试验对水润滑轴承周向压力分布及轴心轨迹进行监测分析,同时采用刚体求解方法对轴心涡动轨迹进行数值模拟计算,并将试验结果与数值模拟结果进行对比验证.结果表明:低转速时,楔形间隙内润滑介质水较少,水膜压力分布不连续且压力值较低,各监测点的压力曲线不稳定;随着转速的增大,润滑介质水增多,流体动压润滑效果增强,水膜承载效果增强,压力分布与压力曲线开始趋于稳定,表明整个轴承-转子系统开始趋于稳定;同时,随着转速的增大,液膜厚度增大,轴颈涡动振幅增大,涡动中心明显上移,试验实测结果与CFD模拟计算结果一致,验证了采用数值模拟来研究轴承-转子系统动力学特性有一定的借鉴和参考价值.     

计入空化效应的新型动静压轴承热动力分

基于气液两相流空穴模型,建立了螺旋油楔动静压轴承的热流体动力润滑数学模型.采用有限差分法,数值求解了广义雷诺方程、简化油膜能量方程及轴瓦热传导方程,研究了油膜压力分布以及供油温度和供油压力对轴承内表面温度的影响.结果表明:油膜破裂面积沿轴向先减小后增大,破裂位置沿圆周方向有一定的偏移,距离的大小与螺旋角有关;供油温度对轴承内表面温度的分布影响较大,而供油压力的影响相对较小.     

空气静压轴承参数的优化设计

空气静压轴承是在气体润滑技术基础上发展起来的一种轴承,广泛应用于各种超精密加工或测量设备。本文为了提高空气静压轴承的力学性能、轴承工作参数和设计参数对轴承静、动态性能的影响,参考了轴承的多目标优化设计方法,对轴承的设计参数进行了优化,仅供参考。     

机床高速主轴关键技术的探讨

高速主轴目前没有明确的定义,一般dn值在1.0×106以上的主轴为高速主轴.但随着轴承和润滑技术的发展,主轴的转速也在逐年提高,目前主轴的dn值已达到4.0×106mm.r/min.文章就机床主轴实现高速化的几个关键技术进行分析探讨.     

计入轴倾斜的曲轴-轴承系统动力学摩擦学耦合分析

以柴油机曲轴-轴承系统为研究对象,建立了计入主轴颈倾斜时弹性曲轴-轴承系统的动力学摩擦学耦合分析模型;采用ADAMS和Matlab联合仿真,在额定工况下进行了弹性曲轴动力学和主轴承摩擦学耦合分析;着重分析了计入曲轴主轴颈倾斜时,主轴承摩擦学行为和曲轴动力学响应之间的相互影响。计算结果表明：计入曲轴主轴颈倾斜,主轴承最小油膜厚度大幅度下降,最大油膜压力大幅度升高,曲轴轴承系统动力学特性以及响应也发生变化。     

多孔质气体静压轴承研究现状及发展趋势

多孔质气体静压轴承采用多孔质节流器,依靠外部供给加压气,形成承载气膜,实现支承和定位.分析了多孔质轴承支承原理,并说明气膜压力分布特点.总结了多孔材料在轴承中的应用及碳石墨多孔材料具有的相对优势.论述了流动模型、数值求解及试验的研究现状,说明雷诺润滑方程和Darcy方程是建立多孔质轴承流动模型的主流方法.总结了轴承优化方法,智能优化方法的应用情况.今后的研究重点是考虑流动惯性,基于Darcy-Forchheimer方程和雷诺润滑方程,建立多孔质轴承三维可压流动模型及其数值求解方法;考虑转子对气膜的惯性作用,使用CFD动网格计算多孔质轴承动特性;分析温度、材料变形等对多孔质轴承静动特性的影响;设计对中系统并采用高频激光测距仪,测试多孔质轴承静动特性;建立多参数、多目标的多孔质轴承优化平台,优化承载力、供气功耗等.     

