静压止推气体轴承性能仿真
新型空气静压推力轴承的数值模拟与实验研究的开题报告
新型空气静压推力轴承的数值模拟与实验研究的开题报告一、研究背景和意义空气静压推力轴承是一种采用气体静压力实现离心支撑的轴承，具有无磨损、高转速、低噪音等优点。
它广泛应用于高速悬挂系统、高速磁悬浮列车、风力发电机、航空航天等领域。
由于空气静压轴承的工作原理复杂，通过传统实验方法研究难度较大，因此，通过数值模拟，能够更好地揭示其工作机理，指导其设计和优化。
因此，本研究计划采用数值模拟与实验相结合的方法，研究新型空气静压推力轴承的工作性能、稳定性等问题，为轴承的应用提供参考。
二、研究内容和方法1.研究内容（1）结合已有空气静压轴承的研究成果，提出新型空气静压推力轴承的设计方案；（2）建立新型空气静压推力轴承的数学模型，通过数值模拟方法分析其工作性能、稳定性等问题；（3）利用实验方法验证数值模拟结果的正确性，搭建相应的测试设备，进行实验研究；（4）通过对数值模拟和实验结果的对比分析，优化新型空气静压推力轴承的设计，提高其工作性能与稳定性。
2.研究方法（1）数值模拟方法：采用流体力学的有限元分析软件FLUENT，建立新型空气静压推力轴承的数学模型，进行数值模拟分析；（2）实验方法：搭建相应的测试设备，通过实验验证数值模拟结果的正确性，并对新型空气静压推力轴承的性能进行测试。
三、研究计划和进度安排1.研究计划（1）第一年：完成文献调研和新型空气静压推力轴承的设计方案，并建立其数学模型，进行参数优化和数值仿真；（2）第二年：制造实验样品，搭建相应的测试设备，进行实验研究，并对数值模拟结果进行验证；（3）第三年：通过分析数值模拟和实验结果，对新型空气静压推力轴承的设计进行优化，提高其工作性能和稳定性。
2.研究进度安排（1）第一年：完成文献调研和新型空气静压推力轴承的设计方案，并建立其数学模型，进行参数优化和数值仿真；（2）第二年：制造实验样品，搭建相应的测试设备，进行实验研究，并对数值模拟结果进行验证；（3）第三年：通过分析数值模拟和实验结果，对新型空气静压推力轴承的设计进行优化，提高其工作性能和稳定性。
气体静压止推轴承静态性能的数值仿真与实验研究
Ｗ Ｕ Ｄｉｇ ｈ Ｔ ｏ Ｊｚ ｏｎ ｎｚ ｕ ａ ｉｈ ｇ
（ｎｔ ｔ ｏ ｅｈｎ ａ Ｍ ｎｆ ｔ ｎ ｅｈｏ ｇ，ｈ ａ ｃｄｍ ｎｉｅｒ ｇＰｙｉ ， ａｙｎ ｉ ｕｎ ２９０Ｃ ｉａ Ｉ ｉ ｅ ｆ ｃａｉ ｌ ａｕ ｃ ｒ ｇＴ ｃｎｌ ｙＣ ｉ ａｅ ｙｏ Ｅ ｇ ｅｎ ｈｓ ｓＭｉ ａｇ ｅ ａ １ ，ｈ ） ｓｔ Ｍ ｕ ｃ ａｕ ｉ ｏ ｎＡ ｆ ｎ ｉ ｃ ｎ Ｓｈ ６ ０ ｎ
气 体 静 压止 推 轴 承 静 态 性 能 的数 值 仿 真 与 实 验 研 究
吴定柱 陶 继 忠
（ 国工程物理研究 院机械制造工艺研究所 四川绵 阳 ６ １０ 中 ２９ ０）
摘要 ：应用 Ｆｕｎ 软件对小孔节流气体静压止推轴承进行 了三维流场 的模 拟计算 ，分析 了节流孔孔径 、节流器工 ｌ ｔ ｅ
ｗａ ｉ ｌｔｄ ｂ ｌ ｅ ｔｓ ｆｗａｅ Ｔ ｅ ｅｆｃ ｆｔ ｅ ｄａ ｔｒｏ ｒｆ ｅｒ ｓｒｃｏ ，ｗｏ ｋｎ ｒ ａｏ ｒｆｃ ｅ ｔ ｃｏ ｎ ｕ － ｓ ｓｍｕａｅ ｙ Ｆ ｕ ｎ ｏｔ ｒ ． ｈ ｆｅ ｔｏ ｉｍｅｅ ｆｏｉ ｃ ｅ ｔ ｔ ｒ ｈ ｉ ｉ ｒ ｉｇ ａｅ ｆｏｉ ｅｒ ｓｒ ｔｒａ ｄ ｓ ｐ ｉ ｉ ｐｙ ａｒｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｅｓａｉ ｅｆｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｏ ｔｔ ｈ ｓ ｅ ｒｎ ｓｗａ ｎ ｌｚ ｄ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｈ ｔｔｅ ｃ ｒｙ ｎ ａ ｌ ｉ ｒ ｓｕ ｅ ｏ ｈ ｔｔｃｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆａ ｒ ｓａｉ ｔｒ ｔｂ ａ ｉｇ ｓａ ａｙ ｅ ｃ ｕ ｅｒ ｓ ｌｓｓ ｗ ｔ ａ ｈ ａｒ ｉ ｇｃ — ｐ ｃｔ ｆｔ ｅａ ｒｓａｉ ｈ ｓ ｅ ｒｎ ｓｄ ｃｅ ｓ ｓｗｉ ｎ ｒａ ｉ ｇｔ ｅｄ ａ ｔｒｏ ｒｆｃ ｅ ｔｉｔｒ；ｗｉ ｍａｌｇ ｓｆ ｍ ｌａ — ａ ｉ ｏ ｈ ｅｏ ｔｔｃｔｒ ｔｂ ａ ｇ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｉｃ ｅ ｓｎ ｈ ｉｍｅｅ ｆｏｉ ｅｒ ｓｒｃｏ ｙ ｕ ｉ ｈ ｉ ｔ ｓ ｌ ａ ｌ ｃｅ ｒ ｈ ｉ ａｃ ｎ ｅ，ｔｅ ｓｉ ｎ ｓ ｎ ｒａ ｅ ｔ ｎ ｒ ａ ｉｇ ｔｅ ｄ ａ ｔｒｏ ｒｆｃ ｅ ｔｉｔｒ ｈ ｔ ｆ ｅ ｓｉｃ ｅ ｓ ｓｗｉ ｉ ｃｅ ｓｎ ｈ ｉｍｅｅ ｆｏ ｉ ｅｒ ｓｒｃｏ ，ｗｉｈ ｂ ｇｇ ｓｆｌ ｃｅ ｒ ｎ ｅ，ｔ ｅ ｓｉ ｎ ｓ ｎ ｆ ｈ ｉ ｔ ｉ ａ ｍ ｌａ ａ ｅ ｉ ｈ ｔｆ ｅ ｓｉ — ｆ
静压止推气体轴承性能分析
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
小孔节流静压止推气体轴承静特性的数值分析
2008年9月第33卷第9期润滑与密封LUBR I C A TI ON EN GI N EER I N GSe p.2008V ol 133No 193基金项目:新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET 20520834);长江学者和创新团队发展计划资助项目(I RT0746)1收稿日期5作者简介侯予(3—),男,教授,博士生导师,研究方向为高速透平机械及气体润滑技术、新型制冷技术等12y @1xj 111小孔节流静压止推气体轴承静特性的数值分析3侯 予1 赵祥雄2 陈双涛1 陈纯正1(11西安交通大学制冷与低温工程研究所 陕西西安710049;21河南农业大学机电工程学院 河南郑州450002)摘要:介绍了计算流体力学软件FL U E N T 及其在气体轴承研究中的应用。
针对环形小孔节流静压止推气体轴承,基于F LU E NT 软件进行了简化假设并建立了计算模型,利用FL U E N T 软件对止推气体轴承模型进行了数值分析,求解了环形小孔节流静压止推气体轴承的压力场分布、耗气量和承载能力等轴承静特性,并成功捕捉到了大气膜间隙下供气孔周围的压力突降区。
对计算结果进行了分析,并与文献计算值以及试验值进行了对比,验证了数值分析的可靠性。
关键词:气体轴承;静压轴承;止推轴承;FLUE N T中图分类号:T H11712 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2008)9-001-3Num er i ca l Ana lysis of Externa lly Pr essur ized Ga sThr ust Bea r i n g with Supply HolesHo u Yu 1 Zhao Xia ngxi ong 2 Che n S hua ngta o 1 Che n Chunz he ng 1(11Institute of R efri ge ra ti on and C ry ogenic Engi neering,Xi ’an J iaot ong University,X i ’an Shaanxi 710049,Ch i na;21College ofM echanical and Elec trical Enginee ring,Henan Agricultural University,Zheng zhou Henan 450002,China )A bstr ac t:A soft war e of Comp utati onal Fluid D yna m ics (CFD),F LU E N T,was intr oduced and u sed in the r esearch ofgas bearings .Physical and m athe matical models were p r opo sed and si mp lified