基于静特性分析的环面节流静压气体球轴承参数设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
雷诺 气 体润 滑方 程 ：
（ 。 ）＋ （ ｓ ）一 ０ （） ２
径 以及轴 承半 径共 ５ 参 数 。几何 参 数对 轴 承 的 个
性 能有 着极 大 的影 响 ， 计 合 理 的几 何 参 数 能使 设 轴承 具有 良好 的 工 作 性 能 。为 此 ， 文 按 照 优 先 本 考虑 静 刚度指 标 以及 兼 顾 流 量 、 承载 力 指 标 的设 计 原 则 ， 用保 角变 换 有 限元 法 研 究 环 面 节 流 多 采
度 指 标 以及 兼 顾 流 量 、 载 力 指 标 的设 计原 则 ， 用保 角 变换 有 限 元 法 研 究 闭 式 气体 球 轴 承 几 何 参 数 设 计 的 承 采 基 本 过程 ， 详 细讨 论 了球 窝 外 包 角 、 气孔 包 角 、 气 孔 数 和 供 气孔 直 径 对 轴 承 静 特 性 的 影 响 。 结 果 表 明 ， 并 供 供 对轴 承 承 载 力 特 性 影 响较 大 的 参 数 是 球 窝 外 包 角 和 供 气 孔 数 ， 流 量 特 性 影 响 较 大 的 参 数 是 供 气 孔 数 和 供 对
中图分类号 ： ＴＨ１ ３ ３ ３．６ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ４ ３ ４ （ ０ １ ０ — １ ７０ １ ７— ６４ ２ １ ）３０ ６ —６
静 压 气体 球轴 承是 空 间飞行 器 多 自由度仿 真 气 浮 台 的关 键 部件 之一 ｌ ］其 工 作原 理是 依 靠 压 １ ，
气 孔 直 径 ， 轴 承静 刚 度 特 性 影 响较 大 的 参 数 是 球 窝 外 包角 、 气 孔 包 角和 供 气孔 直径 。 通过 分 析 ， 出 了闭 对 供 给
式 气 体球 轴 承 几 何 参 数 的推 荐 取 值 范承 ； 面 节 流 ； 特 性 ； 静 环 静 参数 设 计
第３ ４卷 第 ３期 ２１ ０ １年 ６月
武
汉
科
技
大
学
学
报
Ｖｏ． ４， ． １３ Ｎｏ ３
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
Ｊ ｎ ２ １ ｕ．０１
种 静压 气体 球 轴承新 结 构形 式 。
针对 小孔 节 流多孔 开 式气 体球 轴 承 的非 线性
静态 有 限元气 体 润 滑 方程 组 提 出 的 “ 比例 分 割 算
法 ”８， 样 适 用 于 闭 式 静 压 气 体 球 轴 承 的 静 态 有 ¨ 同 ］ 限 元 方 程 组 的 求 解 ， 可 以 获 得 满 意 的 静 特 性 计 且
轴 承供 气压 力 ， ａ 。 ＭＰ ） 设 静压 气体 球轴 承 的 个 供气孔 沿 圆周 均匀
分 布 ， 气 浮 台工作 时球 体不 受水 平力 的作用 ， 且 因
此 球 轴 承 工 作 时 球 心 只 沿 铅 垂 方 向 运 动 ， 承 对 轴
算 解 ＿ 。环面 节 流多孔 闭 式球 轴 承 的几何 参数 包 ９ ］ 括 球 窝 外 包 角 、 气孔 包 角 、 气 孔 数 、 气 孔 直 供 供 供
详细 讨论 了球 窝 外包 角 、 供气 孔包 角 、 供气 孔数 和 供 气孔 直径 对轴 承静 特 性 的影 响 。
１ 数 学 模 型 描 述
图 １ 气体 球轴 承 所在 的球 面坐 标 系 。静 压 为
球 面 气 体 润 滑 静 态 无 因 次 可 压 缩 雷 诺 润 滑 方 程 为
基 于 静 特 性 分 析 的 环 面 节 流 静 压 气 体 球 轴 承 参 数 设 计
郭 良斌 ， 宝 林 ， 彭 王 卓 ， 立 明 宣
（ 汉 科 技 大 学 机 械 自动 化 学 院 ， 北 武 汉 ，３ ０ １ 武 湖 ４０ ８ ）
摘 要 ： 面 节 流 多孔 闭 式 球 轴 承 具 有 整 体 球 窝 面 ， 静 压 气 体 球 轴 承 的 一 种 新 结 构 形 式 。按 照优 先 考 虑 静 刚 环 是
