自补偿液体静压轴承静动态特性有限元分析
自补偿液体静压轴承静动态特性有限元分析
自补偿液体静压轴承静/动态特性有限元分析作者:佐晓波尹自强王建敏李圣怡来源:《湖南大学学报·自然科学版》2014年第01期摘要:对一种新型的自补偿双锥面液体静压轴承进行了理论和实验研究.介绍了自补偿双锥面液体静压轴承结构与工作原理,采用小扰动法建立了其润滑油膜的理论模型,自补偿节流公式中计入了转子移动对节流间隙的影响.采用有限元方法求解了轴承的承载力、流量、刚度和阻尼系数,通过对承载力的测试验证了模型的可行性.结果表明:自补偿双锥面液体静压轴承比同条件下固定节流静压轴承的径向承载力高,且其在较小载荷下工作时具有较高刚度.关键词:液体静压轴承;自补偿;静态特性;动态特性;有限元;小扰动方法中图分类号:TH133.3 文献标识码:A液体静压轴承具有承载力大,刚度高,阻尼特性好和磨损小等一系列优点,在精密机床主轴、导轨和转台等基础设备中有着广泛的应用.节流器对静压轴承的静、动态性能具有重要影响.常用的轴承节流器包括小孔、毛细管、狭缝等固定节流器和薄膜等可变节流器,其在现有文献中有较深入的研究.Chen等[1]对毛细管节流静压轴承性能进行了理论研究,郭力等[2]则对毛细管节流的大型动静压轴承进行了实验研究, Chen等[3]以及 Nicodemus和Sharma[4]研究了小孔节流静压轴承性能,结果均表明节流参数的选择对轴承性能具有重要影响.Sharma等[5]研究了狭缝节流轴颈轴承,指出其失稳速度比毛细管和小孔节流轴承高.郭力等[6]则提出一种圆隙缝节流静压轴承,计算表明其性能优于传统狭缝节流轴承.Singh等[7]和Brecher等[8]研究了薄膜节流多腔静压轴承的特性.Gao等[9-10]分析了一种采用PM流量控制器的新型薄膜节流静压轴承的静态和动态特性.以上类型轴承,节流器的设计、制造往往较为复杂.自补偿节流轴承不使用节流器,采用自身结构实现节流,其性能介于固定节流和薄膜节流之间.夏恒青[11]和王瑜[12]分别对自补偿液体静压轴颈轴承的节流腔结构和动态性能进行了研究.Kane等[13]将节流间隙与承载间隙设计成呈角度相交的两段,制造了一种适用于转台的自补偿静压轴承.现有文献中对自补偿轴承的报道相对较少.本文设计了一种新型的自补偿液体静压轴承,采用小扰动理论建立了轴承计算模型,并采用有限元法计算了其静、动态特性.1自补偿静压轴承结构及其节流原理轴承结构示意图如图1(a)所示.轴承采用双锥面形式,主轴由两个圆锥零件和一个连接块组装而成,定子上安装节流环,由节流环的外表面与转子相应配合表面形成的间隙实现润滑油的节流,因不采用传统形式的节流器,所以称为自补偿静压轴承.图1(b)所示为轴承实物图.图2为定子结构示意图,圆柱型节流环外表面上加工有节流单元,其通过内部的油路与轴承表面的油腔连通,每个油腔对应一个节流单元.为适应超精密机床对轴承回转精度的要求,采用多油腔结构,可以有效均化制造误差对油膜厚度的影响.参考图1和图2说明节流原理.高压润滑油由供油口进入轴承与转子间的环形空腔,然后越过节流环端面进入节流间隙中,经节流单元产生一定的压力损失后进入轴承表面油腔.节流间隙对进入油腔的润滑油压力起到调节作用,从而使油膜压力适应载荷变动.当轴发生偏心时,轴承间隙减小一侧的节流间隙增大,使油腔前的压力损失减小而流量增大,从而使油腔压力升高,同理轴承间隙增大一侧油腔压力相应降低,两侧压力差产生油膜回复力.4结果与讨论图5所示为轴承无量纲承载力相对于无量纲位移的变化曲线,并与固定狭缝节流双锥面轴承在相同条件下进行了比较.由曲线看出:1)仿真结果与实验结果比较接近,但是因为轴承中含有各种制造误差,而且在高压下转子会发生向外变形增大实际间隙,这些因素均不利于轴承承载力,因而实测值比计算值小.为了更明晰地研究轴承性能,计算模型未将这些因素考虑在内.2)自补偿静压轴承的轴向承载性能与固定狭缝节流轴承相等,但是前者的径向承载力更大,当偏心率为0.5时比后者提高102.7%,说明与固定节流相比自补偿方式可以将承载力提高一倍.3)承载力随位移的变化呈现明显的非线性,尤其是当轴承径向受载时,非线性更加明显,这是由于转子径向运动时,节流间隙与轴承间隙同时变化造成的.4)圆锥面半顶角为50°条件下,所设计轴承的轴向承载能力更大,当无量纲位移为0.5时比径向承载力高出14.5%.图6所示为无量纲流量随无量纲位移的变化曲线.由图可以看出:1)转子在轴承中心位置时所需润滑油流量最大.2)轴承轴向受载工作时比径向受载所需的润滑油流量大,轴承在大偏心条件下工作时润滑油需求量明显降低,径向偏心率为0.5时轴承消耗润滑油流量比初始位置时降低32.6%.5结论本文设计并制造了一种新型的自补偿液体静压轴承,采用有限元方法求解扰动雷诺方程,得到了该轴承在低速条件下的承载力、流量、刚度和阻尼系数等静、动态特性参数,并采用实验方法实测了轴承的承载力.根据数值分析结果,可以得到以下结论:1)自补偿双锥面液体静压轴承与固定节流轴承相比,轴承承载力基本相当,径向承载力具有明显提高.2)自补偿双锥面液体静压轴承建模时需考虑转子运动对节流间隙的影响,所建立的模型能够有效计算自补偿轴承的特性.3)自补偿双锥面液体静压轴承在低载荷工作条件下具有较高的刚度,在重载荷条件下刚度在载荷方向有较大降低;径向阻尼随位移变化不大,而轴向阻尼随位移增大.参考文献[1]CHEN C, CHANG Y, LEE H, et al. The influences of capillary restriction and journal eccentricity on the stability of the rigid rotorhybrid bearing system[J]. Industrial Lubrication and Tribology, 2007, 59(1): 46-51.[2]郭力,李波,朱均. 大型高速动静压轴承的试验研究[J]. 湖南大学学报:自然科学版,2000, 27(4): 50-56.