according to the usual assump tion .B y u sing F LUEN T,the nu merical si mulati on was made on the externally p r essurized gas thrust bearing with supp ly holes .The static par ameters such as l oad capacity,p ressu rized gas c on su mp tion and the p r essure filed of this thrust bearing wer e ob tained .The characteristic of p ressure d ive close to f eeding ho les under special c onditi on was caught successfully .The numerical si mu lati on r esu lts w ere comp ared w ith the results of classic methods and ex p eri men t,which show s that the nu merical analy 2sis using F LU ENT is suitab le and of high accuracy for gas bearings .Keyword s :gas bearing;externally p ressu rized bearing;thrust bearing;FLUEN T 由于静压轴承工作稳定,使用寿命长,承载力大,加工方便,因此静压止推轴承在工业领域得到了十分广泛的应用。
基于fluent的气体止推轴承出口性能仿真与分析
图１ 所示 ， 气 体 轴 承 由滑 块 本 体 和 弹 性 薄板 组 该 成， 弹性 薄板上 的矩 形 跑 道 即为 弹性 均 压 槽 ， 有 含 弹性 均压 槽 的气体 轴 承可 以显著 提 高 轴 承 的刚 度
及工 作稳 定性 ， 。
ｃｍ ａ ｓｎｏ ｓ ｕａ ｏ ｓｌ ｆｈ ｅｌ ｍ ｏ ａ ｎ ｏｇ ａ ， ｅ ￣ｉ ａ ａｎｍｂｒ ｆ ｓｕ ｐｉ ｓ ｂｕ ｏ ｐ ｒｏ ｆ ｉ ｌｉｎｒ ｕｔ ｏ ｅｉ ａ ｓ ｏｔ ｗ ｌ ｄｒｕｈｗ ｌ ｖｒ ｎ ｔ ｔ ｕ ｅ ｓｍ ｔ ｎ ｏ ｔ ｉ ｍ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ｈ ｌ ａ ｌ ｉ ｇｈ ｏａ ｏ ａ
ｔａ ｉ ｏ ａ ｕ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｉ ｒ ｅ ｉ ｌ ｙ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｒ ｌ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ． ｒ ｄｔ ｎ ｌｎ ｍｅ ｃ ｌｓｍｕ ａｉ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｓ ｉ ｉ ｏ ｏ ｍｐ ｉ ｈ ｄ ｌａｅ ａ ｌ ｅ ｓ ｎ ｂｅ ｆ
Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｅ ｒ ｇ； ａ ｌ ｏ ｇ ｎ ｓ ；ａ ｎ ｒｆ ｗ；ｕ ｂ ｌｎ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｇ ｓｂ ａ ｎ ｗ ｕ ｈ ｅ ｓ ｌ ｍｉ ａ ｏ ｔｒ ｕ ｅ ｔ ｗ；ｆ ｅ ｔ ｉ ｌｔ ｎ ｉ ｌ ｒ ｌ ｌ ｆ ｌ ｎ ｍｕ ａ ｉ ｕ ｓ ｏ！ Ｑ 二 兰 Ｚ源自轴承２ １ 年４ ０ ２ 期
Ｃ １—１ ４ ／ Ｂｅ ｒｎ ０１ Ｎｏ ４ Ｎ４ １ ８ ＴＨ ａ ｇ ２ ２， ． ｉ
基于 ｆ ｅｔ ｌ ｎ 的气体止推轴承 出 口性能仿真 与分析 ｕ
王莉娜 ， 刘波 ， 张君安
（ 西安工 业大学 机 电工程学院， 西安 ７０３ ） １０ ２
流 和湍 流模 型进行 对 比。 由于 气体 轴 承 的工作 表 面不 可能 绝 对 光 滑 ， 以在 采 用 湍 流 模 型 仿 真 的 所 过程 中 ， 壁 面粗糙 度 进行 了设 置 ， 仿 真结 果 更 对 使
空气静压止推轴承性能的数值分析
Ｍ Ⅱ ．２ ０ ｏ２
空气 静压 止推 轴 承性 能 的数 值 分析
张静 文 ， 张君 安 ，刘 波
（ 西安 工 业 学 院 机 电工 程 系 ， 西 西安 ７￣ ３ ） 陕 １ ２
摘
要 ： 采 用 有 限 差 分 法 ， 柱 坐标 系下 带殉 压 槽 的 圆形 空 气静 压 止 推 轴 承 的 压 力 埽 进 行 了 二 对
ｑ ａｌ ｐｒｍ ｔ ｓ ｂａｉ ｓ ｏ ｅ ａ ｕ ｔ ｕ］ｙ ａ ｅｅ ｅｒｇ ｉ ｂ ｌ ｂｅ ｉ ａ ｒ ｎ ｃｎ ｃ ｃ ｄ迁Ｊ ｅ ｈ ｏ ａ ｕｈ ａｗ ｓ Ⅲ ，ｓｃ ｓｈ ｒ ｓ＇ ｐｃｅｅ ｅ ｂ ｈｉ ｔ ｆ ｉｃｓｌ ａ ｇ ｒ ｏ ｕｈａ ｔ ｐ ｓｍ ｏｋｔ ｅ ｅ ｅ ｄ
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第 １ 期
张静文等 ： 空气 静 压 止推 轴 承 性 能 的数 值 分 析
７
分 析 问 题 既 避 免 了 采 用 有 限 元 法 的 繁 琐 ， 体 现 了 采 用 有 限 差 分 法 的 简 便 ， 且 使 程 序 设 计 又 并 大 大 简 化
Ｎｕ ｍｅ ｉａ ｎ ｌｓｓ ｏ ｔ ｔｃ ｐ ｅ ｓ ｒ ｈｒ ｓ ｉ ｅ ｒｎｇ ｒｃ ｌａ ａ ｙ ｉ ｆｓａ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｔ ｕ ｔａｒ ｂ ａ ｉ ｓ
Ｚ Ａ ｉ － ｅ Ｚ Ａ ｕ ∞Ｌ． Ｌ Ｕ Ｂ Ｈ ＮＧ ｎｒ ｗ ｎ ｇ Ｈ ＮＧ ｊ ｊ 。
堆数 值 仿 真 ． 井根 据 流 量 平 衡 原 理 ． 算 出给 定 气膜 问 隙 下 的 出 口压 力 值 、 栽 力 和 流 量值 ． 终 计 承 最 得 到 空 气静 压 止推 轴 承 的性 能 曲 践 结 果表 明 ， 算 鲒 果 与 实验 结果 有 较 高 的一 致性 ． 计 关 键 词 ： 有 限 差 分 ； 值 分析 推 轴 承 ； 压 槽 敷 止 均 中图 号 ： Ｔ Ｉ３ ３ Ｈ ３ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ＩＯ —７４２０ ） １ Ｏ ６０ Ｃ０５ １（０ ２０一 ０—５ Ｏ
空气静压轴承动态性能仿真研究
第3"卷第5期有色金属材料与工程NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING Vol.38 No.5 2017文章编号：2096-2983 (2017) 0*-0280-06D01：10.13258/ki.nm m e.2017.05.006空气静压轴承动态性能仿真研究王昊(上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093)摘要：空气静压轴承具有较小摩擦、运转平稳、使用寿命长、回转精度高且无环境污染等优点.以孔式节流空气静压轴承作为研究对象，利用建模软件，建立孔式节流空气静压轴承三维实体计算模型.通过计算流体动力学（CFD)原理，对该模型网格划分后模拟仿真轴承在一定偏心率下的旋转状态，计算并得出气膜压力分布图，分析其在不同供气压强和不同旋转速度对轴承承载力的影响，并得出影响轴承承载力因素的变化曲线.研究结果对孔式节流空气静压轴承结构设计优化具有可靠性的指导意义.