静压气体球轴承设计及静态特性研究
发布时间：2022-01-01 19:54
精密关节球轴承是一种具有三自由度的机械关节,结构紧凑、运动灵活,能够提供较大的无奇异工作空间,已成为机器人、并联机构、高精度测量仪器等精密装备的关键零部件。但由于球轴承存在工作表面摩擦磨损及位姿检测等问题,一直制约着其应用推广。静压气体球轴承具有高运动精度和低摩擦阻力,有效避免了摩擦磨损问题,且无需设置其它辅助润滑构件,使球轴承位姿检测的实现成为可能。为此,本文针对静压气体球轴承开展研究,系统性分析各结构参数对球轴承性能的影响,为球轴承结构参数优化设计提供参考依据。论文的主要研究内容包括:（1）建立了静压气体球轴承结构模型和流体仿真模型,并对流体仿真模型进行了结构化网格划分和边界条件设置。基于物理基本守恒定律推导了适合静压气体球轴承的基本控制方程,并进行了基本控制方程的离散和求解。利用仿真计算结果,进一步获得静压气体球轴承的静态特性。（2）对静压气体球轴承流体仿真模型进行数值仿真研究,探讨了球窝包角、供气孔分布角、供气孔数量、供气孔直径等结构参数对轴承性能的影响,提出了各结构参数合理的设计范围。（3）利用CFD数值仿真分析静压气体球轴承静态特性,研究了供气压力对球轴承承载能力、静态刚度...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２滚动关节球轴承??近年来，国内一些学者也针对自润滑关节球轴承开展了研宄［１８，１９］，将编织物??自润滑材料制作成球面衬垫，使球轴承的承载能力、摩擦阻力和使用寿命等性能上??
ｊｆｅｔ參??（ａ）?ＨＥＰＨＡＩＳＴ球轴承?（ｂ）?ＩＮＡ球轴承??图１．２滚动关节球轴承??近年来，国内一些学者也针对自润滑关节球轴承开展了研宄［１８，１９］，将编织物??自润滑材料制作成球面衬垫，使球轴承的承载能力、摩擦阻力和使用寿命等性能上??得到一定程度的提高。所采用的材料具有自润滑特性且耐磨性较好，如环氧基树脂??（Ｅｐｏｘｙ）、聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）等。??（３）
?ｙｒ??Ｓｔ翁、球窝??图１．５静压气体球轴承??综上所述，几种精密关节球轴承结构各有优缺点，滚动关节球轴承和滑动关节??球轴承具有较好的刚度和容易制造等特点，但由于存在辅助润滑构件，不利于球轴??承的位姿检测；磁悬浮球轴承多为主动关节，工作摆角范围较大，但其控制系统繁??杂，难以与位姿测量单元兼容设计；静压气体球轴承润滑性能好，而且气膜间隙对??位姿测量单元的影响较小，是球轴承位姿检测优选的结构类型。??１．３静压气体轴承的研究??１．３．１气体润滑的发展概况??气体润滑的出现是轴承发展史和摩擦学史上的重大突破，打开了传统支承长??期规避的一些润滑禁区。与滚动轴承和滑动轴承相比，气体润滑轴承具有高转速、??高精度、低功耗和寿命长等优势
【参考文献】：
期刊论文
[1]嵌入式智能球铰链设计及研制[J]. 胡鹏浩,廖普,路翼畅,杨文国,孟晓辰. 机械工程学报. 2017(20)
[2]Theory of Degrees of Freedom for Parallel Mechanisms with Three Spherical Joints and Its Applications[J]. QU Haibo,FANG Yuefa,GUO Sheng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(04)
[3]新型大工作空间仿生被动球面铰链构型及工作空间分析[J]. 邱雪松,杨龙,侯雨雷,周玉林. 中国机械工程. 2015(03)
[4]多微通道式气体静压节流器承载力研究[J]. 张雯,尹健龙,张玉冰,沈小燕,李东升. 机械工程学报. 2012(20)
[5]基于静特性分析的环面节流静压气体球轴承参数设计[J]. 郭良斌,彭宝林,王卓,宣立明. 武汉科技大学学报. 2011(03)
[6]国内静压气体润滑技术研究进展[J]. 冯慧成,侯予,陈汝刚,赵红利. 润滑与密封. 2011(04)
[7]新型高刚度静压气体球轴承的静态特性[J]. 任迪,王祖温,包钢,杨庆俊. 吉林大学学报(工学版). 2010(06)
[8]多自由度磁悬浮球形主动关节机理及悬浮控制[J]. 王军,曾励,张丹. 机械设计与研究. 2010(04)
[9]小孔节流方式对静压气体球轴承工作特性的影响[J]. 解鹏,金光,张雷,姜明洙. 润滑与密封. 2010(03)
[10]空气静压止推轴承静态性能测试装置设计[J]. 夏欢,陶继忠,王洋. 制造技术与机床. 2009(03)
博士论文
[1]高速静压气体轴承—转子系统的特性研究[D]. 于贺春.大连海事大学 2011
[2]三轴气浮台气体球轴承静态特性及涡流力矩的研究[D]. 任迪.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于电容测量原理的精密球铰链多维运动位移测量方法研究[D]. 张敏.杭州电子科技大学 2016
[2]智能球关节的测量原理及关键技术研究[D]. 李帅鹏.合肥工业大学 2014
[3]大负载球形气浮轴承设计及流场特性的数值模拟研究[D]. 陈路.哈尔滨工业大学 2013
[4]编织衬垫自润滑关节轴承性能评估[D]. 柏耀星.河南科技大学 2012
[5]高压气体球轴承的流场特性研究[D]. 刘福强.大连海事大学 2011
本文编号：3562737
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２滚动关节球轴承??近年来，国内一些学者也针对自润滑关节球轴承开展了研宄［１８，１９］，将编织物??自润滑材料制作成球面衬垫，使球轴承的承载能力、摩擦阻力和使用寿命等性能上??