[3]CHEN C, KANG Y, HUANG C. The influences of orifice restriction and journal eccentricity on the stability of the rigid rotorhybrid bearing system[J]. Tribology International,2004, 37: 227-234.[4]NICODEMUS E R, SHARMA S C. Orifice compensated multirecess hydrostatic/hybrid journal bearing system of various gemetric shapes of recess operating with micropolar lubricant[J]. Tribology International, 2011, 44: 284-296.[5]SHARMA S C, KUMAR V, JAIN S C, et al. A study of slotentry hydrostatic/hybrid journal bearing using the finite element method[J]. Tribology International, 1999, 32: 185-196.[6]郭力,朱均. 圆隙缝动静压轴承承载刚度分析[J]. 湖南大学学报:自然科学版, 1996,23(3): 103-108.[7]SINGH N, SHARM A S C, JAIN S C, et al. Performance of membrane compensated multirecess hydrostatic/hybrid flexible journal bearing system considering various recess shapes[J]. Tribology International, 2004, 37: 11-24.[8]BRECHER C, BAUM C, WINTERSCHLADEN M, et al. Simulation of dynamic effects on hydrostatic bearings and membrane restrictors[J]. Product Engineering Research and Development, 2007(1): 415-420.[9]GAO D R. Theoretical analysis and numerical simulation of the static and dynamic characteristics of hydrostatic guides based on progressive mengen flow controller[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2010, 23(6): 709-716.[10]高殿荣,赵建华,张作超,等. PM流量控制器参数对液体静压导轨性能影响的研究[J]. 机械工程学报, 2011, 47(18): 186-194.[11]夏恒青. 内部节流静压动静压支承中节流腔新结构及其不同布置时的支承性能[J]. 郑州工学院学报,1989, 10(2):97-102.[12]王瑜.双列内节流液体静压轴承动态特性分析[J]. 哈尔滨工业大学学报, 1998, 30(1): 43-45.[13]KANE N R, SIHLER J, SLOCUM A H. A hydrostatic rotary bearing with angled surface selfcompensation[J]. Precision Engineering, 2003,27:125-139.[14]颜运昌,王承翔.多油楔轴承动态特性的有限元分析[J].湖南大学学报:自然科学版,1996,23(4): 82-86.[15]郭力,李波,伍毅刚. 动静压可倾瓦轴承有限元分析[J].湖南大学学报:自然科学版,1998,25(1):31-36.。
压力补偿器密封件的有限元分析及实验研究
(. e c o l frsucsa d sf y egn eig o et lsuh u i r t,C a gh ,10 2 hn ; 1 sh o o o re n ae n ier fcnr o t nv s y h n sa 0 1 , ia e t n a ei 4 C
Ex rm e tl R e e r h n F n t Elm e t pe i n a s ac a d iie e n Anay i f S as lss e o l
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液体静压导轨支承油膜的有限元分析
48
机床与液压
第 35卷
zm ), 用线性插值法容易推导出任一单元形状函数为
p = N ipi i, j, m
其中:
Ni
=
1 2e
( ai
+ biz + ci ),
1
e=
1 2
1
1
i zi j zj , m zm
ai = zj - zm, bi = m - j, ci = j zm - m zj。 由此求得
e
1
4
2 e
h3
e
ar a s +
1
2
br
bs
d dz
由于求解区域内的总压力泛函等于各单元压力泛
函之和, 从而有
E0
J ( p ) = J(e) (p ) e=1
式中 E0 为单元总数。
于是
式中:
E0
J(p) =
J( e) (p ) = [K ] {P } - {F } ( 9)
pi
e= 1
pi
i= 1, 2, , n, n 为节点总数;
个油腔的压力为
i 的第 i
pri
=
1+
Rg Rh0
ps ( 1- A
cos i ) 3
( 3)
式中: Rh0为在设计状态 ( = 0) 时的油腔液阻,
Rh0 =
6ab t h0 [ a ( L - a ) +
bD
0]
h 0 为导轨平均半径间隙;