关键词：空气静压轴承％孔式节流％供气压强％旋转速度％承载力中图分类号：TH133 文献标志码：ADynamic Performance Simulation of Air Static Pressure BearingWANG Hao(School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology^ Shanghai 200093, China)A bstract：Air bearing has less friction than the other bearings. Moreover,it has a smooth opeservice life,high precision rotary and no environmental pollution, etc. In this paper, a three-dimens model is established to simulate the holes throttle air bearing. The model is meshed into the unstructuredgrid and the simulation results are obtained. Simulation results of bearing in rotating state is analyzed andstudied under the influence of gas pressure and rotating speed. The air film pressure dist aerostatic bearing is obtained based on the results of the CFD. Finally, the paper summarizes the influenceof the corresponding factors on the bearing capacity.Keywords：air static b earing；hole type throttle；inlet pressure；rotating speed；bearing capacity空气静压轴承利用空气作为润滑剂，从外界提 供压缩空气，经过压缩的气体经节流孔进入轴承间 隙，在主轴与轴承表面形成可压缩的气膜层，并起负 载作用.由于空气黏度很低，摩擦力几乎不存在，因此空气轴承几乎消除了由摩擦力产生的阻力和磨 损，所以更适用于高速和高精度设备.较之其他轴承 具有较小摩擦、运转平稳、使用寿命长、回转精度高且无环境污染等优点.:2/，在航空、航天以及精密测 量和超精密加工设备中得到广泛应用3.提供足够 的承载力和稳定性的最关键的问题在于这些轴承的 设计[4:7]，因此气体轴承已成为精密轴承的一个重 要发展方向.近年来国内外对其进行了很多研究，段明德 等[8]通过建立空气静压轴承三维模型，仿真分析旋收稿日期：2017-03 - 08作者简介：王昊（1990—），男，硕士研究生.研究方向：静压轴承.E-mail: 740320796@qq. com第5期王昊:空气静压轴承动态性能仿真研究281转工作状态的轴承，得出进气压力、轴承转速与气模 厚度对空气轴承承载能力及需气量带来的影响' Zhu M等对超精密空气静压轴承的瞬态流动特性进 行了研究.为了捕捉湍流结构和波动，利用L E S方 法数值计算轴承间隙的瞬态流场，对轴承间隙涡结 构和压力波动进行了分析.R enn等[17]研究空气静 压轴承孔型节流器对质量流量特性的影响，并进行 了一系列的模拟和试验.结果表明，通过孔口的质量 流量特性与通过喷嘴的质量流量特性不同.空气静压轴承处于低转速工作时，表现为静压 效应;但当轴承高速旋转工作时，由于摩擦有相对运 动，故亦会产生动压效应.当动压效应达到一定程度 时，轴承成为动静压混合轴承，由原本静压空气转变 为动压静压混合空气轴承，变为动静压混合润滑工 作.考虑到动静压混合状态空气流动情况，本研究使 用计算流体动力学(CFD)的方法17:12，在数值模拟 计算基础上分析动静压效应.通过数值模拟的方法 求得比较精确的近似解，在实际工作时，空气在气体 轴承间隙流动是较为复杂的三维流场，因此使用三 维模型更容易得到精确的结果.其他研究一般地都 没有考虑到节流孔进口处的压力分析.本文通过模 拟得出了节流孔进口处压力分布图，并对其进行了 分析，为空气轴承的性能设计优化提供有效指导.1孔式静压径向轴承的结构参数和理 论分析节流管在空气静压轴承中是一个重要组成部 分，有一定的阻抗，具有压力调节的作用.气体静压 节流方式主要有小孔节流、多孔质节流、表面节流、毛细管节流和狭缝节流等[13]，其中小孔节流方式又 分为简单孔式节流器和环形孔式节流器.本文采用 环形双排孔节流孔布置.在轴承静止无工作状态时，因轴承自重和载荷 (总称为F)存在，转轴与轴承内表面紧密接触，无气 膜存在.当工作时，这时压缩空气经节流孔逐渐进入 轴承间隙，直到内部压力大于F时，转轴被气体浮 起，气膜形成，形成气浮垫[14].当工作稳定时，转轴 在气膜压力的支承下达到平衡.但因负载存在，使得 其产生了一定的偏心量6,导致上下气膜表面压力 不一样.负载变大时，下气膜厚度减小，气膜压力变 大;而上气膜厚度增大时，气膜压力变小，此时上下 气膜表面会形成压力差就是气膜承载力，用来平衡外部负载，使之内外压力平衡.提高静压气体轴承的刚度和承载能力是优化气 体轴承性能的重要方法，多数由压缩的供气压力、轴 承结构参数及气体的不同等因素确定.气体静压轴 承结构主要参数见表1.表1空气静压轴承结构的主要参数Tab. 1 Main parameters o f aerostatic bearing structure几何特征参数值轴承直径/m m56轴承长度/m m80节流孔直径/mm2进口直径/mm4节流孔径向位置/mm15平均气模厚度/mm2节流孔数量/个12文献[8]对偏心率为0.1时的空气静压轴承做 了一些相关研究.在文献[15]中偏心率为0.1〜0.6,研究并得出偏心率对承载力的影响结果:在一 定范围内，承载力和偏心率构成线性关系，并且在偏 心率为0.5时，研究分析并得出了详细的结论.本文 取偏心率为0.3进行一系列的研究分析.通过计算轴承静态性能的近似公式[15]，对承载力性能进行近似的估算(在e e0. 3,且^e3的情况下）.()单个径向轴承的承载力根据公式：W+C j L D(p s - <@) (1)式中：：e0. 2,单排孔供气；：e 0. 25,双排孔供 气L= 80mm;D= 60 mm;为环境压力，即标准 大气压力；<〇为供气压力，<〇= 5.0 d105p a;：为 载荷系数，它是轴承处于不同情况下，各参数确定 后，可以承受的载荷与所能达的理论承载力之比.本文采用的是径向双排孔供气轴承，所以： e 0.25.由式(1)代入数据得W= 478 N.由于空气可被压缩，做出假设，空气在轴承中的 状态为等温过程，空气静压轴承处于高速工作时，表 现为动静压混合过程，轴承内气膜的压力P符合 Reynolds方程[16]:e1 - ecos_e_>282有色金属材料与工程2017年第38卷式中^为气体动力黏度；P为气膜压力；尺为轴承的半径为气体密度；、为轴承的平均气膜厚度;e为轴承的偏心率；U为轴承两相对表面的运动速度.Reynolds方程等式左侧为气膜压力变化参数，而等式右侧各项展开，会得到各种压力的各种效应.物理意义为：吵g，动压效应;M g，伸缩效应;隱|^，密度效应.除上述效应外，其中还存在其他效应:挤压效应，加热效应等都会在气膜上产生压 力[17].所以，静压气体轴承为动静压混合轴承.2动压效应图1为空气静压轴承动压效应.当轴承工作时，因承载力W存在，旋转中心为〇2,偏心量为&当轴 承绕轴高速旋转时，由于与空气摩擦力存在，气膜与 轴接触的附面层空气将会随转轴一起旋转，在图1中X轴下，气模的流动状态是由气膜较薄的一侧流进，从气膜厚的一侧流出，该范围的气膜受力较小;X轴 上，气膜层的流动状态是由气膜较厚一侧流进，从气 膜薄的一侧流出.形成了由小变大的扩大楔形间隙和 由大变小的收敛楔形间隙，满足动压效应形成的几何 条件.故而轴承工作会有动压效应存在.图1空气静压轴承动压效应示意图Fig. 1Hydrodynamic effect of static pressure bearing 3静压轴承的模拟仿真3.1模型本文采用双排小孔节流空气径向轴承，节流管 与轴承外壳为45°.本文主要研究气体经节流管进 入轴承的空气状态.因此气体为主要对象，以气体建 立气膜模型，采用SolidW orks建模软件，如图2 所示.图2气膜模型Fig. 2 M odel of air film3.2网格划分轴承工作时，高压气体通过45°倾角的供气管 进入到节流管时，横截面发生了突变，因此高压气体 在流经节流突变口时，使得速度与压力变化幅度较 大.