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《具有可变均压槽的气体静压推力轴承性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第4期摩擦学学报Vol.29No.42009年7月TribologyJuly,2009具有可变均压槽的气体静压推力轴承性能研究张君安,张文豪,廖波,刘波(西安工业大学机电工程学院,陕西西安710032)摘要:具有可变均压槽的气体静压推力轴承,是作者提出的一种新结构轴承.本文建立了这种新结构轴承的性能计算方法,用有限差分法耦合求解气体静压推力轴承的雷诺方程和弹性薄片的变形控制方程,得到轴承的各项性能参数,并通过试验加以对比验证,计算结果与试验具有较好的一致性.结果表明该新型气体静压推力轴承的设计方案能够提高轴承
2、的刚度.关键词:空气静压轴承;弹性均压槽;刚度;有限差分法;气-固耦合中图分类号:TH112文献标识码:A文章编号:1004-0595(2009)04-0329-06传统的气体静压轴承都采用小孔、狭缝等节流阻的自然状态下,轴承的承载面上的弹性变形部分就出抗固定的节流器,其承载能力和刚度的提高非常有现了凹下去的初始均压槽.槽宽与轴承内的环形气腔限.为使气体静压轴承的刚度提高有新突破,根据气宽度一致,槽深与P1的大小及位置有关.设计上希望膜间隙变化或相应的压力分布变化改变均压槽的表轴承的载荷w和气膜厚度h的特性w(h)的
3、曲线越接面积,对轴承刚度进行反馈控制,是实现高刚度甚至近垂线越好,即希望dsw(h)/d(h)趋于无穷大.轴承[1-4]无穷静刚度的一条有效途径,也是目前气体静压工作时轴承内的环形气腔压力与进气孔相同,压力为轴承研究的一个热点和难点.近十几年来国内外开展Ps.在载荷逐渐增大的过程中,环形弹性薄板所承受[5]了不少这方面的研究,但是,在高刚度气体静压轴的分布载荷使均压槽进一步内凹,均压槽的截面积迅承的应用方面的进展并不明显.在承载面采用弹性薄速增加,轴承的承载能力随均压槽截面积的变化提板实现可变截面均压槽的推力轴承是一
4、种很有应用高;反之,随着载荷逐步减小,均压槽消失、甚至外凸,[6-7]前景的新型高刚度推力轴承.本文对这种空气静承载能力明显下降.这种结构的优点是固定均压槽与压轴承的弹性均压槽的力学性能进行了数值分析和可变截面面积的均压槽配合工作,弹性薄板均压槽工测试.结果证明这种方法是可行和正确的.作时压力变化均匀,即均压槽截面积一致性好,轴承刚度提高.1新结构空气静压推力轴承的结构及工作原理2控制方程其结构如图1所示.在推力轴承的承载面上设计2.1弹性薄板变形控制方程了一种环形弹性薄板结构,通过气膜压力反馈使环形对于如图1所示的
5、圆形薄板,采用极坐标下的[7]弹性薄板产生弹性变形从而形成均压槽,引起均压槽弹性薄板的基本控制方程:深度的变化,从而达到提高轴承刚度的目的.这种结444335w25w15w25w25w4+242+44+3-32-构仅在轴承的中心设置一个固有节流孔(喷嘴节流),5rr5r5θr5θr5rr5r5θ22用十字形均压槽将节流器出口与弹性均压槽连通.制15w45w15wq(r,θ)22+4+3=(1)造过程中轴承内的环形气腔中充满压力为P1的气r5rr5rr5rD体,使承载面上环形弹性薄板外凸.平面加工完成后式中,w为垂直气
6、膜方向的挠度;q(r,θ)表示收稿日期:2008-07-04;修回日期:2009-01-05;联系人:张君安,e-mail:zhangjunan@xatu.edu.cn基金项目:陕西省教育厅科研计划资助项目(04JK193).作者简介:张君安(1956-),男,教授,主要从事气体润滑技术和精密机械设计研究.330摩擦学学报第29卷Fig.1Thestructureofaerostaticthrustbearingwithchangeableelasticannularmembranegroove图1弹性环形薄板实现可
7、变均压槽推力轴承的结构弹性薄板上的分布载荷,D为板的弯曲刚度.式中,A为节流口面积,R为气体常数,C0为2.2气体润滑控制方程喷嘴流量系数,P0为节流孔的出口压力,Ps为供气从数学的观点来看,气体润滑的基本内容是求压力,T0为供气温度,k为绝热指数.解Reynolds方程以揭示气体润滑膜中压力的分布Qout是流出轴承气膜的流量规律.在低速状态下,设轴承之间的相对滑动速度与γh32πa5PQout=rdθ(6)由气体压力产生的流速相比很小,故可以忽略不计12μ0∫5r相对滑动速度.同时在等温条件下,忽略润滑剂的黏式中,
8、h是气膜与大气边界处的间隙,可见Qout3度和密度随温度的变化.采用极坐标,气体润滑的控与h成正比例关系.制方程为:当给定式(2)的边界条件后,式(2)、式(3)联立2222222求数值解5P15P15P35h5P,可得h和P(r,θ)的具体数值.然后就可2+22+++5rr5θr5rh5r5r得轴承的承载力2R2π35h5P2=0(2)W=∫