ｊｆｅｔ參??（ａ）?ＨＥＰＨＡＩＳＴ球轴承?（ｂ）?ＩＮＡ球轴承??图１．２滚动关节球轴承??近年来，国内一些学者也针对自润滑关节球轴承开展了研宄［１８，１９］，将编织物??自润滑材料制作成球面衬垫，使球轴承的承载能力、摩擦阻力和使用寿命等性能上??得到一定程度的提高。所采用的材料具有自润滑特性且耐磨性较好，如环氧基树脂??（Ｅｐｏｘｙ）、聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）等。??（３）
?ｙｒ??Ｓｔ翁、球窝??图１．５静压气体球轴承??综上所述，几种精密关节球轴承结构各有优缺点，滚动关节球轴承和滑动关节??球轴承具有较好的刚度和容易制造等特点，但由于存在辅助润滑构件，不利于球轴??承的位姿检测；磁悬浮球轴承多为主动关节，工作摆角范围较大，但其控制系统繁??杂，难以与位姿测量单元兼容设计；静压气体球轴承润滑性能好，而且气膜间隙对??位姿测量单元的影响较小，是球轴承位姿检测优选的结构类型。??１．３静压气体轴承的研究??１．３．１气体润滑的发展概况??气体润滑的出现是轴承发展史和摩擦学史上的重大突破，打开了传统支承长??期规避的一些润滑禁区。与滚动轴承和滑动轴承相比，气体润滑轴承具有高转速、??高精度、低功耗和寿命长等优势
【参考文献】：
期刊论文
[1]嵌入式智能球铰链设计及研制[J]. 胡鹏浩,廖普,路翼畅,杨文国,孟晓辰. 机械工程学报. 2017(20)
[2]Theory of Degrees of Freedom for Parallel Mechanisms with Three Spherical Joints and Its Applications[J]. QU Haibo,FANG Yuefa,GUO Sheng. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(04)
[3]新型大工作空间仿生被动球面铰链构型及工作空间分析[J]. 邱雪松,杨龙,侯雨雷,周玉林. 中国机械工程. 2015(03)
[4]多微通道式气体静压节流器承载力研究[J]. 张雯,尹健龙,张玉冰,沈小燕,李东升. 机械工程学报. 2012(20)
[5]基于静特性分析的环面节流静压气体球轴承参数设计[J]. 郭良斌,彭宝林,王卓,宣立明. 武汉科技大学学报. 2011(03)
[6]国内静压气体润滑技术研究进展[J]. 冯慧成,侯予,陈汝刚,赵红利. 润滑与密封. 2011(04)
[7]新型高刚度静压气体球轴承的静态特性[J]. 任迪,王祖温,包钢,杨庆俊. 吉林大学学报(工学版). 2010(06)
[8]多自由度磁悬浮球形主动关节机理及悬浮控制[J]. 王军,曾励,张丹. 机械设计与研究. 2010(04)
[9]小孔节流方式对静压气体球轴承工作特性的影响[J]. 解鹏,金光,张雷,姜明洙. 润滑与密封. 2010(03)
[10]空气静压止推轴承静态性能测试装置设计[J]. 夏欢,陶继忠,王洋. 制造技术与机床. 2009(03)
博士论文
[1]高速静压气体轴承—转子系统的特性研究[D]. 于贺春.大连海事大学 2011
[2]三轴气浮台气体球轴承静态特性及涡流力矩的研究[D]. 任迪.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于电容测量原理的精密球铰链多维运动位移测量方法研究[D]. 张敏.杭州电子科技大学 2016
[2]智能球关节的测量原理及关键技术研究[D]. 李帅鹏.合肥工业大学 2014
[3]大负载球形气浮轴承设计及流场特性的数值模拟研究[D]. 陈路.哈尔滨工业大学 2013
[4]编织衬垫自润滑关节轴承性能评估[D]. 柏耀星.河南科技大学 2012
[5]高压气体球轴承的流场特性研究[D]. 刘福强.大连海事大学 2011
本文编号：3562737
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