因此在此处进行了网格加密，相对其他区域较密 集，如图3所示.图3气膜网格Fig. 3 Mesh of air film3.3数值模拟网格划分完，导入到FLUENT计算，求解器设 置为基于压力的求解器(Pressure Based)，采用可实 现性Realizable fc ：'模型•此模型与标准fc ：'模 型、重整化群RNG fc:'模型相比，优点是可以在雷诺应力上保持与真实湍流的一致，可以更准确地模 拟平面和圆形射流的扩散速度;在旋转计算、带方向 压强梯度的边界层计算和分离流计算等问题中，计 算更符合实际情况;针对分离流计算和带二次流的 复杂流动计算也较为准确.本研究进出口为压力边 界条件，轴承内表面设置为旋转面，选用非平衡壁面 函数，采用SIMPLEC算法收敛计算.第5期王昊:空气静压轴承动态性能仿真研究2833.4仿真结果轴承工作时，压缩气体经节流孔进入轴承间隙， 一部分沿着轴向流向两端和中间，在中间会形成相 对稳定的压力区;轴承气膜内膜面，由于气体存在黏 性，气膜层会随着壁面的旋转而转动，旋转方向与轴 承旋转方向一致.空气静压轴承的供气压力、偏心率、轴承旋转速 度、轴承的结构参数和气体性质等因素均会影响气体 在轴承内的流动状态特性，进而影响到轴承工作状态特性.本文主要针对偏心率为7 3时，研究分析供气 压力和轴承旋转速度对轴承承载力的影响规律.进口压力0.5M Pa 压缩空气，均以45°进气，出 口压力均为大气压力•由图4(@)〜(d )可以看出，压 缩气体经45°节流管节流，压力下降.由节流孔进入 轴承时，在节流管进口右侧形成了一个低压区，并随 着顺时针方向压力逐渐升高，而不同轴承转速对压 力分布具有一定的一致性，即旋转速度对压力影响 很小，见图4.(a )进气压强0.5 M P a ，转速5 000 r/m in (b )进气压强0.5 M P a ，转速30 000 r/m in(c )进气压强0.5 M P a ，转速60 000r/m in (d )进气压强0.5 M P a ，转速 100 000 r/m in图4供气压力和轴承旋转速度对轴承承载力影响Fig. 4 Influence of gas supply pressure and bearing rotation speed on the bearing capacity of the bearing is studied轴承工作时，供气孔、节流孔和轴承气膜外圆柱 表面与轴承固定接触，轴承固定.轴承气膜内圆柱表 面与轴颈接触，轴颈以一定的速度旋转.在偏心率为0.3,旋转速度为5 000 r /m in 的条件 下，分析不同进气压力下的轴承气膜内表面压力分 布.由图5可知，一定转速情况下，轴承气膜压强随着 进气压强的增加承载力增加，且压力分布更加均勻.通过气膜压力分布可对气膜压强积分计算得出 气膜压力合力，即轴承承载力W •在不同工况下积 分所得承载力不同，以此得出了不同进气压强和转 速与承载力的关系.由图6(a )可知，在偏心率为0. 3,进气压强为 0.5 M Pa 时，轴承的承载力在该气膜厚度下，在转速 的逐渐提高下，承载力静压成平稳状态，由静压与总IE 1lizippii iP K19187654321G -1-2284有色金属材料与工程2017年第38卷压图可知轴承动压效应随转速的增大逐渐减小.由图6(b )可知，在偏心率为0. 3,旋转速度为5 000 r /min 时，在不同供气压力下，轴承的承载力随 着供气压强的增加而增加，动压效应越明显，见图6.(a )进气压力为0.2 M Pa ，旋转速度5 000 r/m in (b )进气压力为0.3 M Pa ，旋转速度5 000 r/m in(e )进气压力为0.6 M Pa ，旋转速度5 000 /m in (f )进气压力为0.7 M Pa ，旋转速度5 000 r/m in图*不同进气压力条件轴承气膜内表面压力分布Fig. * Pressure distribution of the bearing gas film4结论本文利用有限元数值模拟，研究分析在一定偏心率下，对空气静压轴承旋转工作时进行模拟计算，得出结论:压缩气体经节流孔进入轴承时，在节流孔右侧形成了一个低压区，顺时针方向压力逐渐升高， 轴承转速对压力分布影响很小.轴承的承载力在一定气膜厚度和进气压强下，随转速逐渐提高，承载力 逐渐下降，成下降趋势.轴承承载力随着进气压强的第5期王昊:空气静压轴承动态性能仿真研究2850 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000循环速度/ 〇m in _^(a )不同转速对承载力的影响曲线0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7冲击压力/M P a(b )不同供气压强对承载力的影响曲线图$不同因素对承载力的影响曲线Fig. 6 Graph is different factors impacton the bearing capacity增大成非线性增大，动压也随着压强增大而增大，动 压变得更明显.一定旋转速度下，随着进气压强的增 大，压力分布越均勻，越适合轴承高效稳定的工作.研 究结果为孔式节流空气静压轴承结构设计优化和在 相关工程中的应用提供可靠性的指导及技术支撑.参考文献：[1 /王元勋，陈尔昌，师汉民，等.气体润滑轴承的研究与 发展[J ].湖北工业大学学报，1994(3) : 155 : 159.[2 /孙立佳，孙淑凤，张华涛，等.静压轴径轴承静态特性的 数值模拟分析[J ].低温与超导，2010,38⑴:56 ： 7[3] LIN W J,KHAIAIT J P , LIN W , et al . Modelling of anorifice -type aerostatic thrust bearing [ C ] $ Proceedings of 2006 International Conference on Control ，Automation ， Robotics and Vision . Singapore ： IEEE ,2006： 1 - 6..4 ] LUND JW. A theoretical analysis of whirl instabilityand pneumatic hammer for a rigid rotor in pressurized gas journal b earings.]. Journal of Tribology ，1967，89 (2)：154.[5 ] TALUKDERH M ，ST 〇WELL T B. Pneumatic hammerin an externally pressurized orifice-compensated air journal b ea rin g.]. Tribology International ，2003, 36 (8):585-591.[6 ] AL-BENDER F .〇n the modelling of the dynamiccharacteristics of aerostatic bearing films ： From stability analysis to active compensation [J]. Precision Engineering ，2009,33(2) % 17- 126.[7] L 〇 C Y，WANG C C，LEE Y H. Performance analysis ofhigh-speed spindle aerostatic bearings [J ]. Tribology International ，2005,38!) % : 14.[8] 段明德，张武果，曹立波.空气静压径向轴承动压效应对其承载能力的影响[J ].轴承，2013 !) : 36 - 38，50.[9 ] ZHU J C,CHEN H, CHEN X D. Large eddy simulation ofvortex sheddng and pressure fluctuation in aerostatic bearings[J]. Journal of Fluids and Structures,2013,40(7)： 42-51.