带有圆周方向均压槽的静压气体止推轴承的气锤自激

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局部多孔质气体静压圆盘止推轴承压力分布的有限元计算

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ａｌｉｚｅｄｂｙＭａｔｌａｂｐｒｏｇｒａｍｔｉｏｎＷｎｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｂｙ
ｒｅｄｕｃｅ
ｔｈｅ鲥ｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ｔｉｍｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕ－
ｍｅａｎｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ鲥ｄｑｕａｎｔｉｔｙ．
划分的合适与否，所需时间长短，都对整个计算过程有着重要的影响。本文直接在Ｃａｒｔｅｓｉａｎ
Ｃｏｏｒｄｉ．
ｎａｒｅｓ中对气体静压圆盘止推轴承的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ气体
润滑方程进行有限元计算。
１
件求解通常采用有限体积方法，所需计算时间比
有限元求解长。不同的计算方法适用于不同的情况。目前对气体静压轴承压力分布的研究更多采用的是有限元计算方法。有限元法研究域网格
由下向上，由左向右，共有ｍ个单元，／７，个节点。
稳定状态下气膜内的压力分布为坐标菇，Ｙ的函数，气膜区域利用三角形面单元来离散。由图２ｂ可以看出，力区域的边界ｓ．为对称边界，边界ｓ。为大气边界，边界％为局部多孔质圆柱塞的边界，区域Ａ。为局部多孑Ｌ质圆柱塞的求解域。
一个中心角为∥，ｌ。＝１Ｔ／６的扇形区力作为计算
！墨墅！Ｑ塑二兰！鱼兰
ＣＮ４１一１１４８／ＴＨ
轴承２００９年１２期
Ｂｅａｒｉｎｇ２００９，Ｎｏ．１２
●产品设计与应用◆
局部多孔质气体静压圆盘止推轴承压力分布的有限元计算
于雪梅１，孙雅洲２，卢泽生２
（１．淮海工学院，江苏连云港２２２００５；２．哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００１）
摘要：直接在ＣａｒｔｅｓｉａｎＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ中对气体静压圆盘止推轴承的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ气体润滑方程进行有限元计算，针对局部多孔质直径大小的不同，采用两种不同的网格划分方法，并通过Ｍａｔｌａｂ编程实现了网格的自动细分，在此基础上，通过利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权残差原理对气膜内压力分布进行了求解。分析表明，网格的自动细分减少了网格划分的时间，便于获得合适的网格数量，使轴承压力分布的计算得到进一步简化。关键词：气体静压圆盘止推轴承；多孔质；压力分布；有限元；网格划分中图分类号：ＴＨｌ３３．３６文献标志码：Ａ文章编号：１０００—３７６２（２００９）１２—０００１—０４

静压止推气体轴承性能分析

计算流体力学在 20 世纪 80 年代取得了重大进展。在高速可压缩流动方面，基于总变差减小(Total Variation Diminishing，TVD)与矢通量分裂(Flux VectorSplitting)、通量差分分裂(Flux Difference Splitting)等方法的高精致格式 (High Resolution Scheme)终于较好地解决了流体力学的一大难题——跨、超音速计算的激波精确捕获。而采用传统的人工黏性方法的 Jameson 格式等在这方面也取得很大的成功。多重网格与残差光顺(Residual Smoothing)等加速收敛技术有效地减少了三维流动模拟的巨大计算工作量。而在低速不可压流动方面，利用人工可压缩性方法与压力校正法等对纳维尔-斯托克斯方程组的直接求解取代了局限性很大的流函数-涡量法等传统解法，从而也促进 CFD 技术向流体传热、多相流、燃烧与化学反应流等领域迅速扩展与深入。这些进展为通用 CFD 软件的发展奠定了良好的理论基础。计算流体力学按照求解的方程可以分为两大类，一类是求解传统的 NS 方程。另一类是近一二十年发展起来的方法。这类方法直接求解波耳兹曼方程，NS 方程可以看作是波耳兹曼方程在一定条件下进行统计平均的结果。波耳兹曼方程在微观尺度上按照概率统计的方法描述了流体微团的运动。这类方法的优势是，在低于 0.3 马赫数以下的计算中可以达到非常高的计算精度，所以被广泛的应用于汽车领域。但是，在超过 0.3 马赫数的问题中，其本身的理论基础不是十分成熟，限制了其在航空航天领域的应用。本文还是求解传统的 NS 方程。对于 NS 方程常用的离散方法有限体积法 (FVM)、有限元素法(FEM)、有限差分法(FDM)和谱方法等等。
计算流体力学和相关的计算传热学，计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的影响。不但如此，计算流体力学还能够处理一些实验和理论分析都难以解决的问题。 NASA 曾经研究一种新型飞机(Aerospace Plane)，这种飞机将以 20 倍音速以上的速度飞行。因为这样的马赫数远远超过现在风洞的能力，所以无法使用风洞实验满足研究