b为周向封油面宽度;
t 为油膜动力粘度; Rg 为节流器液阻;
式中: D 为导轨直径;
L 为滑块长度;
a 为轴向封油面宽度;
液体静压轴承设计准则及原理介绍
作用原理供油压力恒定系统的液体静压轴承和轴瓦的构造。
外部供给的压力油通过补偿元件后从供油压力降至油腔压力,再通过封油面与轴颈间的间隙从油腔压力降至环境压力。
多数轴承在轴不受外力时,轴颈与轴承孔同心,各油腔的间隙、流量、压力均相等,这称为设计状态。
当轴受外力时轴颈位移,各油腔的平均间隙、流量、压力均发生变化,这时轴承外力与各油腔油膜力的向量和相平衡。
补偿元件起自动调节油腔压力和补偿流量的作用,其补偿性能会影响轴承的承载能力、油膜刚度等。
供油压力恒定系统中的补偿元件称为节流器,常见的有毛细管节流器、小孔节流器、滑阀节流器、薄膜节流器等多种。
供油流量恒定系统中的补偿元件有定量泵和定量阀。
补偿元件不同,轴承载荷-位移性能也不同。
由于轴的旋转,在轴承封油面上有液体动压力产生,有利于提高轴承的承载能力。
这种现象称为动压效应,速度越高,动压效应也越显著。
设计准则设计液体静压轴承时应根据要求性能进行优化,如要求承载能力最大,油膜刚度最大,位移最小,功耗最少等。
为增大轴承的动压效应和减少流量,液体静压轴承的封油面宜适当取宽些;为提高轴承的油膜刚度,轴承间隙宜适当取小些;轴承的温升、流量与供油压力成正比,泵功耗与供油压力的平方成正比,故在满足承载能力的前提下供油压力不宜过高。
设计状态下的油腔压力与供油压力之比称为压力比。
它是影响轴承性能的重要参数,可根据对承载能力、油膜刚度和位移等不同要求选取。
按设计状态下油膜刚度最大的原则选取时,压力比为:毛细管节流器0.5,小孔节流器0.586。
润滑油粘度应根据轴承的摩擦功耗和泵功耗之和为最小的原则选取。
对于中等以下速度的轴承,摩擦功耗与泵功耗之比为1~3时,总功耗为最小。
基于FLUENT的液体动静压轴承的动态特性分析
基于FLUENT的液体动静压轴承的动态特性分析于天彪;王学智;关鹏;王宛山【摘要】Computational fluid dynamics software FLUENT was used to analyze the dynamic characteristics of five-chamber hybrid bearing, and the internal pressure and temperature field of hybrid bearing was obtained. The carrying capacity, temperature,stiffness,damping and other dynamic parameters were calculated,and the influence of eccentricity and speed on the dynamic parameters was analyzed. The results show that in the condition of oil pressure and bearing eccentricity constant, with the rotate speed increasing,the oil temperature rises,and the carrying capacity and the attitude angle increase; in the condition of oil pressure and rotate speed constant,with the increasing of eccentricity,the flow and the carrying capacity increase,and the attitude angle is essentially unchanged.%应用计算流体力学软件FLUENT对超高速磨削用五腔动静压轴承进行动态特性研究,得到动静压轴承内部压力场和温度场分布;计算轴承的承载力、温度、刚度、阻尼等动态参数,分析这些动态参数与偏心率以及转速之间的关系.结果表明:在保持供油压力和轴承偏心率不变的情况下,随着转速的提高,油温上升,轴承承载力及偏位角不断增大;在保持供油压力和主轴转速不变的情况下,随着偏心率的增大,轴承流量有所减少,轴承的承载能力不断增大,偏位角基本保持不变.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2012(037)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】动静压轴承;压力场;温度场;承载力;刚度;阻尼【作者】于天彪;王学智;关鹏;王宛山【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004;65559部队辽宁本溪117000;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004;东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110004【正文语种】中文【中图分类】TH133.3超高速磨削技术的实现,需要综合提高各种零部件的性能和工装技术水平。
《液阻悬置》第3章汽车橡胶减振元件弹性特性的有限元分析
第三章汽车橡胶减振元件弹性特性的有限元分析3.1前言作为一种工程材料,橡胶具有良好的弹性,在负载结构支承、弹簧、密封件、减振衬套、法兰接头及轮胎等领域得到广泛应用。
现代汽车上应用的橡胶元件达600种之多,它们起着各种不同的作用,对其性能的要求也不相同。
对于起减振作用的橡胶元件,主要对其静、动刚度有一定的要求,以保证其承载和减振性能。
汽车上广泛使用的橡胶减振部件有轮胎、发动机支承、车身支承、悬架的橡胶衬套、传动轴支承以及排气管支承等,它们的静、动态力学特性对汽车的操纵稳定性、平顺性和耐久性具有十分重要的影响。