[10] RENN J C,HSIA 〇 C H. Experimental and CFD studyon the mass flow-rate characteristic of gas through orifice-type restrictor in aerostatic bearings [J ]. Tribology International ,2004,37(4) : 309 - 315.[1] 刘凡，孟宪东.空气静压轴承孔型节流器的CFD 研究[J ].机械，2005,32(11) :21 - 23.[2] 孙雅洲，卢泽生，饶河清.基于FLUENT 软件的多孔质静压轴承静态特性的仿真与实验研究[J ].机床与 液压，2007,35(3):170-172.[3] POWELL J W .空气静压轴承设计[M ]. 丁维刚，译.北京：国防工业出版社，1978.[4] 任凯，刘波，张君安.高刚度气浮垫气腔槽宽变化规律研究[J ].机电产品开发与创新，2011,24(1) :29-30.[5] 吴利杰，杨春娥，王为辉.空气静压径向轴承静态性能的有限元分析[J].机电工程，2015，32(9) :1201 - 1205.[16]郑书飞.精密空气电主轴气体轴承动态特性参数分析[D ].南京:东南大学，2010.[7]池长青.流体力学润滑[M ].北京：国防工业出版社，1998.。
基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究
基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究吴定柱;陶继忠【摘要】应用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT进行数值模拟,对影响气体静压止推轴承静态性能的相关因素进行了分析研究,并给出了相应的变化曲线.在自行研制的实验平台上进行气体静压实验,实验与数值模拟计算的结果取得了较好的一致性,证明了将该方法应用在气体润滑领域的可行性,也为进一步改进小孔节流气体静压止推轴承的设计和改善、提高其性能提供了理论依据.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2010(000)005【总页数】2页(P150-151)【关键词】空气静压轴承;有限体积法;静态特性【作者】吴定柱;陶继忠【作者单位】中国工程物理研究院,机械制造工艺研究所,绵阳,621900;中国工程物理研究院,机械制造工艺研究所,绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】TH117.21 引言气体静压轴承采用气体作为润滑介质，在轴承的活动面与静止面之间构成气膜，产生承载力，使二者避免接触，具有精度高、无磨损和寿命长的优点。
基于气体静压轴承的以上优点，其在精密工程、超精密工程、微细工程、空间技术、电子精密仪器、医疗器械及核子工程等领域中，有着十分广阔的应用[1][2]。
本文应用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT，对气体静压圆盘止推轴承内部流体的流动进行数值计算，给出了轴承的结构尺寸、供气压力等因素对气体静压轴承承载力和静态刚度的影响关系。
在自行研制的实验台上进行气体静压止推轴承实验，由此得到轴承的静态性能。
实验结果和理论计算之间的吻合良好，从而说明数值模拟的可行性。
2 数学模型的建立气体静压止推轴承结构，如图1 所示。
图1 小孔节流圆盘止推气体静压轴承当供气源气体压力为Ps时，气体经过节流孔后产生压降，在节流小孔与气膜间隙过度处压力降至Pd，然后沿着气膜间隙向外流动，在出口处压力为环境压力Pa。
由于空气静压止推轴承的两润滑面通常都是金属，轴承工作过程中产生的热量绝大部分随气体排出或由金属传递出去，故气体润滑过程可看成等温过程[4]。
环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究
环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究
张晓冰;卢志伟;崔心宽;李浩;刘波;张君安
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2024(49)1
【摘要】为提升气体静压止推轴承的静态性能,设计一种新型环形多孔气体静压止推轴承。
依据气体润滑原理、采用有限体积法对环形多孔气体静压止推轴承的三维物理模型进行数值模拟,研究节流器上节流孔数量、直径、分布方式和供气压力对气体静压止推轴承静态性能的影响。
结果表明:节流孔数量对环形气体静压止推轴承的承载力影响显著,但孔数增加到一定程度后承载力增速放缓;节流孔直径对承载刚度影响较大,随着节流孔直径逐渐减小最佳刚度逐渐增大;节流孔排布方式和供气压力对气体静压止推轴承的静态性能均有明显影响。
【总页数】6页(P73-78)
【作者】张晓冰;卢志伟;崔心宽;李浩;刘波;张君安
【作者单位】西安工业大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.36
【相关文献】
1.气体静压止推轴承静态性能的数值仿真与实验研究
2.气体静压多孔质止推轴承静态特性的理论发展
3.多孔质石墨气体静压止推轴承静态性能分析
4.影响空气静压
多孔质止推轴承静态性能的因素5.小间隙下狭缝节流静压气体止推轴承静态性能的研究
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表面节流气体静压止推轴承的静态特性及实验研究
硕士学位论文（工程硕士）表面节流气体静压止推轴承的静态特性及实验研究STATIC CHARACTERISTICS AND EXPERIMENTAL STUDY OF SURFACETHROTTLING THRUST BEARING徐福鑫哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH133.36 学校代码：10213 国际图书分类号：621.8 密级：公开工程硕士学位论文表面节流气体静压止推轴承的静态特性及实验研究硕士研究生：徐福鑫导师：刘海涛副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TH133.36U.D.C.: 621.8Dissertation for the Master Degree in EngineeringSTATIC CHARACTERISTICS AND EXPERIMENTAL STUDY OF SURFACETHROTTLING THRUST BEARINGCandidate：Xu FuxinSupervisor：Associate Prof. Liu Haitao Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Mechanical Engineering Affiliation：School of Mechatronics Engineering Date of Defence：June, 2018Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超精密机床主轴逐渐采用气体润滑取代传统的液体润滑。
而静压气体轴承的节流方式主要为小孔节流，不过小孔节流存在承载力和刚度较低的问题，减小最佳刚度对应的气膜厚度以提高刚度和承载力是十分有效的方法，而小孔节流的结构限制了气膜厚度的降低。
基于fluent的气体止推轴承出口性能仿真与分析_王莉娜
观察气体轴承气膜压力及速度分布云图可以 看出： 弹性均压槽处的压力基本不变， 这是因为弹 性均压槽的深度比气膜间隙要高出一个数量级的 缘故。而从均压槽边沿到轴承边缘处的压力分布 呈逐渐递减的状态， 且在轴承边缘处的压力几乎 变为 0． 1 MPa。 在均压槽和大矩形的区域， 气体流动速度不 由于壁面间隙非常狭小， 所 大。但在气膜间隙里， 以紧挨壁面的速度稍小， 而中间层的气流速度非 常大， 类似于生活中常见的流动的自来水在突然 遇到狭小区域时所呈现的现象。 层流模型 和 湍 流 模 型 仿 真 的 结 果 如 图 5 所 示， 可以看出气膜出口处的压力值随着气膜间隙 的增大而缓慢减小。 在气膜间隙小于 15 μm 时， 湍流模型仿真的结果比层 流 模 型 仿 真 的 结 果 稍 大； 当气膜间隙大于 15 μm 时， 湍流模型仿真的结 并随着间隙的不 果比层流模型仿真的结果稍小， 断增大而最终趋于一致。