多孔质环带排气型静压气浮止推轴承[发明专利]

专利名称：多孔质环带排气型静压气浮止推轴承专利类型：发明专利
发明人：温众普,石照耀
申请号：CN202110457827.5
申请日：20210604
公开号：CN113217541B
公开日：
20220517
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：多孔质环带排气型静压气浮止推轴承属于气浮轴承与气体润滑技术领域；该装置通过在轴向支承气膜与径向支承气膜交汇处开设排气管道，并与流量控制装置相连，使交汇处具有稳定的可调的压力边界，使轴承具有更好的自适应性，提高了气膜内的平均压强，使轴承在多种供气条件及负载变化的条件下，仍具有良好的承载和刚度特性。

通过小孔节流与多孔质限流结构结合使用，可以在多孔质材料由于堵塞造成的孔隙度降低的情况下，仍能保证气体流量不受损失，提高了轴承的刚度。

通过流量控制装置来调节冗余气体排出的速率，可以提高稳定状态的抗干扰性以适应多种供气条件及变化的负载。

达到了兼顾静压气体轴承的承载、刚度以及稳定性的目的。

申请人：北京工业大学
地址：100124 北京市朝阳区平乐园100号
国籍：CN
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第24届国际流体密封会议通知

【５】刘暾，刘育华，陈世杰．静压气体润滑［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工
业大学出版社．１９９０．
【６】刘珊珊．真空预紧气浮支承静承载特性仿真建模与实验分
析『Ｄ］．武汉：华中科技大学２０１２．
【７】张翰乾．高速静压气体轴承转子系统的稳定性分析［Ｄ］．哈也逐渐稳定。
【３】李树森，刘暾．精密离心机静压气体轴承主轴系统的动力学
特性分析［Ｊ］．机械工程学报，２００５，４１（２）：２８－３２．
ＬＩＳＳ，ＬＩＵＴ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｅｎｔｉｒｆｕｇｅ
提高越明显。（２）微通槽的形状对径向静压气体轴承承载力的提高效果随气膜厚度的减小而增大；当气膜厚度较小时，矩形微通槽的承载力和刚度均较高，是微通槽的最佳截面形状设置；当气膜厚度较大时，矩形微通槽、三角形微通槽及椭圆形微通槽轴承的承载力及刚
（１）开设轴向微通槽可提高径向静压气体轴承
承载力和刚度，在一定条件下偏心率越大，承载力的
【９】ＣＨＥＮＣ，ＫＡＮＧＹ，ＹＡＮＧＤＷ，ｅｔａ１．Ｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｎｕｍｂｅｒ
微通槽深度ｈｌ／ａｍｒ
尔滨：哈尔滨工业大学．２０１２．

一种环槽锥孔动静压气体轴承[实用新型专利]

专利名称：一种环槽锥孔动静压气体轴承专利类型：实用新型专利
发明人：李树森,王成成,周梓健
申请号：CN201621200517.6
申请日：20161103
公开号：CN206329633U
公开日：
20170714
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种环槽锥孔动静压气体轴承，本实用新型涉及一种环槽锥孔动静压气体轴承。

本实用新型为改善现有技术中静压气体轴承刚度小、承载能力低、抗干扰能力差、高速运转时稳定性差的不足之处。

所述轴承为圆柱体，圆柱体沿轴线方向开有轴向孔，圆柱体沿径向均布加工有双排多组供气孔，且每组供气孔与节流器配合而成，节流器由节流小孔、锥形孔和圆形均压槽组成，节流小孔和供气孔相通，节流小孔和锥形孔孔顶相通，锥形孔孔底和圆形均压槽相通，且在圆形均压槽上沿轴向孔内表面开环形微通槽连接多组供气孔，再沿轴向孔内表面开轴向微通槽将双排供气孔连通，圆柱体沿周向均布加工有楔形曲面槽，每个供气孔的轴心线均经过圆柱体的轴线，且正交。

