PDF《新型环面节流静压气体球轴承压力 分布的实验研究》

100 mm , 球窝外包角 Η 1= 60° , 供气孔 包角 Η 0= 30° , 供气孔数为 6, 供气孔直径为 1.

2 mm. 一般而言, 测压点越多测压孔直径越小, 越容易提高 压力分布测量的准确性 . 但由于受加工工艺的限制, 测压孔孔径越小, 加工越困难;

同时, 测压孔数目的增 多又受到孔间距限制, 测压孔与测压孔之间必须留出 采样管引出和安装的空间 . 因此, 如何采用较少的测 压孔, 较好地测得气膜中的压力分布是设计的关键技 术问题 . 测量气膜压力扫描阀中采样管附件的最小外 径为 1.

59 mm , 因此试验轴承的测压孔直径设计为 1.

60 mm. 根据文献[1 ]计算的气膜压力分布曲线, 滞 止区气膜的压力几乎相等;

在包角 Η >

45° 的球窝边缘 区域, 在经线方向(Η坐标方向) 的压力梯度较大, 而在 纬线方向 (Υ坐标方向) 的压力梯度几乎为 0, 因此在 这2部分区域只需布置较少测压点 . 供气孔附近在经 线和纬线

2 个方向同时存在较大的压力梯度, 因此测 量气膜压力分布的关键是准确测量供气孔附近的压 力, 供气孔附近区域应该布置足够多的测点 . 我们在 球窝上共布置

31 个测点, 在供气孔附近 Η = 31. 875° 和Η=30. 000° 的纬线方向各布置

6 个测点;

在Υ=0° 、 105° 、 270° 的经线方向共布置

19 个测点 . 为了便于比 较实测值与理论计算值, 测压点位于有限元计算网格 的节点上, 计算域有限元网格的划分如下: Η坐标(0≤ Η ≤60° ) 方向分为

32 等分, Υ坐标 (0≤Υ ≤30° ) 方向分 为8等分 . 1.

2 轴承的加工和测量 球面加工有

3 种方案[3 ] , 即范成法、 成型范成法 和研磨法 . 我们选择研磨法进行球头和球窝的精密加 工, 球头和球窝材料选用 38C rM oA l . 整个加工工艺过 程为: 下料2粗加工2时效2三轴数控车凸球面、 凹球面2 时效2钻孔2时效2粗研2时效2氮化2精研 . 球窝研磨工 艺采用整球研磨法 . 球形误差定义为在通过球心任一截面上被测轮 廓的

2 个同心圆之间的最小径向距离(按照 GB

69302 86). 目前还没有测量球形误差的专门仪器[4 ] , 因此只 能用三截面内的不圆度测量代替球形误差的测量[3 ] . 用最小二乘圆评定法计算, 在Taylo r2 Hobson 公司生 产的 Talyrond

73 型圆度仪上测量的球窝最大误差截 面的圆度误差为 3.

120 Λ m;

用最小区域圆评定法计 算的球头最大误差截面的圆度误差为 1.

265 Λ m. 这 表明试验轴承组件中球头的球形精度基本达到要求, 而球窝的制造精度尚未达到图纸的设计要求 . 正如文 献[3 ]指出的, 内球面的研磨需要极高的经验和技术, 其加工非常困难 . 采用整球研磨工艺加工球窝, 研磨接触面积大, 球窝边缘的研磨速度大于底部的研磨速度, 球窝极易 产生喇叭口和塌边[5 ] . 圆度仪上试验轴承的实际测量 结果表明, 截面上靠近球窝边缘的圆度误差大于远离 球窝边缘的圆度误差, 试验球窝呈喇叭口形状 . 1.

3 试验装置 所研制的试验装置总体结构如图

2 所示, 主要由 F ig

2 Schem atic of test rigs 1. B racket, 2. A ir2bearing testbed, 3. Ball socket unit, 4. Bulb unit, 5. Load2on w eights, 6. Industrial computer, 7. Glass rotam eter, 8. Relief p ressure valve, 9. D igital sensor array, 10. A ir disposal unit 图2试验装置的总体结构 1. 支座, 2. 气浮台架, 3. 球窝组件, 4. 球头组件, 5. 加载砝码, 6. 工控机, 7. 流量计, 8. 减压阀, 9. 扫描阀, 10. 气源处理件 气源及过滤、 流量测量、 加载及称量、 气浮台架和压力 测量系统等几部分组成 . 气体轴承对压缩空气质量有 较高要求[6 ] : 压缩空气中尘埃粒径小于 0.