物理模型 含有弹性均压槽的矩形气体静压止推轴承如
1 —节流孔； 2 —滑块本体； 3 —气腔； 4 —弹性薄板； 5 —进气孔； 6 —上顶盖
图1
含有弹性均压槽的矩形气体静压止推轴承
收稿日期：2011 － 11 － 29 ； 修回日期：2012 － 01 － 11 基金项目：陕西省教育厅基金项目 （ 09JK484 ）
1． 2 fluent 仿真模型的建立 1． 2． 1 二维层流模型的控制方程 根据边界层的特性 ， 对连续性方程和 N － S 方
· 34·
《轴承》 2012． №． 4
程（ Navier － Stokes Equations ） 进行简化， 得到适合 层流边界层内流动的基本微分方程为 2 1 p u u u u= +v = － + v 2， x y ρ x y p u v = 0， + = 0， y x y v 为速度矢量沿着 x， y 轴的速度分量； p 为 式中： u， 。 ： y = 0 u = v = 0； 在 y = 压力 其边界条件为 在 处， u = v（ x ） 。 δ 处， 1 ． 2 ． 2 二维湍流模型的控制方程 湍流模 型 很 多， 在 此 采 用 单 方 程 （ Spalart － Allmaras） 模型， 在各向同性的前提下， 其二维微分 表达式为 u ， y 式中： μ t 为计算湍流黏性系数； ρ 为密度； u'v' 为速 度脉动的二阶关联量。 － ρ u'v' = μ t
多孔质气体静压径向轴承的Fluent仿真与实验研究
多孔质气体静压径向轴承的Fluent仿真与实验研究张卫艳;林彬;张晓峰【摘要】多孔质气体静压轴承相比传统的小孔节流轴承具有更高的承载能力,更好的稳定性及便于加工等优点.应用基于有限体积法的软件Fluent分析偏心率、多孔质材料渗透率、轴承长径比和平均气膜厚度等关键因素对多孔质径向轴承静态性能的影响,分析结果显示,在给定轴承平均气膜厚度的情况下,存在最佳的渗透率区间使得承载能力最大,增加轴承长径比和减小平均气膜厚度均可以提高多孔质径向轴承的承载能力及刚度,但需要根据加工装配工艺要求及实际工况选择合适的参数.设计制造中心供气新形式的多孔质径向轴承,通过仿真得到气膜间隙的压力分布及承载能力,并通过实验验证仿真结果的正确性.仿真和实验结果表明,该结构形式的多孔质径向轴承承载性能优良.%Compared with conventional orifice air bearing,porous aerostatic bearings possess many advantages such as higher load capacity,better stability and manufacturing convenience.The effect of the key factors such as eccentricity,porous material permeability,bearing aspect ratio and average film thickness on the static performance of porous aerostatic bearings were analyzed with the commercial software Fluent which was based on finite volume method.The analysis results show that,there is an optimum permeability interval which can make the load capacity maximum under a certain average film thickness.The load capacity and stiffness of the porous air journal bearing can be improved by increasing the bearing aspect ratio and reducing the average film thickness.However,the parameters need to be carefully chosen by taking the requirements of manufacture,assembly and workingcondition into consideration.New form of centrally air supply porous journal bearing was designed and fabricated,the pressure distribution of gas film was obtained and load capacity was calculated.The validity of simulation results was verified by static performance experiment.The results of simulation and experiment indicate that the porous journal bearing with this structttral form has excellent performance.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2018(043)003【总页数】8页(P23-30)【关键词】多孔质径向轴承;渗透率;Fluent仿真;静态性能【作者】张卫艳;林彬;张晓峰【作者单位】天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300354;天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300354;天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300354【正文语种】中文【中图分类】TH133多孔质气体静压轴承是一种轴承工作表面随机地分布着无数微小供气孔的气体轴承，将采用粉末冶金方法制备出的多孔质材料作为静压气体轴承的节流器，可以获得比小孔节流轴承更高的承载能力及良好的阻尼特性及稳定性[1]。
超声速流下多供气孔圆盘静压止推气体轴承性能分析
润滑与密封
Ｌ ＵＢＲＩ ＣＡＴＩ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｍａ ． ２ ｌ ｒ ０１ Ｖｏ． ６ Ｎｏ ３ １３ ．
第３ ６卷 第 ３期
ＤＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ ０ ５ ：１ ． ９ ９ ｊｉｓ． ２ ４—０ ５ ． ０１ ． ３ ０１ １０２ ０ ． ４ １
Ａｂ ｔａ ｔＴｈ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａｉｎ ｏ ｈ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｌｆ ｗ ｅｄ ｏ ｉｃ ｌｒｔｒ ｓ ｅ ｏ ｔｔ ｅ ｒｎ ｔ ｌｉ ｓｒ ｃ ： ｅ ｎ ｍｅ ａ ｉ ｌｔ ｆｔｅ ｔ ｒｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｏ ｆ ｌ ｆｃｒ ｕ ａ ｈ ｕ ｔａ ｒ ｓａｉ ｂ ａ ｇ ｗｉｈ ｍｕ ｔ— ｉ ｏ ｌ ｉ ｃ ｉ
超 声 速 流 下 多供 气 孑 圆 盘 静 压 止 推 气 体 轴 承 性 能 分 析 Ｌ
王学敏 李姗姗 庄 明 白红 宇 付 豹
（ 中国科学院等离子体物理研究所
安徽合肥 ２０ ３ ） ３０ １
摘要 ：应用 Ｆｕｎ 软件对多供气节流ｆ ￣ 圆盘静压止推气体轴承进行三维流场 的模拟计算 ，分析供 气ｆ ￣ 数 、气 ｌｅｔ ｌ Ｌ ， ｌ Ｌ ，