申请人：东北林业大学
地址：150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号
国籍：CN
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ＤｉｊｎＬｕ。ＺａｇＧｏｉＺｕＪｎｕｕＪｎｉＤｎａｕｕｈｎｕｑａｕｔＳｈｏ，ａｉＩｓｔｅｏＴｃｎｌｙＳｅｚｅｕｎｄｎ１０５Ｃｉ；１ＳｅｚｅｒａｃｏｌＨｒｎｎｔｕｆｅｈｏｇ，ｈｎｈｎＧａｇｏｇ５，ｈｎｄｅｂｉｔｏ５８ａ
带有圆周方向均压槽的静压气体止推轴承的气锤自激
杜建军刘暾张国庆朱建军
（．哈尔滨工业大学深圳研究生院１广东深圳５８５；２１０５．哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨１００）５０１
摘要：通过开设均压槽，可以增加静压气体轴承的承载能力和刚度，但是如果气体轴承的均压槽等参数设计不合理，会出现一种振动现象——气锤自激振动，尤其是设计高压重载气体止推轴承时。针对常用的圆盘止推气体轴承，建立轴承活动件的动力学方程，再运用小扰动方法和流量连续性方程得到了气锤自激振动的稳定性判别方程。通过求解稳定性判别方程，发现供气压力越大，自激振动的倾向性越强；气膜间隙在一定范围内容易引起自激振动；节流孔直径越大，自激振动的倾向性越强；当止推轴承的外径和内径的比值比较小时，容易发生气锤自激。通过计算得到了不发生气锤自激振动的轴承设计参数，可用于高压重载气体止推轴承的设计。
关键词：静压止推气体轴承；气锤自；均压槽；稳定性判据激中图分类号：Ｔ１３３文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（００１０９— Ｈ３．６２４— １０２１） — ０４
ＳｕｙｏｅｆｅｃｔｄＶｉａｉｎｆｒＥｘｅｎａｌｅｓｉｅｓｔｄｆＳｌ－ｘｉｅｂｒｔｏｏｔｒｌＰｒｓｕｒｚｄＧａｙＴｈｒｔＢｅｒｎｇｗｉｈＣｉｃｍｆｒｎｉｌＧｒｏｅｕｓａｉｔｒｕｅｅｔａｏｖ
２ＳｈｏｏｓｏａｔｓＨｒｉＩｓｔｅｏＴｃｎｌ，ａｂｅｏｇａｇ１００，ｈｎ）．ｃｏｌｆｔｎｕｃ，ａｎｎｔｕｆｅｈｏｇＨｒｉＨｉｎｊｎ５０１ＣｉａＡｒｉｂｉｔｏｙｎｌｉ
