扇形沟槽表面节流静压气体轴承的性能分析.pdf

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1、第30卷第4期计算机仿真2013年4月文章编号：1006—9348(2013)04—0243—05扇形沟槽表面节流静压气体轴承的性能分析李运堂，蔺应晓，朱红霞(中国计量学院机电1程学院，浙江杭州，310018)籀要：关于气体轴承承载能力优化问题。为增大静压气体轴承的承载能力，提高轴承的剐度，设计了一种扇形沟槽表面节漉式静压气体轴承，并运用计算流体力学软件Fluent计算轴承的性能，分析几何参数对轴承性能的影响。结果表明，在一定气膜厚度下，增大节流面积可显著提高承载能力，增大节流槽长度可以增加轴承刚度，而在气膜厚度较小时，均压槽可以同时提高承载能力和刚度。当轴承直径相同时，所

2、设计的静压气体轴承较小孔节流式具有更高的承载能力和更大刚度。关键词：气体轴承；表面节流；流体仿真；性能计算中图分类号：TP391．9文献标识码：BPerformancesAnalysisofAerostaticBearingRestrictedbyFan——shapedSurfaceRestrictorLIYun—tang，LINYing—xiao，ZHUHong—xia(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，ChinaJiliangUniversity，HangzhouZhejiang310018，China)ABSTRA

3、CT：Inordertoincreaseloadcarryingcapacityandstiffness，anewtypeaemstaticbearingwithsurface～restrictorwasdesignedinthispaper．Moreover，ComputationalFluidDynamicsoftwareFluentWasusedtocalculatetheperformanceofthebearingandtheinfluenceofgeometricalparametersonthebearing'performanceisanalyzed．The

4、resultsindicatethatloadcarryingcapacitysignifieandyincreaseswithrestrictoral'eaincertainfilmthickness．In．creasingthelengthoffan—shapedsurfacerestrictorCallimprovebearingstiffness．Furthermore，loadcarryingcapac．ityandstiffnessincreasesimultaneouslywithevengrooveinsmallfilmthickness．Thebearin

5、grestrictedbysurface～restrietorhaslargerloadcarryingcapacityandstiffnessthanthatwithorificetyperestrictor，KEYWORDS：Aerostaticbearing；Surfacerestrictor；Fluidsimulation：Performancecalculation1引言相对于小孔节流，表面节流使静压气体轴承的承载力更大、剐度更高、并具有动压效应等优点。但表面节流器几何形状复杂，轴承内气体流动参数在短时间内发生多次变化，精确建立轴承内气体的流动模型非常困难。实际计

6、算轴承性能过程中，往往忽略气膜厚度方向上的压力变化和其它无法建模因素，将三维流动视为二维流动，获得简化的雷诺方程，然后构造泛函求得雷诺方程的数值解，近似得出气体的压力分布，进而预测轴承的承载能力和剐度。由于采用简化基金项目：国家自然科学基金“超精密静压气浮导轨的自激振动机理及设计方法的研究(50905171)”；浙江省自然科学基金“高加速度高精度气浮运动系统的动力学建模与快速定位(Y1080100)”；机械系统与振动国家重点实验室开放基金“纳米级定位平台静压气浮导轨的理论研究(MSV一2009—09)”收稿日期：2012—05—31修回日期：2012—06—29的模型，目标

7、函数之间相互制约，计算结果与轴承实际性能之间存在一定偏差¨。1，很难准确预测轴承的性能。因此，虽然表面节流方式自上世纪60年代就已提出，但相应的理论和实验研究很少，限制了表面节流静压气体轴承的推广和应用。近年来出现的计算流体力学软件可有效求解复杂结构内气体流动参数，推动了表面节流技术的发展H“1，Yoshimu—ra等07。研究了T形槽表面节流静压气体轴承的振动问题，指出轴承出口面的气体雷诺数大小影响轴承的振动，雷诺数越大，振动越大，反之，振动越小。但对于表面节流静压气体轴承内部气体流动特性及轴承几何参数对轴承性能