对这些具有高性能和高可靠性要求的橡胶部件,在设计开发阶段应对其进行详细的力学分析。
对于橡胶隔振器,当其为规则的形状时,可利用有关公式[38,39]计算其静刚度。
橡胶的性能非常复杂,不能像金属那样用相当少的几个参数(如弹性模量和泊松比)就可以描述。
就材料特性和几何特性来说,橡胶是非线性的。
橡胶的力学性能对温度、环境、应变历史、加载速率和应变率的影响较敏感,生产工艺和添加剂(如添加炭黑的多少和种类)对橡胶的力学性能也有重要影响[40]。
为描述橡胶的力学性能(特别是弹性性能),曾经提出过许多理论模型,但是除几种几何形状和最简单承载的情况外,现有模型的解析解也十分复杂。
因此,在早期的橡胶产品的开发中,大多采用反复试验修正的方法。
自70年代中后期以来,由于计算机的飞速发展和普及,以及橡胶本构关系研究的进展,特别是有处理超弹性体材料能力的有限元分析程序(如ABAQUS [41]、MARK [42]、ADINA [43]等)的出现,为工程应用中进一步研究、认识、理解和优选橡胶类材料提供了有效的方法。
目前对橡胶元件的有限元分析,主要在其静力学特性的分析和优化上[44-49]O本章论述了建立橡胶超弹性特性本构关系时实验数据的获取方法,并对利用不同橡胶本构模型时拟合得到的实验数据进行了分析。
讨论了在进行橡胶有限元分析时单元的1选取原则。
机械制造装备设计第三章习题答案(关慧贞)
机械制造装备设计第三章习题答案(关慧贞)第三章典型部件设计1.主轴部件应满⾜那些基本要求?答:主轴部件应满⾜的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。
主轴的旋转精度是指装配后,在⽆载荷、低速转动条件下,在安装⼯件或⼑具的主轴部位的径向和轴向跳动。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。
主轴部件的刚度是指其在外加载荷作⽤下抵抗变形的能⼒,通常以主轴前端产⽣单位位移的弹性变形时,在位移⽅向上所施加的作⽤⼒来定义,主轴部件的刚度是综合刚度,它是主轴、轴承等刚度的综合反映。
主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和⾃激振动的能⼒。
主轴部件的振动会直接影响⼯件的表⾯加⼯质量,⼑具的使⽤寿命,产⽣噪声。
主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能⼒,必须提⾼其耐磨性。
2.主轴轴向定位⽅式有那⼏种?各有什麽特点?适⽤场合答:(1)前端配置两个⽅向的推⼒轴承都分布在前⽀撑处;特点:在前⽀撑处轴承较多,发热⼤,升温⾼;但主轴承受热后向后伸,不影响轴向精度;适⽤场合:⽤于轴向精度和刚度要求较⾼的⾼精度机床或数控机床。
(2)后端配置两个⽅向的推⼒轴承都布置在后⽀撑处;特点:发热⼩、温度低,主轴受热后向前伸长,影响轴向精度;适⽤范围:⽤于普通精度机床、⽴铣、多⼑车床。
(3)两端配置两个⽅向的推⼒轴承分别布置在前后两个⽀撑处;特点:这类配置⽅案当主轴受热伸长后,影响轴承的轴向间隙,为避免松动,可⽤弹簧消除间隙和补偿热膨胀;适⽤范围:⽤于短主轴,如组合机床。
(4)中间配置两个⽅向的推⼒轴承配置在前⽀撑后侧;特点:此⽅案可减少主轴的悬伸量,使主轴热膨胀后向后伸长,但前⽀撑结构复杂,温升可能较⾼。
3.试述主轴静压轴承的⼯作原理答:主轴静压轴承⼀般都是使⽤液体静压轴承,液体静压轴承系统由⼀套专⽤供油系统、节流器和轴承三部分组成。
静压轴承由供油系统供给⼀定压⼒油,输进轴和轴承间隙中,利⽤油的静压压⼒⽀撑载荷、轴颈始终浮在压⼒油中。
局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解
局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解本文旨在研究局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解问题,首先介绍了多孔介质的基本理论和流体力学的相关知识。
然后分析了轴向轴承的结构和特点,阐述了轴向轴承的静态特性、动态特性及其影响因素。
接下来,本文详细阐述了局部多孔质气体静压轴向轴承的建模方法和解析求解过程。
采用有限元方法对轴向轴承进行建模,并利用COMSOL软件进行数值求解。
在求解过程中,通过改变不同参数的取值,分析了轴向力、径向力、流量、温度等因素对轴向轴承静态特性的影响。
求解结果表明,随着轴向力和径向力的增大,轴向轴承的承载能力逐渐增强;随着流量的增大,轴向轴承的稳定性逐渐降低;随着温度的升高,轴向轴承的承载能力逐渐降低。
最后,本文对轴向轴承的局限性进行了总结和改进方向的探讨。
表明了轴向轴承在实际应用中的局限性,并提出了一些改进方向,如优化轴向轴承的结构、提高局部孔隙度、增加轴向轴承的阻尼等,以期进一步提高轴向轴承的使用性能和工作效率。
综上所述,本文通过对局部多孔质气体静压轴向轴承静态特性的数值求解,为轴向轴承的设计与优化提供了一定的理论和实践指导。
此外,本文还进一步深入分析了多孔介质的流体力学特性和轴向轴承的工作原理,旨在更好地理解局部多孔质气体静压轴向轴承的静态特性数值求解。
在建模与求解过程中,采用COMSOL软件进行数值模拟,利用有限元方法对轴向轴承进行建模。
研究发现,局部孔隙度、流量、温度等因素都对轴向轴承的承载能力和稳定性产生了很大的影响。
本文的研究成果可为轴向轴承的结构设计与优化提供实用性的参考。
在实际应用中,通过优化轴向轴承的结构和参数设计,可以有效提高轴向轴承的工作效率和使用寿命,为工业生产及其相关领域带来更多的应用和发展机遇。
同时,本文的研究成果也为多孔介质的流体力学特性和轴向轴承的静态特性分析提供了一定的理论基础,具有一定的学术研究意义。
总之,本文的研究成果对于深入了解局部多孔质气体静压轴向轴承的静态特性有着重要的阐扬和指导作用,对于工业生产及其相关领域的发展有着积极的推动作用。
液体静压和动静压滑动轴承动态特性分析计算_许尚贤_图文_百度.
