Использование воздуха в качестве смазочной пленки обеспечивает меньшую нагрузочную способность по сравнению с гидродинамический подшипник скольжения из-за низкой вязкости [ 8 ]. Тем не менее, из проектные и эксплуатационные характеристики цитированных выше, воздухоплавательного подшипники очень адекватный для шпинделей, используемых в сверхточной машине. Использование пористой
керамический материал в качестве альтернативной конструкции форсунками и карманных дросселей из самых металлические подшипники Аэростатические представляет собой простую конструкцию и производственные решения. Главное преимущество для использования керамического пористого материала, в качестве альтернативы металлический пористый материал, что нынешние пластичных характеристики является ее структурная целостность во время обработки процессов. Рис. 1а, б представить чертеж конструкции и аэростатического пористый подшипник изготовлен.
Аэростатическое керамический пористый подшипник изученным является простой журнал подшипник которого Корпус изготовлен из пористого керамического материала показал на рис. 2. Сжатый воздух на давление (Ps) вводится в зазор подшипника (ч), через керамической пористой матрицы (Н), что составляет корпус подшипника, создавая аэростатического распределение давления в зазоре подшипника. Для того, чтобы рассчитать распределение аэростатического давления в зазоре подшипника это было разработал безразмерной моделирование с помощью Силвейра и др. [6], чтобы получить Уравнение Рейнольдса модифицировано с учетом вязкого коэффициента проницаемости пористый носитель. Эта концепция представлена на рис. 3 и уравнения. (1) и (2). Vinj является скорость подачи воздуха, R радиус ротора, (U, V, W) являются скорость в направлениях (х, у, г) соответственно, т время, U является скорость поверхности ротора и V является поступательная скорость ротора в зазоре. Проблема моделируется упрощения уравнений Навье-Стокса и переписав его в исходной оси (х, у, г) находится в подшипниковой скольжения поверхности. Используя закон Дарси, в вставляя профили скорости в уравнении непрерывности, интегрирования в пределах от [0, ч] и предполагая, что жидкость в изотермических условиях получается уравнение. (1):
2.2 Динамические коэффициенты и первых Собственная частота пористого Подшипник Аэростатические Жесткость (куу, Kzz, Кыз, Kzy) и демпфирующие (Dyy, Dzz, DYZ, DZY) коэффициенты подшипников варьируются в зависимости от нескольких факторов, таких геометрии подшипника (ро, п, Lt), зазор между подшипником и валом (с), входного давления (Ps), скорость вращения (U), частоты возбуждения (ω), приложенные силы (F), проницаемость пористой матрицы (K1) и вязкость воздуха (η). Анализ состоит в генерации сетки, содержащей 41 узлы в осевом направлении и 50 узлов в тангенциальном направлении на внутренней поверхность подшипника, таким образом, что распределение давления может быть получено численно в подшипниковой клиренс воздухоплавательного керамического пористого опорного подшипника, используя Метод конечных разностей (рис. 4 и в таблице 1).
Этот шаг представляет анализ состава динамических коэффициентов как функции Suply и давление окружающей среды (Пс / Па). Первая собственная частота воздухоплавательного подшипника (Ωnb) получается с массой (М) и нормальной жесткости направленной (куу, Kzz) и это значительно влияет изменение давления питания, как показано на Инжир. 5. Результаты, представленные в таблицах 2 и 3 показывают, что существует сильно
под влиянием изменений входного давления на коэффициенты жесткости, но та же не происходит с демпфирующими коэффициентами. Можно отметить, что крест соединенные коэффициенты (индексы YZ и ZY) имеют относительно малые значения по сравнению с условия нормальных направлений (индексы уу и ZZ). То, что происходит в обоих, жесткость и
коэффициенты затухания. Кросс сочетании коэффициентов затухания настолько малы, что могут можно пренебречь.
