高速静压气体轴承节流芯对主轴的稳定性分析
气体静压轴承工程设计方法
气体静压轴承工程设计方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：气体静压轴承是一种利用气体静压力支撑旋转件的轴承，其主要优点是能有效降低摩擦力，提高旋转部件的转动精度和稳定性。
在工业领域中，气体静压轴承被广泛应用于高速旋转设备的支撑系统中，如风力发电机、涡轮机、离心泵等。
本文将详细介绍气体静压轴承的设计方法，帮助读者了解如何正确设计和选择气体静压轴承，以保证设备的正常运行和性能表现。
一、气体静压轴承的工作原理气体静压轴承的工作原理主要是利用气体的压力来支撑旋转部件，形成与轴承座间的薄气膜。
当旋转部件开始运转时，气体在旋转部件和轴承座之间形成一定的气体动压力，使旋转部件悬浮在气膜上并保持稳定运转。
由于气体具有良好的可压缩性和弹性，因此气体静压轴承能够有效减小轴承与旋转部件间的接触面积，降低摩擦力和磨损，提高旋转精度和稳定性。
1. 轴承结构设计：气体静压轴承的结构设计主要包括轴承座、轴承座套、密封件、供气口等部件。
轴承座应具有足够的刚度和稳定性，能够有效支撑旋转部件并能够承受气体静压力的作用。
轴承座套的内表面应平整光滑，以确保形成均匀、稳定的气膜。
密封件应具有良好的密封性能，避免气体泄漏。
供气口应设在适当位置，以便于气体进入轴承座内，形成气膜支撑。
2. 气体供给系统设计：气体静压轴承的气体供给系统是保证轴承正常运行的关键。
气体供给系统应具有稳定的供气压力和流量，以满足轴承需要。
供气口的位置应设计在轴承座的适当位置，并根据轴承的尺寸和转速合理设置。
供气系统还应考虑到气体的过滤、干燥和净化等问题，以避免气体中的杂质对轴承的影响。
3. 材料选择和润滑设计：气体静压轴承的材料选择应考虑到轴承座和密封件的耐磨性、导热性和化学稳定性等特性。
通常采用金属材料如铜、铝或不锈钢来制造轴承座，密封件则采用聚四氟乙烯等高分子材料。
润滑设计应采用无油润滑方式，减小摩擦力和磨损，提高轴承的使用寿命。
4. 载荷和速度计算：在设计气体静压轴承时，需要准确计算轴承的承载能力和转速范围。
提高小孔供气静压气体径向轴承稳定性方法的探讨
提高小孔供气静压气体径向轴承稳定性方法的探讨提高小孔供气静压气体径向轴承稳定性方法的探讨2004年3月第2期(总第162期)润滑与密封LUBRICATIONENGINEERINGMaL2004No.2(serialNo.162)提高小孔供气静压气体径向轴承稳定性方法的探讨侯予王秉琛熊联友陈纯正(西安交通大学低温工程研究所西安710049)鬟摘要:对通过向轴承系统引入附加阻尼以提高小孔供气静压气体径向轴承稳定性的方法进行了回顾和分析,介绍了《《"0"形橡胶圈加稳,Sixsmith式,双气膜,切向进气四种附加阻尼的小孔供气静压气体径向轴承和胶圈加稳切向小孔供《气及双气膜切向小孔供气两种复合形式的小孔供气静压气体径向轴承.并对这几种轴承的结构型式,研究发展,应用范围和优缺点进行了详细的描述.关键词:气体轴承;稳定性;径向轴承?TheMethodstoImprovetheStabilityof HydrostaticGasJournalBearings HouYuWangBingchenXiongLianyouChenChunzheng(InstituteofCryogenicEngineering,Xi'anJiaotongUniversity,Xi'an710049 ,China)Abstract:Themethodstoimprovethestabilityofhydrostaticgasjournalbeari ngsthroughenhancingthedampofrotor—bearingsystemwerereviewed.ThedevelopmentofseverMtypesofhydrostaticga sjournalbearingssuchasstabilizingrubberring,Sixsmith,tangentiMorifices,dualgasfilmandcombinedtypesWasdisc ussedindetailThestructure,ad—vantagesandapplicationtendencywerealsoindicated.Keywords:gasbearings;stability;joumalbearings气体轴承作为一种采用气体作为润滑介质的流体膜润滑轴承,由于其结构及性能上的优点,使得它在高速透平机械上得到了越来越广泛的应用.