多孔质气体静压径向轴承的Fluent仿真与实验研究

多孔质气体静压轴承是一种轴 承工作表 面随金 方法制备 出的多 孔质 材 料作 为静 压气 体 轴承 的节流
基 金 项 目： 国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 科 学 基 金 项 目 （５１２０５２８５）． 收稿 日期 ：２０１７—０５—２４：修 回 日期 ：２０１７一Ｏ７—２ｌ 作者 简介 ：张卫 艳 （１９９２一 ），男 ，硕士研 究生 ，研 究方 向为 气 体润 滑 ．Ｅ—ｍａｉｌ：ＺＷｙＵＳＣ＠ １６３．ｃｏｒ ｎ． 通信 作者 ：张 晓峰 （１９８２一 ），博士 ，讲师 ，研 究方 向为 超精 密 加工技 术及 装备 制 造．Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｉｊｉｙｕ８２＠ １６３．ｅｏｍ．
关键词 ：多孔质径 向轴承 ；渗透率 ；Ｆｌｕｅｎｔ仿真 ；静态性能 中图分 类 号 ：ＴＨ１３３ 文 献标 志 码 ：Ａ 文 章 编号 ：０２５４—０１５０ （２０１８） ０３—０２３—０８
Ｆｌｕｅｎｔ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｐｏｒｏｕｓ Ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ
ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｒｏｕｓ ｊｏｕｒｎａｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｕｓ ｊｏｕｒｎａｌ ｂｅａｒｉｎｇ；ｐｅｒｍ ｅａｂｉｌｉｔｙ；Ｆｌｕｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎ ｃｅ
张卫艳 林 彬 张晓峰 （天津大学先进 陶瓷与加工技术教 育部重点实验 室 天津 ３００３５４）
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。
ｆ ｉｌｍ 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 ｒｅ－
ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｎｅｗ ｆｏｒｍ ｏｆ ｃｅｎｔｒａｌｌｙ ａｉｒ ｓｕｐｐｌｙ ｐｏｒｏｕｓ ｊｏｕｒ－
ｎａ ｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｆｉｌｍ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｌｏａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔ— ｅｄ．Ｔｈｅ ｖａ ｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｓｔａｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎ ｃｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈ ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３５４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｏｒｉｆｉｃｅ ａｉｒ ｂｅａｒｉｎｇ，ｐｏｒｏｕｓ ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｐｏｓｓｅｓｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｌｏａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｂｅｔｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍ ａｎｕｆａｃｔｕｒ ｉｎｇ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ，ｐｏｒ－ ＯＵＳ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｅｒｍ ｅａｂｉｌｉｔｙ，ｂｅａｒｉｎｇ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ ｂｅａｒｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ａｎａ ｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｆｌｕｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｉｎｉｔｅ ｖｏｌｕｍｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｎ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｅｒｍ ｅａｂ ｉｌｉｔｙ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｕｎｄｅｒ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ａｖｅｒａｇｅ
２０１８年 ３月 第 ４３卷 第 ３期
润 滑 与 密 封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｍａｒ．２０１８ Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１８．０３．００４
多孑Ｌ质 气 体 静 压 径 向轴 承 的 Ｆｌｕｅｎｔ仿 真 与 实验 研 究
Ｊｏｕｒｎａｌ Ｂｅａｒｉｎｇ
ＺＨＡＮＧ Ｗ ｅｉｙａｎ ＬＩＮ Ｂｉｎ ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏｆｅｎｇ （Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，