向心球轴承载荷分布分析及寿命计算

考虑轴承接触角的变化,推导了向心球轴承在承受径向、轴向以及弯矩载荷作用下的力学平衡方程.基于拟静力学法建立了向心球轴承的载荷分布分析模型.在MATLAB中基于Newton-Raphson迭代法编制数值求解程序,并以此为基础研究了不同载荷参数对向心球轴承的整体载荷分布以及轴承疲劳寿命的影响.     

基于ANSYS的生物质平模成型机主轴裂纹分析

针对KLC550生物质成型机主轴在工程应用中出现的裂纹现象,利用ANSYS对生物质成型机主轴进行数值模拟以及试验测试研究。首先用ANSYS对生物质成型机主轴进行数值模拟,得到了成型机主轴的应力分布,分析表明主轴最大应力发生在主轴与轴承连接的轴肩处,并超出许用应力范围;对轴的结构进行优化,加高轴肩,增大过渡圆角;然后用DH5923动态测试仪和应变片组成的测试系统进行试验。结果表明:实验结果与模拟分析相吻合,主轴的应力集中是主轴的轴肩部位及键槽周围处出现小裂纹的关键因素。     

基于能量损耗的球轴承摩阻力臂计算方法

为了解决水工闸门滚动行走支承的球轴承摩阻力臂计算方法问题,从能量损耗角度出发,将球轴承的滚动摩擦简化为微观滑动、弹性滞后和黏着效应3种.其中微观滑动的接触面近似为圆形区域,其应力分布采用2个相似的＂赫兹＂应力分布式进行叠加,来满足接触边界条件;弹性滞后则是由于滚珠材料并不是完全的弹性材料引起的.当滚珠受外载荷作用时发生变形,在变形过程中由于材料内摩擦作用所引起的结构阻尼将消耗一部分能量,而这部分能量是产生弹性滞后的原因,弹性滞后与应变成正比;黏着效应与接触材料的表面能有关,当滚球在套圈内滚动时滚珠需要克服接触材料的表面能,在克服材料表面能的过程中需要消耗一部分能量,这部分能量就是产生黏着效应的主要原因.通过选用440C不锈钢、氮化硅、碳化硅和碳化钨等滚动轴承中常用的材料进行计算,研究发现球轴承的摩阻力臂与打滑比成正比、与载荷成反比.     

拖拉机涡轮增压器中混合陶瓷球轴承无损检测设计

依据多频涡流检测原理,提出了一种新的基于调频涡流的混合陶瓷球轴承无损检测方法。该方法采用单个检测通道和三角波调制信号,可以实现不同深度缺陷的检测和得到幅值线性变化的调制信号,使用自比式探头作为传感器,有效地抑制了温度漂移和探头振动产生的误差,提高了检测的效率和精度。建立了拖拉机涡轮增压器中混合陶瓷球轴承涡流无损检测仿真模型,并利用有限元软件对不同缺陷尺寸的拖拉机涡轮增压器中混合陶瓷球轴承进行了缺陷尺寸识别的仿真模拟计算,搭建了多频涡流无损检测系统实验平台,将实验测得的缺陷尺寸结果和仿真模拟计算进行了对比,验证了仿真和实验结果的一致性,进而说明了多频涡流检测在拖拉机涡轮增压器中混合陶瓷球轴承实际生产中应用的可行性。     

高速电主轴功率流模型与热态特性研究

根据能量守恒定律建立了高速电主轴功率流模型,研究了电动机电磁损耗、轴承摩擦损耗和风阻损耗之间的关系,并且通过实验测量2ZDG60型高速电主轴运行过程中的电磁损耗参数,对此模型进行验证,其理论计算结果与实验结果吻合度较高。在此基础上,对2ZDG60型高速电主轴进行了热态有限元仿真,分析其不同转速下的温升分布,其中在集中产热区域轴承和电动机处温升较高,测量前轴承外圈以及壳体前部、中部、后部的温升情况,实验数据与仿真数据相比误差较小,进一步验证了高速电主轴功率流模型的准确性     