气体轴承从其作用上来说,分为支承转子高速运转的径向轴承和限制转子轴向移动的止推轴承.作为在高速透平机械上最广泛应用的静压气体轴承主要形式——小孔供气静压气体径向轴承,如何提高其稳定性,始终是研究工作的关键.从转子动力学的稳定性机理分析,支承在气体轴承上的转子在升速过程中,当超过第一及第二共振点后再继续提高转速时,转子涡动的振幅会增大,这时若进一步升速,转子的振动将最终导致转子与轴承相接触而烧毁,这便是自激涡动现象.有研究表明,气体轴承开始自激涡动时的阻尼为零,这也是高速透平机械气体轴承一转子系统失稳的主要原因. 因此,为了抑制和延迟自激涡动的产生以及防止轴承在外部突加载荷的作用下产生破坏性涡动,需要向轴承系统引入附加的阻尼.经过国内外学者的长期研究和工业实践,在小孔供气静压气体径向轴承的基础上发展起来的几种主要的外加阻尼的轴承型式主要有橡胶"0"形圈加稳气体轴承,Sixsmith式气体轴承, 双气膜气体轴承和切向进气气体轴承.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50206015);国家教委博士点基金项目项目(20020698028). 收稿时间:2003—05—23联系人:候予,E—mail:yuhou@.CIL1橡胶"O"形圈加稳轴承Montgomery和Sterry在1956年首次发现了这种能遏制高速旋转转子自激涡动的方法.1963年开始出现的空气轴承涡轮牙钻,标志着橡胶圈加稳轴承在民用工业上的大量使用.目前,此类轴承已广泛地用于纺织机芯轴,小型涡轮压缩机,高速机床,高速马达和各种科学仪器上.在我国低温机械中,这种技术已成功地应用于低温气体轴承透平膨胀机的转子一轴承系统稳定性的改善上."0"形橡胶圈加稳轴承结构简图如图1所示.西安交通大学低温研究所的研究结果表明,150Nm/h(O,)制氧机用透平膨胀机 (150转子轴径625mm,重量891g)在采用橡胶圈加稳的静压气体轴承后,其失稳转速得到了成倍的提高.由于受制于橡胶材料弹性适用温度范围的限制, 国产橡胶圈不适用于一80以下的场合ixsimth式气体轴承"O形橡胶? 2S针对在高于或低于橡胶圈正常工作温度范围时,如何抑制气体轴承的自激涡动问题,Sixsmith于1959年提出了这种带有稳定腔的轴承型式.通过调节该轴承的排气孔直径或气室容积,或同时调节两者使稳定频率失图l"O"形橡胶圈加稳小孑L供气轴承谐.来提高失稳转速.Sixsmith成功地运用这种方法于氢和氦的液化透平,其轴承在温度50K以下的工18润滑与密封总第162期作环境中运转.我国杭州制氧机厂于1987年研制的温度为14,15K的氦制冷透平膨胀机的轴承便是采用此类轴承.使用可调气室的主要缺点是要损失一些径向承载能力,另一缺点是增加了制造的复杂性,而且Sixsmith式轴承的供气压力和耗气量都比较高.但是,Sixsmith式轴承在非常高或非常低的温度下以及不允许使用橡胶圈的场合中,提供了保持涡动稳定的有效方法.Sixsmith式气体轴承结构简图如图2所示: 3双气膜气体轴承与采用Sixsmith式轴承的目的相似,为了解决橡胶圈在极低或极高的温度下不适用的问题,日本学者森美朗于60年代提出了这种轴承型式,双气膜气体轴承结构简图如图3所示.从1981年开始,西安交大低温研究所与苏州制氧机厂(原吴县制氧机厂)联合,'匕捧气孔图2Sixsmith型气体轴承在150Nm/h(O,)制氧机用透平膨胀机上对双气膜径向d,tL供气气体轴承进行了多次实验研究,并将实验成果成功地运用到我国小型空分装置上.1983年,在一只质量约为lOkg的透平转子上获得了比普通刚性装配径向小孔供气气体轴承高两倍的失稳转速,并将此实验成果推广应用到国产300Nm/h(()2)制氧机用透平膨胀机上.1985年后,又将此项技术推广到油田气轻烃回收装置用透平膨胀机上,解决了橡胶圈加稳气体轴承不宜在这种场合下使用的难题.