均压槽复合节流气体静压导轨及气模刚度分析方法与流程

文档序号:22688705发布日期:2020-10-28 12:58阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种均压槽复合节流气体静压导轨,包括气体静压导轨的气浮滑块和基座,其特征在于:所述气浮滑块的工作面与基座的工作面互相平行,气浮滑块的工作面与基座的工作面之间保持一定的距离,这个距离为气膜的厚度;所述气浮滑块上均匀开设有若干个双排节流孔,节流孔的上端与气浮滑块内部的供气管路连通,所述供气管路与外部加压气源连通;在气浮滑块的工作面上开设有若干个彼此联通的均压槽,节流孔的下端与均压槽连通,均压槽起着二次均压及节流的作用。

2.根据权利要求1所述的一种均压槽复合节流气体静压导轨,其特征在于:所述基座的工作面为光滑的平面;所述气膜的厚度为10-40μm。

3.根据权利要求1所述的一种均压槽复合节流气体静压导轨,其特征在于:所述节流孔的直径小于1mm;所述节流孔的个数为8、10或12。

4.根据权利要求1所述的一种均压槽复合节流气体静压导轨,其特征在于:所述均压槽的形状可以为直线形、x形、双半圆形;所述均压槽以节流孔为端点,互相连通;所述均压槽的深度为0.05-1mm,宽度为0.05-2mm;所述均压槽的截面形状可以为半圆形、矩形、v形、梯形中的一种。

5.一种如权利要求1至权利要求4所述的均压槽在气体静压导轨中实现二次均压及节流的用途。

6.一种均压槽复合节流气体静压导轨的气模刚度分析方法,其特征在于包括如下步骤:

在气体静压导轨气浮滑块的工作面上均匀设置有10个直径小于1mm的矩形均压槽节流孔,在节流孔的下端设置有深度为0.05-1mm,宽度为0.05-2mm的双半圆形均压槽,双半圆形均压槽以节流孔为端点互相联通;

对气体静压导轨模型的流体部分进行分析,得到气体静压导轨的刚度和承载力:

以气膜厚度为15μm为例对现有的模型进行计算;设置模型的入口和出口分别为压力入口和压力出口,其余面为壁面。其中,入口气体压力设置为0.5mpa,出口压力为0mpa,其他参数为默认值,采用k-ε湍流模型进行计算,k-ε湍流模型的标准方程为:

其中,ρ为气体密度;k为湍动能;ui为时均速度;μ为气体的粘度;μt为湍动粘度;σk和σε分别是湍动能k的耗散率ε对应的prandtl数;gk是由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项;gb是由于浮力引起的湍动能k的产生项;ε为耗散率;ym代表可压湍流中脉动扩张的贡献;c1ε、c2ε、c3ε为经验常数;sk和sε是用户定义的源项;

气膜的压力分布由下式得到:

根据流体润滑理论,轴承气膜间隙的流体流动应该与各个节流孔出口处的流体流动平衡,并满足流量平衡方程:

qin=qout(3)

以10个节流孔为例,通过节流孔进入气膜间隙的流量qin通过计算方程(4)得到:

从气膜边缘流出的气体质量流量为:

其中,a是节流孔的横截面积;c0为喷嘴的流量系数;ψ为喷嘴的流速系数;ps为供气压力;k为传热系数;pd为节流孔的出口压力;p为止推面上的压力。b为对应气膜的宽度;l为对应气膜的长度;ρa是外部环境中气体的密度;

所以承载力w的计算公式如下:

w=∫spds(7)

其中,s为气膜的面积;

轴承受到外载荷作用时,气膜的厚度会产生变化,假定气膜厚度的变化量为e,则气膜刚度k的计算公式为:

其中,δw为承载力的变化量;δe为气膜厚度的变化量。


技术总结
本发明公开了一种均压槽复合节流气体静压导轨及气模刚度分析方法。在气体静压导轨气浮滑块内开设有若干个双排节流孔,并在节流孔出口处开设若干个彼此联通的均压槽,与气浮滑块配合的基座工作面为光滑的平面。均压槽起着二次均压及节流的作用。本发明能显著增大轴承气膜间隙的压力分布,扩大高压区面积,可以有效地提高空气轴承的承载力和刚度。同时,有效抑制了流场区域的压降,可以节省气体流量,从而提高高压气体的利用率。

技术研发人员:张浩;王婷;杨佳成
受保护的技术使用者:南京工业大学;南京工大数控科技有限公司
技术研发日:2020.07.10
技术公布日:2020.10.27
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