ｔ ｅｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｃｒ ｕａ ｅｏ ｔｔｃｔ ｒ ｓ ｅ ｒｎ ｓ ａ ａｙ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ ｙ ｏｄ ｑ ａｉｎ ｈ ｅｆｒ ｎ ｅ ｏ ｉｃ ｌ ｒａ ｒｓａｉ ｈ ｔｂ ａｉｇ ｗａ ｎ ｌｚ ｄ， ｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ｗｅ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉｈ Ｒｅ ｎ ｌ ｓ ｅ ｕ ｔｏ ｕ ｓ ｓ ｌｔｏ Ｔｈ ｒ ｓｕ ｅ ｄｓｒｂ ｔｏ ｎ ａ ｈ ｎ ｍｂ ｒａ ｈ ｌ ｃｅ ｒ ｎ ｅｗｅ ｅａ ａｙ ｅ ｎ ｔｅ ｃ ｎ ｉｉｎｏ ｕ ｅｓ ｎ ｃｆ ｗ ｏｕｉｎ． ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉｔ ｕ ｉｎ ａ ｄ Ｍ ｃ ｕ ｅ ｔｔ ｅｆ ｍ ｌａ ａ ｃ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄｉ ｈ ｏ ｄ ｔ ｆｓ ｐ ｒｏ ｉ ｏ ｉ ｉ ｏ ｌ ｏ ｏ ｃ ｕ ｒｎ ｕ ｅ ｓ ｎｃ ｆ ｗ． ｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔｅ ｃ ｍｐｅ ａ ｏ ｔｔｅ ａ ｅ ｆｏ ｆｃ ｏｅ ｉｔ ｈ ｌ ｅ — ｒｎ ｔｏ ｃ ｒｉ ｇ ｓ ｐ ｒｏ ｉ ｌ ｏ Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｏ ｌｘ ｇ ｓｆ ｗｓ ａ ｈ ｒａ ｏ ｒ ｅ ｈ ｌ ｎｏ ｔ ｅ ｆ ｍ ｎ ｓ ｌ ｉ ｉ ｉ ｔ ｎ ｅｒ ｇｏ ａ ｅ ｈ ｎ ｌｄ ｅ ｓｌ ｙ ｔ ｅ Ｆ ｕ ｎ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕａｉ ｎ ａ ｐｉａｉｎ． ｎ ｒ ａ ｉｇ ｆｒｔ ｅ ｎ ｍｂ ｒ ｏ ｕ ｐｙ ｒ ｃ ｅ ｉｎ ｃ ｎ ｂ ａ ｄ ｅ ａ ｉｙ ｂ ｈ ｌ ｅ ｔｎ ｍｅ ａ ｉ ｌ ｔ ｐ ｌｃ ｔｏ Ｉ ｃｅ ｓｎ ｏ ｈ ｕ ｅ ｆｓ ｐ ｌ ａ ｉ ｏ ｈ ｌｓ ｒｄ ｃｎ ｈ ｌ ｇ ｐ ａ ｄ ｃ ｔ ｎ ｏ ｕｐ ｌ ａ ｒ ｓｕ ｅｉ ｙｔ ｖ ｉ ｕ ｅ ｓｎ ｃｆｏ ｏ ｃ ｒ ｎ ｎ ｔ ｅ ｃｒｕ ｏｅ ，ｅ ｕ ｉ ｇｔ ｅｆ ｍ ａ ｎ ｕ ｔ ｇ ｄ ｗｎ ｓ ｐ ｙｇ ｓｐ ｅ ｓ ｒ ｓａ ｗａ ｏ ａ ｏｄ ｓ ｐ ｒｏ ｉ ｗ ｃ ｕ ｒ ｇ ｉ ｈ ｉｃ — ｉ ｉ ｌ ｉ ｌｒｔ ｒ ｓ ｅ ｏ ｔｔｃ ｂ ａ ｎ ． ａ ｈ ｔａ ｒ ｓａｉ ｅ ｒ ｇ ｕ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｌ ｅ ｔ ｍｕ ｔ ｏ ｆｃ ｅ ｏ ｔｔ ｈ ｕ ｔｂ ａ ｉｇ； ｙ ｏ ｄ ｑ ａｉｎ ｓ ｌ ｔ ｎ ｙ ｒ ｓ Ｆ ｕ ｎ ； ｌ — ｒ ｅ ａ ｒｓａｉ ｔ ｒ ｓ ｅ ｒｎ Ｒｅ ｎ ｌｓ ｅ ｕ ｔ ｏｕｉ ｉ ｉ ｉ ｅ ｏ ｏ
不同压力腔的气体静压轴承静特性的数值模拟
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基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究
；推轴承静态性能的相关因素进行 了分析研究， 并给出了 相应的变化曲线。在 自 行研制的实验平台上进行 ｌ 气体静压实验， 实验与数值模拟计算的结果取得 了 较好的一致性， 证明了将该方法应用在气体润滑领域
ｉ 的可行性 ， 也为进一步改进 小孔 节流 气体静压止推 轴承 的设计和改善 、 高其． 提 陛能提供 了理论依据 。
ｉ Ｋｅ ｒ ｓＡｅｏｔｔ ｅ ｒ ｇ Ｆ ｎｔ ｏｕ ｔｏ ；ｔｔ ｅｆｒ ｎ ｅ ｙｗｏ ｄ ： ｒｓａｉ ｂ ａｉ ； ｉｉ ｖ ｌｍｅｍｅｈ ｄ Ｓａｉ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｃ ｎ ｅ ｃ
中图分类 号 ： Ｈ１７２ 文献标 识码 ： Ｔ １． Ａ
在出 口处压力为环境压力 。由于空气静压止推轴承的两 气 体静 压 轴 承采 用 气体 作 为润 滑介 质 ， 轴 承 的活 动 面与 静 流动 ， 在 润滑面通常都是金属 ， 轴承工作过程中产生的热量绝大部分随气 止面之 间构成气膜 ， 产生承载力 ， 使二者避免接触 ， 具有精度高、
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【 要】 基于有限 摘 应用 体积法的计算流 体动力学 软件 ＦＵ Ｎ 进行数值模拟， ＬＥＴ 对影响气体 静压止 ｌ
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关键词： 空气静压轴承； 有限体积法； 静态特性
【 ｂｔ ｃ】 ｕ ｅ ｃｌｉｕ ｉ ａｐｏｅｓ ｉ ｏ ｐ ｔｉ ａＨｕ ｙａ ｉ ｆ ａ Ｌ Ｅ Ｔ Ａ ｓ ａｔＮ ｍ ｒ ａｓ ｌ ｏ ｗ ｓ ｒ ｓ ｄ ｔ Ｃｍ ｕ ｏｌ ｉＤ ｎｍｃ ｓ ｔ ｒ Ｆ Ｕ Ｎ ｒ ｉ ｍ ￣ ｎ ｃ ｅ ｗ ｈ ￣ ｎ ｄ ｓ ｏｗ ｅ
一种球面气体静压轴承的建模与仿真
维普资讯
２１ ０ ６年 １ ３ ２月
润滑与 密封
ＬＵＢＲＩ ＣＡＴ ０Ｎ １ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｄｅ ． ｏ ６ ｃ２ｏ
第１ ２期 （ 总第 １４期 ） ８
Ｎ ． ２ （ｅａ Ｎ ． ８ ） ｏ １ ｓｒ ｌ ｏ １４ ｉ
一
种 球 面 气 体 静 压 轴 承 的建 模 与 ｅ ｎ ｕ ｅ ｄ ｌ ｎ ｕｔａ ｐ ｅ ｉｉｎ ｍａ ｈ ｎ ｏ ｌａ ｄ ｉｅ ｔａ ａ ｐ ｒ ｔ ｓ Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒＡｎ ｏ ｆ ｅ ｒ－ ｉ ｎ ａ ｄ ｈｇ ｐ ｅ ｈ ｓｂ ｅ ｓ ｄ ｗｉ ｅｙ ｉ ｌ — ｒｃｓｏ ｃ ｉ ｅｔｏ ｎ ｎ ｒｉ ｐ ａａｕ ． ｈ ａ ｅ ｒｉ ｅ ｒ ｉ ｃ
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高速动静压气体轴承动态流场模拟与失稳分析
高速动静压气体轴承动态流场模拟与失稳分析高速动静压气体轴承动态流场模拟与失稳分析引言：高速动静压气体轴承是一种重要的工业设备，广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等行业。
其作用是通过动态气膜压力来支撑轴承的转动部件，减小接触面的摩擦和磨损，提高设备的运行效率和寿命。
然而，在轴承运行过程中，由于复杂的流场变化，会产生不稳定现象，甚至导致轴承失效。
因此，通过动态流场模拟和失稳分析研究高速动静压气体轴承的运行机理和优化设计具有重要意义。
一、高速动静压气体轴承的运行原理高速动静压气体轴承由固定套、转动套、导向螺旋槽和气体供应系统等组成。
在轴承运转时，通过润滑气体的高速旋转和压力控制，形成动态气膜，使转动套浮起于固定套之上，实现轴向和径向的支撑和导向作用。
动静压气体轴承的运行机理主要包括气体压力、气膜形成和维持、轴心位移等关键参数。
二、动态流场模拟方法1. 基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法：基于连续介质假设，通过求解Navier-Stokes方程组，考虑非定常性、可压缩性和湍流效应，描述高速动静压气体轴承的动态流场变化。
采用数值方法可以较为准确地模拟轴承工作过程中气膜厚度、气膜压力分布等重要参数的变化规律。
2. 流体-结构耦合方法：考虑到高速动静压气体轴承在工作过程中受到的外部加载和转动套的变形，采用流体-结构耦合方法对轴承进行模拟。