与橡胶圈加稳形式相比,双气膜气体轴承具有不受温度和介质限制的优点.:【j孳图3双气膜气体轴承图4切向供气轴承4切向小孔供气气体轴承该轴承型式是由捷克学者AlesTondl于1967年4 月首次提出,他同时对剐性与柔性转子进行了对比实验,并对切向小孔的进气压力与自激涡动转速之间的关系进行了测定.切向供气轴承结构简图如图4所示.Tondl发现与刚性转子相比,柔性转子更易推迟自激涡动的到来;通过对同一转子进行正向和逆向切还发现逆切向供气的气体轴向小孔供气的对比实验,承转子系统的自激涡动的到来要明显迟于正切向供气的气体轴承转子系统.Tondl的杰出工作为切向d,tL 供气气体轴承的应用以及通过利用附加逆向环流抑制自激涡动的理论打下了基础.西安交通大学低温研究所与苏州制氧机厂从1980年开始,以150Nm/h (O:)制氧机用透平膨胀机的工业应用为目的,联合开展了双排切向小孔供气气体轴承的研究工作研究结果表明,这种双排切向小孔供气气体轴承与原来的双排径向小孔供气气体轴承相比,失稳转速能提高 30%左右,在一些仅要求适当提高稳定性的情况下, 还可以由双排径向供气改为多排切向供气为了进一步提高稳定性,西安交通大学低温教研室和中科院低温中心等单位分别进行了切向狭缝供气气体轴承的实验,并取得了良好的实验结果.从1982年开始.中国科学院低温中心,西安交大低温教研室和苏州制氧机厂三方密切协作,将我国小型制氧机领域切向小孔供气轴承的科研成果推广应用到微型氦透平膨胀机上,开展了40X10r/rain切向d,tL 供气转子一轴承系统的实验研究,取得了良好效果5复合形式的外加阻尼小孔供气气体轴承在以上提到的四种通过外加阻尼方式抑制转子涡动的方法中,Sixsmith式轴承由于供气压力高,耗气量大的缺点已经较少使用.单纯的橡胶圈加稳方式, 双气膜方式和切向小孔供气方式都可以显着地抑制自激涡动的到来和提高失稳转速,是目前常用的提高小孔供气静压气体径向轴承稳定性的几种方法.为了更好地应用小孔供气静压气体径向轴承,提高其稳定性和应用范围,在80年代后,西安交通大学开始对复合形式的外加阻尼小孔供气径向轴承进行深入的理论和试验研究.目前由西安交通大学开发的成功运行在各类高速低温透平膨胀机上的橡胶圈加稳四排切向小孔供气气体轴承的定型产品表明:把橡胶圈加稳方式与切向小孔供气方式结合起来,轴承会具有很好的稳定性.橡胶圈加稳切向d,tL供气气体轴承如图5所示.在理论研究中通过引入绝对与相对坐标系,以及绝对偏心率,相对偏心率,基础偏心率等概念,西安交通大学提出了一套新颖的对橡胶圈加稳气体轴承偏心率与偏位角进行理论与实验分析的方法.在对橡胶圈加稳四排切向小孔供气气体轴承的实验研究中,于15ONto/h (O,)制氧机用低温透平膨胀机实验台高止推力及大膨胀比工况的恶劣条件下仍然达到了转速l4.06Xlo4r/min,超速3l%(额定转速lO.68X10r/min) 的良好效果.而且由于胶圈加稳结构中橡胶…O形圈的弹性作用,减少了轴承外圆与壳体的机加工精度和轴承不对中对转子系统稳定性的影响,并大大降低2004年第2期候予等:提高4,4L供气静压气体径向轴承稳定性方法的探讨19 了现场装配难度.蔷O?Io图6双气膜切向小子L供气气图5胶圈加稳切向d,-fL供气气体轴承体轴承自1981年以后,西安交通大学低温教研室结合双气膜气体轴承和切向小孑L供气气体轴承的优点,在l50Nm/h(O,)制氧机用透平膨胀机上首次进行了得到了轴切向小孑L供气双气膜气体轴承的实验研究,承间隙,排数,孑L数,孔径等结构参数的最佳范围 1982年以后,将已有的径向供气双气膜气体轴承改进为切向小孑L供气双气膜气体轴承,使轴承.转子系统的稳定性进一步得到提高,并同时降低了轴承耗气量(已不超过一般刚性装配的轴承耗气量),取得了明显的经济效益,双气膜切向d,:fL供气气体轴承结构简图如图6所示.这种新型轴承在上海机修总厂,陕西钢厂,吴县石灰氮厂,五机部843厂氧气站投入使用,进行了工业运转考核.1999年我国航天领域某重点项目的低温氦气体轴承透平膨胀机上也在国内外首次采用了这种新颖的多排切向d,-IL供气气体轴承. 轴承.转子系统表现出了很好的稳定性.在整个试验过程中未出现任何轴承失稳和转子卡死现象.