【摘 要】
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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,
【基金项目】
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不同槽结构静压气体轴承静态特性仿真研究.江苏省研究生科研与实践创新计划资助项目,编号:KYCX20-2917;
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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。
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