一用数十小时 , 计算机在设计中的应用 , —其各一 0 个执行机构笔夹装配自动机有 1 , 机构的动作也比较复杂完成 , 用通常方法设计要而用本方法仅用十几分钟即可。
并且还可方案优选 I I . 万由图4 可见 , 3 , 、4 两机构存在位置干涉 , 即设计不当时机构4 和 3 。
会碰撞 = 。
由图s (5)= 可求 lo c m 得干涉位置的座标 S : zZ c m 附录 ( 略一书本 H l z 入、、三面切书机时序设计打印结果。
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( 上接4 7 页 m ,H 、。
二 25。
m , H … = , 2 0。
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, 并运行程序得 2 . J L 。
u b 。
Te . h A SW E Ja 1980 , v o l 12o . -丁振乾等. 液休静压轴承的动态特性分析 , , 第二次 I Z J〕时序表 F 〔、循环时间T ; 、分配位移全国李擦磨损润滑学术会议论文集 3 。
复杂轴承支撑结构动力学特性的有限元方法研究
复杂轴承支撑结构动力学特性的有限元方法研究复杂轴承支撑结构是现代工业中常见的结构形式,其动力学特性对于机械系统的稳定性、安全性和寿命有着非常重要的影响。
为了研究复杂轴承支撑结构在工作过程中的动力学特性,有限元方法成为了一种普遍的研究工具。
在有限元方法中,通常采用在连续体上建立离散节点的方法,通过离散化处理实现结构的数值解析。
同时,为了保证数值解的准确性和可靠性,需要考虑复杂轴承支撑结构中的材料非线性、几何非线性和接触非线性等一系列复杂因素,并采用适当的边界条件和动力学约束条件。
在进行有限元分析时,需要首先建立上述复杂因素的数学模型,考虑到轴承支撑结构中的子结构较多,可以采用分层建模的方法对整个结构进行划分,并建立相应的子模型。
然后,通过自由度平衡方程和柔性化边界条件,建立结构的运动方程,并将其转化为求解一组非线性代数方程组的问题。
随后,可以选择适当的解法方法,例如牛顿-拉夫逊算法、拟牛顿算法、逆迭代法等,对所得的非线性代数方程组进行求解,并得出复杂轴承支撑结构的动力学响应。
此外,还可以采用模态分析、频域分析、时域分析等方法对结构的稳定性、共振问题等进行评估。
最后,需要对所得的数值解进行验证与分析,比较模拟结果与实测数据的差异,并进行计算敏感性分析,以检验模型的合理性,并对结构的设计和优化提供参考。
总的来说,有限元方法是一种非常有效的研究复杂轴承支撑结构动力学特性的工具,它为工程实践提供了可靠的数值分析手段,同时也为结构科学的发展带来了新的方法和思路。
数据分析是通过收集、处理和解释数据,以发现其中的内在规律和趋势的一种方法。
为了更好地理解数据分析的过程和方法,以下列出了一些可能的数据及其分析方式:1.销售数据销售数据是企业经营中关键的数据,通过销售数据可以了解产品的销售情况以及市场需求的变化。
对于销售数据的分析,可以采用时间序列分析、回归分析、聚类分析等方法,以了解销售趋势、销售驱动因素、市场细分等信息。
车削中心主轴系统热特性有限元分析的研究
Fe he Th r lCha ac e itc Anayss o i e S s e o a on t e ma r t rsi l i g Ce e L i h a,L U Yo — i n,HAN i -i n IJn— u I ng xa Ja la g,YU n Ya g
( c ol f c a i l n ier g& A tm t n N r es r nvr t, h n ag1 , hn ) S h o o Mehnc gnei aE n uo ai , ot at nU i sy S e yn 8 C ia o h e ei 1 1 0 9
文 章 编 号 :0 1 2 5 2 1 ) 1— 0 6— 3 10 —26 ( 0 1 1 00 0
车 削中心主轴 系统热特性有限 元分析的研 究 米
李 金 华 , 永 贤 , 家 亮 , 杨 刘 韩 于
( 东北大 学 机 械 工程 与 自动化学 院 , 阳 1 0 1 ) 沈 1 8 9 摘要: 以精 密车 削 中心 主轴 系统 为研 究对 象, 有 限元技 术应 用 于其 主轴 系统 的热特 性研 究 , 将 在机 床
部 件变 形 或 膨 胀 而 引起 工 件 和 刀 具 之 间 的 相 对 位
场 为基 础计 算 出 主轴 的热 变 形 。从 而 在 该机 床 的 设 计 阶段 预 测 了机 床 主 轴 箱 体 的 温 度 场 和 热 变 形 情 况, 为机 床结构 改进 和热 补偿措施 提 供 了相 关依 据 。
1 车削 中心 主 轴 系统 结 构
.