并经历了各种工况考验,创造了现场多次试车中氮透平膨胀机没有发生一次事故的新纪录,在"神舟号"飞船热真空试验中发挥了很好作用.切向小孔供气双气膜气体轴承具有以下特点:内外轴承间隙都可达到保证最大失稳转速的最佳间隙;切向供气双气膜气体轴承比径向供气双气膜气体轴承具有更大的最佳轴承间隙范围.6结论为了提高气体轴承在转子高速运转下的稳定性, 需要向轴承系统引入附加的阻尼本文回顾了小孑L供气静压气体径向轴承的发展,对目前广泛应用的d,:fL 供气静压气体径向轴承可能采取的提高稳定性的方法进行了分析,介绍了几种~l-JJI]阻尼及复合形式的小孑L 供气气体径向轴承,对静压气体轴承在高速透平上的工程应用具有一定的实用价值.参考文献高速透平膨胀机新型气体轴承的_砰发与研究:硕 I秉琛.学位论文].西安交通大学,1998.2陈纯正.150制氧机中压透平膨胀机橡皮圈加稳空气轴承的稳定性[科学技术报告].西安交通大学.1980. 3刘立强.气体轴承氦透平膨胀机的研究:博士学位论文. 西安交通大学,1997.(上接第l6页)根据这一点我们设计了如图8所示的结构.该结构的优势是将磁流体密封和橡胶圈密封组合到一起,橡胶圈与轴之间不必有压力作用,只要轻轻接触甚至留有很小间隙即可.这样磁流体被局限在小间隙内,流动性减小,磁性颗粒紊乱的l.磁铁2.橡胶密封圈3.磁极4.磁流体5.轴图8一种组合密封机会就降低了.而磁流体在轴与橡胶圈之间形成液膜减小了橡胶圈的磨损.这样两者相结合.对密封能力将有所改善.(3)对于轴的圆周跳动,可以通过提高加工精度来减小,这样轴旋转时对磁流体的搅动作用就会减小一些,但是加工精度过高势必提高了成本,这是不利因素.如果旋转轴和磁流体密封安装就位后,旋转轴工作时的跳动量控制在0.02ram以内最佳,最多不宜超过0.05mm.另外,磁流体密封与其它密封相比,在存在相同跳动量的条件下,它对密封性能的影响相对较小,因此对于磁流体密封,在满足要求的前提下,综合考虑各种因素的影响有利于开发性价比最好的密封结构.5结论(1)磁流体动密封承压能力比静密封低的主要原因是由于离心力和磁性颗粒紊乱引起. (2)离心力对密封能力的影响很大,尤其是在高速时,应考虑采用离心式磁流体密封结构. (3)如果能将旋转运动变为相对静J}或者减小磁流体在密封间隙内的流动性,密封能力将有很大的提高,这方面在结构上还有许多要改进的地方.(4)在不同的密封要求和密封情况下,根据不同的需求设计不同的结构,才能使磁流体密封的特长得以充分发挥.参考文献I邹继斌.陆永平.磁流体密封原理与设计北京:国防工业出版社,2000.8:4.17,134. 2李文昌.磁流体性能对磁流体回转轴密封的影响.北京化工学院(自然科学版),1992,19(2):19—24.3FERROFLUIDCENTRIFUGALSEALU.SPatent.4200296.1980-04.29.4粱志华等.磁流体密封技术应用的现状与展望.润滑与密封.2000(1):63.,。
高速径向气体静压轴承试验台的设计与分析
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将行列式展开，得特征方程，它是一多项式方程， 可定出特征值 ; 的根，在这里它们通常是共轭复根。如 果这些复根的实部都小于零，则平衡位置为稳定。如果 其中之一大于零，则相应的振幅将随时间的增加而越来 越大，运动发散，造成自激振动，平衡位置为不稳定。 稳定与不稳定的分界线发生在实部值全都等于零时，此 时相应的运动为振幅不变的振动 9B:。以上分析就是设计
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全周径向气体轴承的最大问题是稳定性问题。判断 轴颈平衡位置是否稳定的方法，是使轴颈以任意方式偏 离其平衡位置上的运动参数，然后看轴颈是否不断趋近 其平衡位置。轴颈的瞬时运动方程及气膜力与轴颈运动 参数间的关系，是这种分析的基础。 转子动力学方程代入转子运动方程得到：
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采用数值解法求解雷诺方程式，求出压力分布，轴 承的无量纲承载能力 3 ，是由两个方向的分力合成的。 即，通过压力在偏心方向的积分及与其成直角方向的积 分，得到分力3 ( 和3 ) ，并由下式计算出3 力9@:
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结构见图 5。当轴颈回转时，表示轴承间隙内气体 压力分布的雷诺方程式考虑到径向轴承的轴向（" 方向） 没有移动，且气膜的上表面 （轴承面）的线速度为零， 且气膜厚度在 " 方向不变化，故雷诺方程式经无量纲化 简化成为：
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功能部件
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高速径向气体静压轴承试验台的设计与分析
气体静压主轴-概述说明以及解释
气体静压主轴-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:气体静压主轴是一种基于气体静压原理的高精度、高速度的旋转装置，其主要特点是通过气体压力将主轴与支撑面隔离，从而实现无接触运转，减小摩擦力、降低磨损，提高主轴的稳定性和精度。
在工业领域，气体静压主轴得到广泛应用，尤其在需要高速、高精度、低噪音等要求的加工过程中，具有非常重要的作用。
本文将介绍气体静压主轴的定义、工作原理以及应用领域，旨在为读者深入了解这一技术提供参考。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中，将对气体静压主轴进行概述，介绍文章的结构和目的。
在正文部分，将详细阐述气体静压主轴的定义、工作原理和应用领域。
通过对这些方面的介绍，读者将能够全面了解气体静压主轴的相关知识。
在结论部分，将对全文进行总结，展望未来气体静压主轴的发展趋势，并得出结论。
这部分将为读者提供一个对气体静压主轴的整体认识，并引导他们对该领域的进一步思考和探索。
1.3 目的本文的主要目的是介绍气体静压主轴的基本概念、工作原理和应用领域，以帮助读者深入了解这一重要的工业设备。
通过本文的阐述，读者可以清晰地了解气体静压主轴在工业生产中的作用和价值，进一步推动相关技术的发展和应用。
同时，本文还将探讨气体静压主轴的发展趋势和未来展望，为相关领域的研究和实践提供参考和指导。
希望通过这篇文章的撰写，能够为读者带来新的思考和启发，促进相关领域的进步和发展。
2.正文2.1 气体静压主轴的定义气体静压主轴是一种利用气体静压原理来实现高速旋转和支撑工件的主轴装置。
其主要由气膜发生器、气体管路、传动系统和控制系统等组成。
通过在主轴周围形成气膜，使工件在高速旋转时能够实现无接触支撑，从而降低摩擦阻力和磨损，提高加工精度和效率。
气体静压主轴可根据气膜形成的方式分为气动静压和磁浮静压两种类型。
气动静压主轴通过压缩空气或其他气体在主轴周围形成气膜支撑工件，而磁浮静压主轴则利用磁场产生气膜支撑工件。
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究
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。
高速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析
高速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析摘要：在机床的主轴部件之中，机床主轴轴承是确保机床运行的重要部件。
机床主轴的轴承在运行过程中会受到多方面作用的影响，不仅有轴向以及径向的载荷，而且需要注意在高速运转状态下的旋转精度与温度的变化等问题。
在实际的高速数控机床运用过程中，应该尽量提升轴承的刚度，以延长轴承的精度寿命。
同时，在提高机床主轴工作转速时，还要使其保持更高的旋转精度。
因此，对于高速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析，有着非常重要的现实意义。
关键词：高速数控机床；主轴轴承；精度；保持性在高端装备制造行业之中，数控机床是必不可少的工作设备。