3 Ротор Bearing System Model и статическая ЖесткостьФридель и Силвейра [ 9 ] разработал предварительный дизайн с экспериментальной установки составляют: опорный вал, подшипники качения, аэростатическому подшипника и турбины сборка показано на рис. 6. Эта конфигурация была предложена для исследования статическойи динамическое поведение воздухоплавательного керамического пористого цапфы. Численный анализ, предложенный в данной работе использовали модель конечных элементов представляют собой узел ротора, где вал был смоделирован как Эйлера- Бернулли пучка [ 10 ]. Модель стержневой элемент учитывает степень свободы перемещения и вращение по оси, перпендикулярной к оси вращения, как [ 11 ] представлены вИнжир. 7. Уравнения (3) и (4) показывают матрицы элементов трансляционной массы [ M] Вращающаяся масса [ N], жесткость [ K] и гироскопический [G ]. Матрицы являются функциями элемент массы на единицу длины (μ), длина элемента (L) и радиус элемента (г).Экспериментальный аппарат опирается на подшипники качения. Настоящая работа считает, что жесткость шарикового подшипника BB (КРФ) и радиально-упорный шарикоподшипник AC (Каца), основанный на технической литературе [12, 13 ]. Модель содержит 11 элементов и12 узлов. Подшипников качения моделируются своими внутренними кольцами и жесткость применяется на трех узлов, составляющих каждый из которых 1, 2, 3 и 7, 8, 9.4 Динамический анализ роторной системы
Для изучения динамического поведения воздухоплавательного пористого подшипника, то динамические характеристики роторной системы должны быть хорошо известны. Блок-схема представлена на рис. 9 привел динамическое исследование. В этой процедуре была получена амплитудно-частотная характеристика (БСМ), на Направление оси г на узле 5 с учетом двух различных условий: Система I. Ротор без аэростатическому пористого подшипника: экспериментальное устройство имеет его собственные резонансные частоты, которые могут создавать помехи в изучении воздухоплавательного подшипник.
II. Система ротора поддерживается воздухоплавательных пористых подшипников: это исследование состоит на сравнение между подшипниками качения и аэростатическому подшипника путем сравнения ответы условий I и II.
Результаты представлены на рис. 10 показывает, что подшипники качения выбраны (Шариковый подшипник BB и радиально-упорных подшипников AC) существенно влияют на значения собственные частоты. В этом случае подшипник принят приступить к анализ является шариковый подшипник в связи с увеличением стоимости жесткости. Уравнение (8) является
используется для получения частотной характеристики в модели [15] со (рад / с): частота (ωnb = 775 Гц). Условие II моделировали изменение размеров
шариковые подшипники с размерами воздухоплавательного подшипника. Динамические коэффициенты воздухоплавательного подшипника применяются на узлах 2 и 8, в связи с распределением от изменения давления между подшипником и валом ротора. На рисунке 11 показано что вал поддерживается аэростатическому керамического пористого подшипника имеет первый объект природного частота состояния II (ωsII) продвинулся по сравнению с условием I (ωsI), но амплитуды меньше, из-за затухания (таблица 5). 5. Выводы Конструкция воздухоплавательных пористых подшипников зависит от множества условий эксплуатации, геометрических параметров и свойств материала. Таким образом, важно, оценка статические и динамические характеристики шпинделя, представленные в данной работе в качествеэкспериментальная установка. Статический анализ показал, что жесткость вала и аэростатических пористый подшипник 20,1 и 2,6 кН / мм, соответственно. Динамический анализ показал, что первая собственная частота ротора близка к 1365.9 Гц, что значительно выше, чем первая собственная частота аэростатическое керамический пористый подшипник, значение которого равно 775,0 Гц. Динамическая оценка имеет важное значение во вращающемся машина, потому что позволяют безопасные диапазоны числа оборотов шпинделя. Можно, к выводу, что геометрические условия конфигурации и поддержка позволит подобранные расследованиединамического поведения аэростатического керамических пористых подшипников в условия проведения эксперимента.