该车 削 中心 由床 身 、 主轴 箱 、 盘 、 鞍 、 座 、 卡 床 尾
自补偿液体静压精密转台轴承设计与实验
自补偿液体静压精密转台轴承设计与实验佐晓波;尹自强;王建敏;李圣怡;刘晓东【摘要】设计了一种用于精密转台的新型自补偿圆锥形液体静压轴承,并完成了轴承的制造与性能测试.采用流量平衡原理推导了轴承设计公式,得到了轴向和径向的最优刚度及其优化条件,计入制造误差对轴承承载性能进行了仿真,并测试了轴承的刚度和回转精度.结果表明:轴承刚度受到节流间隙与承载间隙的流阻比以及油腔间内流系数影响,流阻比存在最优值,而内流系数越小,对刚度越有利;计入制造误差的仿真模型能够有效预测轴承刚度范围.%A new type of self-compensated conical hydrostatic bearing for precision rotary table wasdesigned,manufactured and tested.The design formulas were derived based on flow equilibrium,and the optimal stiffness was obtained both from the axial and the radial directions.The effect of manufacturing error on the performance was investigated,and the stiffness and revolution accuracy was experimentally tested.Results show that the bearing stiffness is influenced by the resistance ratio between the restricting gap,the bearing gap and the inner flow coefficient between pockets ; the resistance ratio has an optimal value,and a little value of the inner llow coefficient is favorable to the stiffness; the model considering manufacturing errors can effectively predict the range of the bearing stiffness.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】6页(P1-6)【关键词】精密转台;静压轴承;自补偿;刚度【作者】佐晓波;尹自强;王建敏;李圣怡;刘晓东【作者单位】国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073【正文语种】中文【中图分类】TH133.3精密数控转台是现代精密机床的关键基础部件,是进一步改善机床性能、提高加工水平的重要影响因素。
空气静压径向轴承静态性能的有限元分析
面进行 了研究 , 对空气在径 向轴承 中的流动状态进行 了验证 。提出了全参数三维实体建模 的方法 , 利用有 限元软件 A N S Y S开展 了
在不 同空气 流动状态下气体轴承流场的仿真计算 , 研究 了节流小孔的轴 向位置 、 节 流孔径 、 供气 的压力 以及平均半 径间 隙这 几种 因
Fi n i t e e l e me nt a na l y s i s o n s t a t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f a e r o s at t i c r a d i a l b e a r i n g
WU L i - j i e , Y A N G C h u n — e , WA N G We i - h u i
( C h i n a N u c l e a r P o w e r E n g i n e e r i n g C o . , L t d . , S h e n z h e n 5 1 8 1 2 4, C h i n a )
了该仿 真方法的有效性 , 为设计 超高速微切削空气静压 电主轴提供一定 的理论依据 。 关键词 : 空气静压径 向轴承 ; 静态特性 ; 有限元分析 ; 三维 流场 中图分类号 : T H1 3 3 . 3 ; T H1 2 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 — 4 5 5 1 ( 2 0 1 5 ) 0 9—1 2 0 1 — 0 5
D O I : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1— 4 5 5 1 . 2 0 1 5 . 0 9 . 0 1 1
基于ANSYS的插齿机液体静压轴承模态分析
性组合, 其中低阶振型对静压轴承结构的动力性影响 程度要比高阶大, 因此研究低阶振型具有重要意义。 图 3~ 7分别对应于液体静压轴承前 5阶模态频率的 变形图。
通常, 插齿机液体静压轴承收到的外部激励影响 较大的为 电机激励, 当电机正常转 速超过 300r /m in 时, 冲程高达 1250次 /m in, 频率为 21H z, 即根据所求 的固有频率, 可以看出明显低于通常转速下的电机频 率, 因此该静压轴承基本满足动态特性的条件。
激励载荷向量。
在结构动力学问题中, 结构的固有频率和固有振
型是分析结构动力学相应与其它动力学特性问题的
基础。在进行模态分析时, 因结构阻尼较小, 对固有
频率和振型影响甚微, 故通常忽略不计。在这种情况
下, 分析结构的固有频率与振型问题就转化为求解特
征值与特征向量问题。因此, 基本振动方程式 ( 1) 中 的 [ C ] { u ( t) }和 {F ( t) }均为 0, 得到:
Abstrac t: Based on the structure charac teristic and wo rk ing perform ance o f the liqu id hydrostatic bea ring for g ea r shap ing m a
ch ine, fin ite e lem ent m ode l analysis o f hydrostatic bea ring is m ade by using ANSY S. W e g et the first five na tura l frequency
X ia M in- m in, L i L i- jun, Zhan Chun- sheng
静压轴承的稳定性与动态特性分析
静压轴承的稳定性与动态特性分析导言:静压轴承是一种常见的轴承形式,其工作原理是利用气体或液体介质的静压力来支撑工作负荷。
相比于传统的滚动轴承,静压轴承具有较大的承载能力、较低的摩擦损失与振动噪声,成为许多高速转动设备中的重要组成部分。
本文将深入分析静压轴承的稳定性与动态特性,探讨其在实际应用中所面临的问题与挑战。
一、静压轴承的工作原理静压轴承使用介质力来支撑轴的负荷,其中介质可以是气体或液体。
其工作原理可以简单地描述为:当轴在静压轴承中旋转时,介质流体中形成良好的压力分布,从而产生支撑力。