随着时代的发展，数控机床的特点也有了变化，逐渐变得更加高速化、智能化、高精度化。
近年来，我国轴承产业不断发展进步，产业经济规模已居世界轴承总量的第三位，但是与世界轴承工业强国相比，我国生产的轴承质量还存在一定差距，主要表现为高技术、高精度、高附加值的产品比例较低，相关产品的稳定性需要进一步的提高与改进。
一般情况下，精密机床使用的系列高端轴承是该设备中最精密的尖端产品，但由于国内机床轴承生产企业普遍处于研发能力弱、制造水平低、原材料等配套条件差的情况，导致国产高端轴承的精度、耐久性、性能稳定性、寿命和可靠性与国际先进水平有较大差距，因此高端机床轴承在全球范围内大多被美日欧等企业垄断，而国内机床精密主轴轴承生产企业还处于非系统化研发、制造和应用的阶段。
对高端轴承的设计和应用没有完整的产业链，对高端轴承应用需求的应对能力不足，导致我国高速高精度数控机床轴承的自主化未取得突破性进展。
在这种情况下，分析高速数控机床主轴轴承的精度及其保持性，有着非常重要的实际意义。
1、关于高速数控机床主轴轴承的相关内容概述轴承作为机床运行的“芯片”，是机床制造中重要的、关键的基础零部件之一，直接决定着机床产品的性能、质量和可靠性。
精度和切削能力是衡量机床质量的两个重要标准。
它们取决于机床的整体设计，但在很大程度上也取决于机床工件的轴承系统。
静压止推气体轴承性能分析
计算流体力学和相关的计算传热学，计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性 联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、 传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。 计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大 程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的 影响。不但如此，计算流体力学还能够处理一些实验和理论分析都难以解决的问题。 NASA 曾经研究一种新型飞机(Aerospace Plane)，这种飞机将以 20 倍音速以上的速度 飞行。因为这样的马赫数远远超过现在风洞的能力，所以无法使用风洞实验满足研究
全空气轴承在高速机械中的应用研究
全空气轴承在高速机械中的应用研究一、引言在高速机械领域，轴承是非常关键的组件之一。
传统的机械轴承在高速旋转时存在摩擦、磨损和热量产生等问题，这对机械的性能和寿命都有很大的影响。
而全空气轴承由于没有接触面，具有零摩擦、零磨损、零污染等优势，被广泛应用于高速机械中。
本文将对全空气轴承在高速机械中的应用进行研究。
二、全空气轴承的原理及分类全空气轴承是基于气体动力学原理设计制造的一种无接触轴承。
它是通过压缩空气或气体在轴承内部形成气膜，使转动的轴与定位的轴承之间产生气体动压力，实现轴向和径向支承。
根据气体压缩方式的不同，全空气轴承可以分为压缩气体轴承和气体动压轴承两类。
三、全空气轴承的应用领域1.航天领域全空气轴承在航天领域的应用非常广泛。
由于全空气轴承具有零摩擦的优势，能够降低机械的能量损耗，提高航天器的运行效率。
特别是在卫星平台的陀螺仪、姿态控制器等设备中，全空气轴承的应用能够确保设备的高速旋转精度和寿命。
2.精密加工领域在精密加工领域，如光学器件制造、半导体设备等，全空气轴承也发挥了重要作用。
由于全空气轴承具有高刚度、高精度的特点，能够保证机器的稳定性和加工精度。
在高速旋转的主轴上采用全空气轴承，可以有效减少振动和热变形，提高产品的质量。
3.发电领域全空气轴承在发电领域的应用主要体现在发电机组的核心部件——转子上。
由于转子在高速旋转时会产生较大的离心力和惯性力，传统的机械轴承很难满足要求。
而采用全空气轴承，能够大大减小离心力对转子的影响，提高转子的运行效率和安全性。
四、全空气轴承的优势1.零摩擦全空气轴承由于没有接触面，消除了传统机械轴承的摩擦问题，大大减少了能量损耗和磨损现象。
2.零磨损传统机械轴承在高速旋转时容易出现磨损现象，而全空气轴承则由于没有接触面，不会发生磨损，能够提高机械的使用寿命。
