气浮主轴轴向闭式支承系统静特性数值分析.pdf

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1、2014年9月润滑与密封Sep．2014第39卷第9期LUBRICAT10NENGINEERINGVo1．39No．9DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2014．09．006气浮主轴轴向闭式支承系统静特性数值分析喻丽华谢庆生黄海松(贵州大学贵州省现代制造教育部重点实验室贵州贵阳550003)摘要：求解气体润滑问题的最大难点在于如何获得雷诺方程的精确解。为了提高气浮主轴轴向支承系统的设计精度，在建立小孔节流气体静压止推轴承润滑数学模型的基础上，运用有限元方法对雷诺方程进行离散化。基于MAT—LAB7．0工具平台，采用超松弛迭代法，开发求解气体

2、静压止推轴承压力方程与静特性的数值仿真软件。以某气浮主轴轴向闭式支承系统静特性参数设计为例，通过数值仿真，获得单侧止推轴承润滑气膜的压力分布，及不同节流孔直径与不同供气压力下的静特性性能；以刚度最大为优化目标，确定该气浮主轴止推轴承的结构参数与操作参数，并由此获得闭式支承系统的静特性。关键词：气浮主轴；静压气体止推轴承；静态特性中图分类号：TH133．3文献标识码：A文章编号：0254—0150(2014)9—023—7NumericalAnalysisonStaticCharacteristicsofAxialDoubleThrustBearingSystemf

3、orAerostaticSpindleYuLihuaXieQingshengHuangHaisong(KeyLaboratoryofAdvancedManufacturingTechnology，GuizhouUniversity，GuiyangGuizhou550003，China)Abstract：ItisverydificulttoacquiretheexactsolutionofReynoldsequationwhensolvingaerostaticlubricationprob—lem．Inordertoimprovethedesignaccuracy

4、ofaxialbeatingsystemforaerostaticspindle，themathematicsmodelofaero—staticthrustbeatingwithorificecompensatedwasestablished．Reynoldsequationincylindricalcoordinatewasdiscretizedbasedonthefiniteelementmethod．Anumericalsimulationsoftwarewasdevelopedtosolvethepressureequationsandstaticcha

5、racteristicsofaerostaticthrustbearinginthesuperrelaxationiterationmethodonthebasisofMATLAB7．0tools．Takingaxialdoublethrustbearingsofaaerostaticspindleasanexample，thepressuredistributionofgasfilmwereob—tainedbynumericalsimulation，andstaticcharacteristicsatdifferentfeedholediameterandga

6、ssupplypressurewerealsoobtained．Thestructureparametersandoperationparameterwereoptimizedinordertomaximizethestiffnessofthegasbeating，andthestaticcharacteristicsofthedoublethrustbearingswereeduced．Keywords：electricspindle；aerostaticthrustbearing；staticcharacteristics静压气体轴承因具有摩擦小、精度高、无磨

7、损、求解是采用工程简化算法，即近似解析解法。工程算无污染、维护保养少、寿命长等诸多许多优点，已广法计算较简便，但当气体轴承的气膜间隙较小时，其泛应用于高速高精密的加工领域中。但是，因为计算结果与实际值差值较大，难以满足计算精度要表征气体润滑的雷诺方程是二阶偏微分方程，难以获求。随着计算机的出现和推广应用，利用计算机得精确的解析解，因而设计和应用静压气体轴承的对雷诺方程进行数值模拟求解己经成为现代气体轴承难点在于确定轴承气膜的承载能力。设计和研究的一个主流趋势，由此也涌现出了各种各从数学观点来看，气体润滑问题的核心是求解雷样的数值计算方法，如有限差分法、有限单元法、

8、边诺方程以