具体而言,介质通过孔隙或缝隙进入轴承,由于轴的旋转而形成流动,这种流动产生了支撑力,并使轴与轴承垫片之间形成气膜或液膜。
这种气膜或液膜可以有效减小轴与轴承之间的接触面积,从而降低了摩擦和磨损,实现了轴的平稳运动。
二、静压轴承的稳定性分析1. 稳定性的定义静压轴承的稳定性是指轴承在工作过程中对外界干扰的抗扰能力。
在设备运行中,由于各种原因(如不均匀载荷、外力冲击等)会对轴承产生干扰,静压轴承的稳定性直接影响设备的运行稳定性与寿命。
2. 稳定性的影响因素静压轴承的稳定性受多种因素影响,包括介质特性、工作速度、载荷、尺寸和制造精度等。
首先,介质特性是影响轴承稳定性的重要因素,如介质黏度、压力和供应方式。
其次,工作速度也对轴承稳定性有很大影响,速度过高可能使介质无法形成稳定的气膜或液膜,导致轴承失稳。
此外,载荷、尺寸和制造精度都会对稳定性产生影响,如过大的载荷可能使气膜或液膜破裂,影响轴承的稳定性。
3. 稳定性的提升方法为了增强静压轴承的稳定性,可以采取以下措施。
首先,改变介质参数,如增加介质流量或压力,提高气膜或液膜的承载能力。
其次,通过优化轴承结构设计,如改变孔隙或缝隙的尺寸和位置,以提高气膜或液膜的压力分布。
此外,控制工作速度,避免超过轴承的承载能力,是提升稳定性的重要手段。
三、静压轴承的动态特性分析1. 动态特性的定义静压轴承的动态特性是指轴承在工作过程中的动态响应和振动特性。
动静压轴承的计算分析与优化设计及应用实例
——
是
P
i (k ,
j)
的改进值。
参数:
A (Αk ) =
3Φ(Αk ) H Σ2 + 2h (Αk ) Σ2 4h (Αk ) Σ2 + 44h (Αk ) R 2H 2
B (Αk ) =
2h (Αk ) Σ2 - 3Φ(Αk ) H Σ2 4h (Αk ) Σ2 + 44h (Αk ) R 2H 2
(3)
用超松驰迭代 (SO R ) 法, 对方程组 (3) 求解, 得到各节点的动静压力为[6, 7]:
图 2 有限差分计算网络
Α Α = P (i+ 1) (k, j)
w ’[A
(
) + P i
k
(k+ 1, j)
B(
) + P (i+ 1)
K
(k- 1, j)
C
(P
i (k ,
j+
1)
+
Pi (k, j-
3 静压油腔边的差分网络
求解 (1) 式的边界条件如图 4, P Г1= 0, P Г2, Г3= PL , PГ4= 0。低压润滑油装置的动静压主轴承, 则采用低压进 油压力, 若采用油圈润滑时则 PL = 0。
( ) 磨机开始运转, 高压润滑油站停止供油, 计算 轴承的承载力。
求解( ) 式的边界条件, P Г1 = 0, P Г2, Г3 = 0, P Г4 = 0。 上述两种计算均利用计算机完成。
央单油腔浮升式动静压轴承。 其结构简图如下
图 1 所示。
轴承的另一特点是当磨机转入正常运转
图 1 磨机动静压轴承结构简图
后, 就停止向主轴承内供给高压润滑油, 而换为低压油供油, 此时磨机转入动压润滑运转。
基于ANSYS的液体静压轴承流固耦合分析
基于ANSYS的液体静压轴承流固耦合分析
基于ANSYS的液体静压轴承流固耦合分析
张晋琼
【摘要】摘要:以实验室研制的高效磨床用液体静压轴承为例,利用流体动力学软件CFX对静压轴承的油膜进行稳态分析,得到油膜上的压力场;通过Workbench流固耦合分析模块对受油膜压力作用的静压轴承进行结构静力学分析,得到轴承的径向承载力和径向动态特性。
研究结果可对静压轴承和磨床的转子动力学分析以及轴承的进一步设计与优化提供理论依据。
【期刊名称】机械工程与自动化
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】2
【关键词】磨床;静压轴承;数值模拟;流固耦合;ANSYS
0 引言
静压轴承由于其精度高、刚度大、使用寿命长、吸振抗震性能好,广泛用于精密加工机械及高速、高精度设备的主轴。
同时,采用静压轴承可以补偿由于主轴轴承问题而丧失的加工精度和表面精度,提高机床主轴精度和切削效率,并可多年连续使用而不需维修,因此,磨床主轴主要采用液体静压轴承作为主轴支承。
在静压轴承体系中,节流器是恒压供油静压轴承中的一个关键部件,能够起到调节油腔内压力的作用,使恒压供油静压轴承具有相应的承载能力和油膜刚度。
节流器主要分为固定式和可变式两种[1],固定式节流器中主要有小孔、毛细管和缝隙节流器。
由于小孔、毛细管及缝隙具有一定的阻抗作用,黏性流体在流经小孔节流或毛细管时产生压力降,从而利用此特点来制造固定式节流器。
液体静压转台有限元建模与仿真分析
液体静压转台有限元建模与仿真分析e(e)指导教师:e[摘要]液体静压转台是采用液体静压轴承作为支承,将转台主轴功能与电动机功能从结构上融为一体的功能部件,它集成了液体静压轴承技术、冷却密封控制技术和变频电动机技术等,其功能是带动工件实现精密/超精密旋转(定位)和精密加工。
液体静压转台采用压力油膜作为工作介质,具有高承载刚度特性,摩擦副间无磨损,可克服爬行现象,运转灵敏平稳。
同时,承载油膜的误差均化作用又使得静压转台具有极高的回转精度和定位精度。
静压转台由于上述突出优点在超精密机床和仪器行业获得了广泛应用。
本文主要从以下几个方面对液体静压转台系统进行研究:根据工程实际情况,建立液体静压油膜.转台系统的有限元模型,同时设置油腔个数、油膜刚度、转台材料弹性模量等条件的取值范围;根据液体静压转台油膜流动的N-S 方程,建立了矩形、扇形和圆形油腔的动压承载力模型,综合动、静压承载力得到了综合承载力理论模型,继而推导了油膜刚度理论模型。
建立了液体静压转台系统的动力学有限元模型,分析了不同油膜支承模型的动力学特性,针对不同材料弹性模量、油膜刚度、油腔个数的情况,进行了系统的模态分析,获得了各参数对结构振动频率的影响规律。
计算结果符合预期设想,为进一步研究液体静压转台系统的其他方面的性能,提高其工作性能和加工精度提供了理论依据,对实际工程具有很大的理论意义及实际参考价值。
[关键词]液体静压转台;有限元;静力学;动力学;振动频率Hydrostatic turntable finite element modeling andsimulation analysise(e)Tutor :eAbstract:Hydrostatic hydrostatic bearing turntable is the use as a support, will feature the turntable spindle motor function and functional integration from the structure, which integrates the hydrostatic bearing technology, cooling technologies and sealed inverter motor control technology, which function is to bring the work to achieve precision / ultra-precision rotation (orientation) and precision machining. Hydrostatic pressure turntable uses film as a working