3.零污染全空气轴承没有润滑油和摩擦产生，不会产生污染物，使机械运行更加环保。
4.高刚度全空气轴承具有较高的刚度，能够有效抑制机械的振动，提高机械的稳定性和加工精度。
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择合适的节流芯 ，提高主轴稳定性 。
系统稳定 的条件是矩阵 日的各 阶主子式均大于
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零 。
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； ０
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稳定性判据使用到“四刚度 、四阻尼系数”，这八 ２ 理论计算
０
０
个系数可通过对扰动线性化 的方法求得 ，本文采用
Ｒ—Ｈ稳定性判据【１Ｊ判定系统稳定性 ，系统 的运动 Ｏ 方％程 砚 ； ０ 根 据 以上 分析 ，本 文 用 Ｍａｔｌａｂ编程 求 解 系统 动
可 写为 ：
～ ０ 态特Ｏ 性 系数 以及分析系统稳定性 ，以下是本文的部
Ｍｑ＋Ｋ口＋ Ｃｑ ＝０ 式 中 ，
为 系统质 量矩 阵 ； Ｋ 为系统 刚度矩 阵 ；
～ Ｏ（１） ～ ；分参０ 数 ：转子质量 ０．０８ ｋｇ，轴芯气浮位外圆 １４．７７ 一● ¨ ● 一 ● ；ｍｍ０ ， 以节 流 孑Ｌ径 ４，０．１６ ｍｍ，节流 长 度 Ｏ．３２ ｍｍ，以下
是稳定性计算结果 ：
０ ０ ０ ０ ％
表 １ 各转速下的各阶主子式的值
Ｃ为 系统 阻尼 矩 阵 。
式 （１）的特征 值 可 以通过 下式 求 得 ：
（Ａ ＋ＡＣ ＋ ） ＝０
（２）
其中特征值 入通过如下特征方程求得 ：
ｌＡ ＋ＡＣ＋Ｋ Ｉ＝０
（３）
将上式展开，可得到一个 ２ｎ阶的代数方程 ：
中图分类号５４５Ｘ（２０１ ６）０５—００５８—０２
在气浮钻孔机设计过程 中，转子在 高速下失稳
是一个非常严峻的问题 ，主轴高速运转时 ，会 出现偏
摆突升 、振动激增 、啸叫 ，直至主轴抱死 。本文主要研
Ｈ ＝
（５）
究节流孔径 、节流长度对主轴稳定性的影 响 ，通过选
鬈
数，建而建立系簪动力学方程’利用ｎ“ 。
据 篓 搿 ～ 惹 霰 极限
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速 流长度的变
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验主轴 ，测试设备等。
收稿 日期 ：２０１６—０２—２５ 作者简介 ：张翰乾（１９８８一），男 ，广 东广 州人 ，研究生 ，工程师 ，研究方 向 ：气浮电主轴设计 。
５８
影 响
槲
嚣 茹
佳 ，试验 发现节流长度过长甄姐慰卅 ’ ～ ‘
极限转速降低 。
化曲线 ，从 图中可以看 出：
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．０５，２０１６
高速静压气体轴 承节流芯对主轴 的稳定性分析
张翰乾 ，赖燕根 。单 杰 ，丰 坤
（广 州市 昊 志机 电股 份有 限公 司 ，广东 广 州 ５１００００）
摘 要 ：为 了解决主轴 高速运转 时，出现的啸叫、抱死 问题 ，研 究了节流芯孔径 、节流长度对主轴动 态稳定性 的影响大小 ， 通过 劳斯 一霍 尔维斯稳定性判据 ，核 算轴承 一转子 系统 的稳定性 ，试验不 同参数 节流芯轴承的转速极 限 ，以及在 失稳瞬 间，主轴振 动频谱 ，试 验发现 ，节流 芯孔径 对主轴稳 定性影 响较 大。 关 键 词 ：节 流 芯 ；动 态 稳 定 性 ；轴 承 一转 子 系统
表 １显 示 ，在 转 速 达 到 ３５０ ０００ ｒｐｍ 以后 ，主子 式的值 出现负值 ，说明系统失稳 ，主轴极限转速为
３５０ ０００ ｒｐｍ ．
Ⅱ０Ａｍ＋ ０１Ａ ＋ … ＋ １ Ａ ＋ａｍ＝０ 根 据 上式 可写 出劳斯霍 尔 维兹 矩 阵 ：
（４）
３ 试验验证
３．１ 试验 装 置 本试验装置 主要包括 ：供气 、供水 、驱动系统 ，试