自补偿液体静压轴承静动态特性有限元分析

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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

（．ｅｃｏｌｆｒｓｕｃｓａｄｓｆｙｅｇｎｅｉｇｏｅｔｌｓｕｈｕｉｒｔ，Ｃａｇｈ，１０２ｈｎ；１ｓｈｏｏｏｒｅｎａｅｎｉｅｒｆｃｎｒｏｔｎｖｓｙｈｎｓａ０１，ｉａｅｔｎａｅｉ４Ｃ
ＥｘｒｍｅｔｌＲｅｅｒｈｎＦｎｔＥｌｍｅｔｐｅｉｎａｓａｃａｄｉｉｅｅｎＡｎａｙｉｆＳａｓｌｓｓｅｏｌ
ｉｈＰｒｓｕｒＣｏｐｎａｏｎｔｅｅｓｅｍｅｓｔｒ
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ｐｒｒｎｅ，ｗｈｌｈｔｒｆｃｉｎｉｃｅｓｓｓｇｉｃｎｌ．Ａｎｔｒｓｌｎａｌｔｏｒｂｅｕｈａｅｔｒｌａｅｉｃｅｓｇ０－ｎｅｏｍａｃｓｆｉｔｅｓａｔｒｔｎｒａｅｉｎｆａｔｅｉｏｉｙｄｉｅｕｔｉｏｆｐｏｌｍｓｓｃｓｈａｅｅｓｎｒａｉ。ｓｎｉｒｇｗｒｏｔａｄｒｗｌｈｎｍｅｏ，ｗｉｈｂｎｄｆｃｌｅｆｒｅｉｎｎｔｅｏｅｓｔｒＩｏｄｒｏｏｖｔｉｐｏｌｍ，ｗｅｏｎｕ，ｎｃａｐｅｏｎｎｈｃｒｇｉｉｕｔｓｏｄｓｇｉｇｈｃｍｐｎａｏ．ｎｒｅｔｓｌｅｈｓｒｂｅｉｉｓｔｐＦｍｏｅｏＯ— ｎ．ａｄｓｍｕａｅａｄａａｙｅｓｍｅｐｒｍｅｅｓｈｖｎｈｎｕｎｅｎｔｅｓａｉｇｐｒｒｎｅｎｈｅｕａＥｄｌｆＲｉｇｎｉｌｔｎｎｌｚｏａａｔｒａｉｇｔｅｉｆｅｃｓｏｈｅｎｅｏｍａｃｓａｄｔｅｌｌｆｓｒｆｃｉｎｉｒｓｕｅｃｍｐｎａｏ，ｓｃａｄａｔｒｎｃｍｐｅｓｏｒｔｏｔｅｔｔｒｔｎｐｅｓｒｏｅｓｔｒｕｈｓｉｍｅｅａｄｏｒｓｉｎａｅｆｈＯ－ｉｇＡｎｗｃｍｅｏｈｃｎｌｓｏａｉｏＲｎ．ｄｅｏｔｔｅｏｃｕｉｎ

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。

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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。