该方法将轴承系统划分为流体域和结构域，通过求解流体域和结构域的相互作用，可以更加真实和准确地描述轴承的动态特性和失稳机理。
三、失稳分析方法1. 线性稳定性分析：通过对动静压气体轴承系统进行线性稳定性分析，得到关键频率和振型。
通过求解特征值问题，可以判断系统的稳定性和失稳特性，并对参数进行优化。
2. 非线性动力学分析：考虑到高速动静压气体轴承系统存在非线性特性，如气体的可压缩性、流体力学的非粘性等，采用非线性动力学分析方法来研究系统的运行稳定性和失稳机理。
通过数值求解非线性动力学方程，可以得到系统的运动状态、相位图和吸引子等信息，进而对轴承的设计和改进提供指导。
多孔质静压轴承轴向特性仿真分析与实验研究
载 特 性 、刚 度 特 性 、 质 量 流 量 特 性 。结 果 表 明 ：在 一定 供 气压 力 下 ， 随 着 气膜 间 隙 的减 小 ， 气 膜 厚 度 ＾ ＜１ ２
ｍ 时 ， 止 推 轴 承 的承 载 能 力 和 刚度 越 来 越 大 且 变 化 率 较 大 ， 气 膜 厚 度 ＾ ＞１ ２ ｍ 时 ，止 推 轴 承 的 承 载 能 力 和 刚 度 越 来 越 大 但 变 化 率 较 小 ； 气体 质 量流 量 随 着 气 膜 间 隙 增 加 而 增 大 ，但 是 增 长 的 幅度 越 来 越 平 缓 。 最 后 通 过 搭 建 实 验 平 台对 仿 真 结 果 进 行 验 证 ，仿 真 与 实验 结果 基 本 吻 合 。 关 键 词 ：气 体 静 压 轴 承 ； 多孔 质 ；有 限元 分 析 ；静 态特 性
第 ４期 （ 总第２ ０ ３期 ） ２ ０ １ ７年 ８月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨ ＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎｏ． ４
Ａｕ ｇ．
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ Ｏ ０ １ ６ — ０ ３
中 图分 类号 ：ＴＰ ３ ９ １ ． ７： ＴＨ１ ３ ３ ． ３ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
随着 社会 的 发展 和 进 步 ， 制 造 业 对精 度 的要 求 越 来越 高 ， 因此 超精 密 加工 技 术 成 为 未 来 发 展 的一 个 主 要方 向 ， 气体 润滑 轴 承 的 出现 是 超 精 密 加 工 发展 的客 观体 现 ， 这种 轴承 具有 精度 高 、 摩擦 小 、 无 污染 、 寿命 长 的优 点 Ｊ 。轴 承 的节 流 形 式 有 很 多 种 ， 空 气 静压 轴 承 中最 常 见 的节流 器形 式有 环形 节流 、 小孔 节流 、 狭缝 节 流 以及 多孔 质节 流等 ， 关 于 其 详 细 的研 究 在很 多文 献 中已经 有 了具 体 的 说 明Ｅ ｚ － ４ ３ ， 多孑 Ｌ 质 材 料 均 匀 地 分 布 在气 体 轴承 的表 面 ， 当压力 气体 通过 时 ， 能够 让气 体 的 流动 更加 均 匀和 稳定 ， 产生 的节 流 效 果 明 显 优 于其 他 节 流形式 的轴承 ， 因此 多孔 质 节 流 轴 承 具 有 更好 的承 载特 性 和刚度 ， 而 且在 轴承 动 载时 ， 由 于 多 孔 质 材 料 具 有一 定 的透 气性 能 ， 允许气 体 在其 内部 流动 ， 因此 多孔 质材 料 表现 出更 好 的阻尼 特性 ［ 。 在 多孑 Ｌ 质材 料 中有 大 量 的 孑 Ｌ 隙， 由于 加 工工 艺 的 原因， 孔 隙大小 不一 且分 布极 不规 则 ， 在 机加 工成 形工 程 中容 易造 成４ ， － ｆ Ｌ 的堵 塞 和 破 坏 ， 因此 空 气 在 轴 承 内 部 的流 动和 边界 条件 极为 复杂 。 目前理 论分 析 主要针 对 多孔 质 材料 的结 构 和边 界 条 件 进 行 简 化 ， 联 合 修 正 的雷诺 方程 进行 求解 ［ ６ ］ 。以往 针对 多孔 质轴 承 的研究 大 多数 采 用解析 法 或者 数值求 解 法 ， 计 算结 果误 差大 ， 不 准确 ， 用 求 解 方 程 组 求 解 气 体 的压 力 场 十 分 困难 。 北 京 邮 电大学杨 福 兴 等 人采 用有 限元 法对 其进 行 求 解， 运算 量 大 ， 过程 复杂 ； 中 国 工 程 物 理 研 究 所 崔 海 龙 等 只研 究 了径 向轴承 的特 性 而没有 研究 轴 向轴 承 的特性 ， 不 够全 面 。
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第２卷 第３ ７ 期
文章编号 ：０ ６— ３ ８ ２ ｌ ） ３— ３ ０～０ １０ ９ ４ （ｏ ｏ ｏ ０ ４ ４
计
算
机
仿
真
２０ 月 ０ 年３ １
静压 止 推气 体 轴 承 性 能 仿真
黄 灏 ， 品宽 ， 泽光 刘 董
（ 上海交通大学机械与动力工程学院 ， 上海 ２ ０ ４ ） ０ ２ ０ 摘要 ： 运用计算流体力学软件 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ仿真静压止推气 体轴承性能 ， 析轴承的几何参数对 系统性能 的影 响。采 用不同几 分
中 图分 类 号 ：Ｈ１３ ３ Ｔ ３．５ 文 献标 识 码 ： Ａ
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（ ｃｏｌ ｆ ｅｈｎｃｌ ｎｉ ｅｉｇ Ｓ ａｇａ Ｊ ｏｔｎ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎｈｉ ０ ２ ０ Ｃ ｉａ Ｓｈ ｏ ｏ ｃａ ｉ ｇ ｅｒ ， ｈｎｈｉ ｉ ｇＵ ｉｅ ｔ Ｓ ａｇａ ２ ０４ ， ｈｎ ） Ｍ ａＥ ｎ ｎ ａ ｏ ｓｙ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： ｏ ｕ ａｉｎ ｌｆ ｉ ｙ ａ ｃ ｏｔ ａ ｅ Ｆ ＵＥ ｓ ａ ｐｉ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｔｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｆａ ｒｓａｉ Ｃ ｍｐ ｔｔ ａ ｌ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｓ ｆ ｒ Ｌ ＮＴ ｉ ｐ ｌ ｏ ｓｍｕ ａｅ ｈ ｅ ｏｍａ ｃ ｓ ｏ ｅｏ ｔｔ ｏ ｕ ｗ ｅ ｆ ｃ ｔｒ ｓ ｂ ａ ｉ ｇ ｈ ｆ ｅ ｃ ｓｏ ｅ ｇ ｏ ｔ ｃｐ ｒ ｍｅ ｅｓｏ ｅａ ｒ ｓ ｔ ｈ ｕ ｔ ｅ ｔｎ ｎ ｉ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｓａ ｅａ ａ ｈ ｕ ｔ ｅ ｒ ．Ｔ ｅ ｉｌ ｎ ｅ ｆｔ ｅ ｍｅｒ ａ ａ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｏ ｔ ｉ ｔｒ ｓ ｂ ａ ｇ ｏ ｓｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｌ ｎ － ｎ ｎｕ ｈ ｉ ｈ ａｃ ｉ ｔ ｆ
何参数 的静压止推气体轴承的气膜建模并划分网格 ； 运用 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件对轴 承的气膜流场进行数 值仿真 ， 计算轴 承在不 同
几何参数下 的承载能力和气体流量 。仿真结果表明静压止推气体轴承 的节流孔直径 和气膜 厚度越小 ， 气腔直径越 大 ， 轴承 的承载能力和气膜刚度越好 ， 同时气腔深度对轴 承性能影响较小。Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件可 以有效的应用于静压止 推气体 轴承的性 能分析 ， 而优化了静压止推气体轴承的设计， 达到优化效果。 关键词 ： 静压止推气体轴承 ； 计算流体力学 ； 几何参数 ； 仿真