medium, high bearing stiffness characteristics, friction between the wear, can overcome the creeping phenomenon, sensitive and smooth operation. Meanwhile, the film carries an error homogenization also makes hydrostatic rotary turntable with high precision and accuracy. Highlight the advantages of the above hydrostatic turntable in ultra-precision machine tools and equipment industry has been widely used.This paper studies the following aspects of hydrostatic turntable system:According to the actual situation of the project, the establishment of hydrostatic film. Finite element model of a turntable system, and set the range of the number of oil chamber, the film stiffness, elastic modulus turntable and other conditions;According to the film flow hydrostatic turntable NS equations, dynamic pressure bearing capacity model established rectangular and circular oil chamber fan, integrated dynamic, static carrying capacity carrying capacity has been integrated theoretical model, and then derive a theoretical model of film stiffness .The dynamic finite element model of hydrostatic turntable system, analyzes the dynamics of the oil film bearing different models for different elastic modulus, the stiffness of the film, the number of cases the oil chamber, conducted a modal analysis system, access to the various parameters on the structural vibration frequency.The results in line with expectations envisaged for further study other aspects of the performance of hydrostatic turntable system, improve the performance and accuracy of theirwork provides a theoretical basis, has great theoretical significance and practical value for the actual project.Keywords: Hydrostatic turntable; finite element; dynamics; vibration frequency目录1.绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2 液体静压转台的供油方式 (1)1.3国内外研究现状 (3)1.4静压转台技术的未来发展趋势 (5)1.5本文的研究内容 (7)2.有限元方法概述.......................................................................................... 错误!未定义书签。
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龙源期刊网 自补偿液体静压轴承静/动态特性有限元分析
作者:佐晓波尹自强王建敏李圣怡
来源:《湖南大学学报·自然科学版》2014年第01期
摘要:对一种新型的自补偿双锥面液体静压轴承进行了理论和实验研究.介绍了自补偿双锥面液体静压轴承结构与工作原理,采用小扰动法建立了其润滑油膜的理论模型,自补偿节流公式中计入了转子移动对节流间隙的影响.采用有限元方法求解了轴承的承载力、流量、刚度和阻尼系数,通过对承载力的测试验证了模型的可行性.结果表明:自补偿双锥面液体静压轴承比同条件下固定节流静压轴承的径向承载力高,且其在较小载荷下工作时具有较高刚度.
关键词:液体静压轴承;自补偿;静态特性;动态特性;有限元;小扰动方法
中图分类号:TH133.3 文献标识码:A
液体静压轴承具有承载力大,刚度高,阻尼特性好和磨损小等一系列优点,在精密机床主轴、导轨和转台等基础设备中有着广泛的应用.节流器对静压轴承的静、动态性能具有重要影响.常用的轴承节流器包括小孔、毛细管、狭缝等固定节流器和薄膜等可变节流器,其在现有文献中有较深入的研究.Chen等[1]对毛细管节流静压轴承性能进行了理论研究,郭力等[2]则对毛细管节流的大型动静压轴承进行了实验研究, Chen等[3]以及 Nicodemus和Sharma[4]研究
了小孔节流静压轴承性能,结果均表明节流参数的选择对轴承性能具有重要影响.Sharma等[5]研究了狭缝节流轴颈轴承,指出其失稳速度比毛细管和小孔节流轴承高.郭力等[6]则提出一种圆隙缝节流静压轴承,计算表明其性能优于传统狭缝节流轴承.Singh等[7]和Brecher等[8]研究了薄膜节流多腔静压轴承的特性.Gao等[9-10]分析了一种采用PM流量控制器的新型薄膜节流静压轴承的静态和动态特性.以上类型轴承,节流器的设计、制造往往较为复杂.自补偿节流轴承不使用节流器,采用自身结构实现节流,其性能介于固定节流和薄膜节流之间.夏恒青[11]和王瑜[12]分别对自补偿液体静压轴颈轴承的节流腔结构和动态性能进行了研究.Kane等[13]将节流间隙与承载间隙设计成呈角度相交的两段,制造了一种适用于转台的自补偿静压轴承.现有文献中对自补偿轴承的报道相对较少.本文设计了一种新型的自补偿液体静压轴承,采用小扰动理论建立了轴承计算模型,并采用有限元法计算了其静、动态特性.
1自补偿静压轴承结构及其节流原理
轴承结构示意图如图1(a)所示.轴承采用双锥面形式,主轴由两个圆锥零件和一个连接块组装而成,定子上安装节流环,由节流环的外表面与转子相应配合表面形成的间隙实现润滑油的节流,因不采用传统形式的节流器,所以称为自补偿静压轴承.图1(b)所示为轴承实物。