不同进水压力下水润滑轴承润滑特性试验研究

针对海水淡化高压泵水润滑轴承-转子系统在运行过程中由于进水压力的改变而带来的安全、可靠和稳定性等问题,以轴心轨迹以及周向压力脉动为主要研究目标,对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承轴心轨迹数值模拟,并通过前期设计研制的海水淡化高压泵用水润滑轴承试验台对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承运行过程中轴心轨迹及周向压力脉动进行试验研究.从计算和试验结果的总体变化趋势可以得知,进水压力对干转子情况下液膜形成的影响较大,而湿转子由于转子系统阻尼因素影响,进水压力对轴心轨迹影响变小,但整体变化趋势与干转子变化趋势相近,对系统整体而言在进水压力为0.2 MPa时,系统运行较为稳定,文中为进一步提高万吨级海水淡化高压泵系统稳定运行能提供了一定的研究基础.     

海水淡化高压泵水润滑轴承液膜压力分布

针对海水淡化高压多级泵水润滑轴承的可靠性论证研究和探究其液膜动力传递机理,并分析液膜压力分布及其影响因素,文中采用有限差分法数值求解二维定常雷诺方程将方程离散化处理,并且采用超松弛迭代法求解离散的线性方程组以达到加速收敛的目的,通过Matlab编程求得海水淡化泵水润滑轴承沿周向的水膜压力先增后减并呈现出非线性,而沿轴向则呈抛物线分布,并通过对轴承宽径比和偏心率参数方案的选择对比,研究其影响水润滑轴承的压力分布,结果显示水膜压力随轴承宽径比和偏心率的增大而增大.验证结果表明前期设计的水润滑轴承,能够保证水润滑轴承所起的安全润滑和支撑作用.     

不同润滑油品对内燃机主轴承润滑性能的影响

建立了内燃机主轴承热弹性流体动力润滑模型,对3种不同牌号的润滑油品的润滑性能进行了计算研究。结果表明,使用3种润滑油,在低速和小负荷工况下,主轴承处于流体动力润滑状态,润滑性能良好;在中等转速中等负荷工况下,油膜厚度减小,油膜温度上升,摩擦功耗增加,但轴承仍能维持流体动力润滑状态;在高转速大负荷工况下,使用CD5W/30润滑油时,主轴承处于边界润滑状态,表明该润滑油不适合在模型机上使用。     

一种钠冷快堆核主泵动静压导轴承间隙流体动力特性分析

针对钠冷快堆核主泵在实际运行过程中存在轴颈磨损和泄露问题,提出了一种通过设置螺旋槽来改善轴承间隙流体动力特性的方法.基于CFD数值模拟,对比了轴瓦螺旋槽轴承和主轴螺旋槽轴承性能优劣,发现主轴螺旋槽轴承效果更好.据此,探讨了螺旋槽结构参数对轴承间隙流体动力特性的影响,提出了初步优化的轴承结构.结果表明:影响支反力和偏位角的主因素是螺旋槽螺旋角,随着螺旋角的增大支反力增大、偏位角减小;影响泄漏量的主因素是螺旋槽螺旋角和槽台宽比,随着螺旋角和槽台宽比的增大泄漏量增大;头数对轴承性能参数影响不具有统计学意义.当螺旋槽结构参数设计为头数12,螺旋角42°,槽台宽比2时,导轴承具有最优的综合性能.研究成果对轴承结构设计有一定的指导意义.     

水润滑塑料合金轴承的弹性变形及其影响

从分析水润滑塑料合金轴承不在动压条件下的弹性变形入手，推导出支承间隙方程式，并通过傅立叶级数对压强函数进行展开，分析了弹性变形和压强的关系。最终得出动压条件下压强分布函数和弹性变形函数，并以此对实际工况的一些现象进行了解释。