ＡｂｔａｔＴｅｌａａａｉｙａｄｓｉｎｓｆｅｔｒａｌｒｓｕｉｅａｅｒｎａｅｉｒｖｄｂｐｎｎｒｏｅＦｒｓｒｃ：ｈｏｄｃｐｃｔｎｔｆｅｓｏｘｅｎｙｐｅｓｒｚｄｇｓｂａｉｇｃｎｂｍｐｏｅｙｏｅｉｇｇｏｖ．ｏｆｌｅｔｒａｌｒｓｕｚｄｇｓｔｒｓｅｒｎｓｗｉｈｃｒｕｅｅｔｒｏｅ，ｆｔｅｄｓｇａａｔｒｆｂａｎｒｏｏａｉｘｅｎｌｐｅｓｒｅａｈｕｔｂａｉｇｔｉｍｆｒｎｉｇｏｖｉｈｅｉｎｐｒｍｅｅｓｏｅｒｇａｅｎｔｃｍｐｔｙｉｃｌａｉ — ｂｅ，ｈｅｆｅｃｔｄｖｂａｉｎｗｉｃｕ，ｉｈｗｉｎｕｎｅｔｅｐｒｏｍａｃｆｂａｉｇｓｖｒｌｅｐｃａｌｏｉｈｐｅ－ｌｔｅｓｌ－ｘｉｉｒｔｌｏｃｒｗｈｃｌｉｆｅｃｈｅｒｎｅｏｅｒｎｅｅｅｙ，ｓｅｉｌｙｆｒｈｇｒｓｅｏｌｌｌｆｓｒｎｅｖｏｄｇｓｔｒｓｅｒｎｓＴｈｔｂｌｙｃｔｒｏｑａｉｎｆｅｔｒａｌｒｓｕｚｄｇｓｔｒｓｅｒｎｒｕｅａｄｈａｙｌａａｈｕｔｂａｉｇ．ｅｓａｉｔｒｅｎｅｕｔｏｓｏｘｅｌｙｐｅｓｒｅａｈｔｂａｉｇｗｅｅｉｉｉｎｉｕｄｄｃｄｂｏｉｉｇｔｅｄｎｍｉｑａｉｎ，ｓｌｄｓｕｂｎｅｍｅｈｄａｄｆｏｃｎｉｕｔｏｄｔｎＩｉｕｄｔａｈｅｕｅｙｃｍｂｎｎｈｙａｃｅｕｔｏｍａｌｉｔｒａｃｔｏｎｗｏｔｎｉｙｃｎｉｉ．ｔｓｆｎｈｔｔｅｌｏｏｂａｉｇｈｗｅｄｎｙｔｅｕｔｉｅｆｅｃｔｄｖｂａｉｎｗｉｈｔｅｉｃｅｓｆａｒｓｐｌｉｇｐｅｓｒｎｉｍｅｅｆｏｉｅｒｎｓｓｏａｔｎｅｃｏｒｓｌｎｓｌ－ｘｉｉｒｔｏｔｈｎｒａｅｏｉｕｐｙｎｒｓｕｅａｄｄａｔｒｏｒ— ｅｉ．ｅｏｃｒｅｃｒｂｂｌｙｏｅｆｅｃｔｉｒｔｌｒｅｗｈｎｇｓｆｍｈｃｎｓｓｗｉｈｎａｃｒａｎｒｎｅ，ｏｈｒｅＴｈｃｕｒｎｅｐｏａｉｔｆｓｌ－ｘｉｄｖｂａｉｎｗｉｓｅａｌｔｉｋｅｓｉｔｉｅｔｉａｇｃｉｅｏｌｉｉｒｔｅｒｔｆｏｔｉｅｄａｔｒａｄｉｓｄｉｍｅｅｓｒｔｅｍａ！ａｉｏｕｓｄｉｍｅｅｎｎｉｅｄａｔｒｉａｈｒｓｌｏＴｈｅｉｎｐａｅｅｆｇｓｔｒｓｅｒｎｈｔａｏｄｓｌ－ｘｅｄｓｇａｍｔｒｏａｈｔｂａｉｇｔａｖｉｅｆｅ — ｒｓｕｃｔｄｖｂａｉｎｗｅｅｃｍｐｔｄ，ｉｈａｅｕｅｕｏｈｅｉｎｏｉｈｐｅｓｒｎｅｖｏｄｇｓｔｒｓｅｒｎｓｉｅｉｒｔｏｒｏｕｅｗｈｃｒｓｆｌｆｒｔｅｄｓｇｆｈｇｒｓｕｅａｄｈａｙｌａａｈｔｂａｉｇ．ｕＫｅｗｏｄ：ｘｅｎｌｙｐｅｓｒｚｄｇｓｔｒｓｅｒｎｓｓｌ－ｘｉｅｉｒｔｎ；ｏｖｓａｉｉｉｃｉｎｎｙｒｓｅｔｒａｌｒｓｕｅａｈｔｂａｇ；ｅｆｅｃｔｄｖｂａｉｇｏｅ；ｔｂｌｙｄｓｒｍｉａｔｉｕｉｏｒｔ
２１００年１月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＡＴＯＮＣＩＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｊｎ２１ａ．００
Ｖｏ．５Ｎｏ１１３．
第３５卷第１期
Ｄ：１．９９ｊｉｎ０５０５．０００．０ＯＩ０３６／．ｓ．２４— １０２１．１０３ｓ