称 于过球 心 的铅 垂线 。计 算 时 ， 可取 １ ２ ／ ｎ球 窝面 （ １阴影 部分 ） 图 为求 解 域 。 为方 便 求解 ， 式 （ ） 对 １ 进行 保 角变 换 。变换 式 通 常取 ｄ ｎｔｎ Ｏ ２ ， 一 ｄ／ ｉ０ 引人 无 因次 —Ｉ （／ ） ａ ０ｓ ， ｎ 压 力平 方 － 厂 一 ， 入式 （ ） ， 其 变 换成 静 态 代 １后 将
一
ｓ ｈｉ ） （ ）０ ｉ＠ ａ ＋ 矗 一 ｎ （ｓ Ｏ ｏ ｎ 。
（ ≤ ０ ， １ ０≠ ０ ≠ ） ｏ ｎ （） １
式 中
为气 膜 中 任 一 点 的球 面 坐 标 ，。 。为 ０、
供 气孔所 在 的 球 面 坐 标 ； 为 气 膜 中任 一 点 的 无 因次厚 度 ， — ｈ ｅ ｅ为球 心 的起 浮 高度 ， ｉ ｉ ／（ ｍ） ； 为气 膜 中任 一 点 的无 因 次压 力 ， Ｐ— ｐ Ｐ （ 为 ／ Ｐ
仿 真 气浮 台多 采 用 环 面 节 流 多 孔 闭 式 气 体 球 轴
承 ， ］ 该类 轴承 具 有整 体球 窝 面 ， 窝 中心 没有 与 球
环 境 大气 相通 的排 气孔 。环 面节 流多 孔 闭式 气体
球 轴 承 具 有 能 够 在 大 范 围 供 气 压 力 下 稳 定 工 作 的 优 点 ｌ ， 随 着 国 际 微 小 卫 星 研 究 兴 起 而 出 现 的 ７是 ］
缩 空 气在 球与 球 窝 之 间 形 成 气 膜 ， 仿 真 平 台浮 使 起 ， 而满 足近 似无 摩擦 的相对 运 动条 件 口 ］ 从 。多
自 由 度 仿 真 气 浮 台 可 以 用 来 研 究 飞 行 器 的 编 队 飞 行 、 道 机 动 和 空 间 交 会 等 技 术 问 题 ＿ 。近 年 来 ， 轨 ５ ］
（ 。 ）＋ （ ｓ ）一 ０ （） ２
径 以及轴 承半 径共 ５ 参 数 。几何 参 数对 轴 承 的 个
性 能有 着极 大 的影 响 ， 计 合 理 的几 何 参 数 能使 设 轴承 具有 良好 的 工 作 性 能 。为 此 ， 文 按 照 优 先 本 考虑 静 刚度指 标 以及 兼 顾 流 量 、 承载 力 指 标 的设 计 原 则 ， 用保 角变 换 有 限元 法 研 究 环 面 节 流 多 采
度 指 标 以及 兼 顾 流 量 、 载 力 指 标 的设 计原 则 ， 用保 角 变换 有 限 元 法 研 究 闭 式 气体 球 轴 承 几 何 参 数 设 计 的 承 采 基 本 过程 ， 详 细讨 论 了球 窝 外 包 角 、 气孔 包 角 、 气 孔 数 和 供 气孔 直 径 对 轴 承 静 特 性 的 影 响 。 结 果 表 明 ， 并 供 供 对轴 承 承 载 力 特 性 影 响较 大 的 参 数 是 球 窝 外 包 角 和 供 气 孔 数 ， 流 量 特 性 影 响 较 大 的 参 数 是 供 气 孔 数 和 供 对
中图分类号 ： ＴＨ１ ３ ３ ３．６ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ４ ３ ４ （ ０ １ ０ — １ ７０ １ ７— ６４ ２ １ ）３０ ６ —６
静 压 气体 球轴 承是 空 间飞行 器 多 自由度仿 真 气 浮 台 的关 键 部件 之一 ｌ ］其 工 作原 理是 依 靠 压 １ ，
气 孔 直 径 ， 轴 承静 刚 度 特 性 影 响较 大 的 参 数 是 球 窝 外 包角 、 气 孔 包 角和 供 气孔 直径 。 通过 分 析 ， 出 了闭 对 供 给
式 气 体球 轴 承 几 何 参 数 的推 荐 取 值 范承 ； 面 节 流 ； 特 性 ； 静 环 静 参数 设 计
第３ ４卷 第 ３期 ２１ ０ １年 ６月
武
汉
科
技
大
学
学
报
Ｖｏ． ４， ． １３ Ｎｏ ３
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
Ｊ ｎ ２ １ ｕ．０１
种 静压 气体 球 轴承新 结 构形 式 。
针对 小孔 节 流多孔 开 式气 体球 轴 承 的非 线性
静态 有 限元气 体 润 滑 方程 组 提 出 的 “ 比例 分 割 算
法 ”８， 样 适 用 于 闭 式 静 压 气 体 球 轴 承 的 静 态 有 ¨ 同 ］ 限 元 方 程 组 的 求 解 ， 可 以 获 得 满 意 的 静 特 性 计 且
轴 承供 气压 力 ， ａ 。 ＭＰ ） 设 静压 气体 球轴 承 的 个 供气孔 沿 圆周 均匀
分 布 ， 气 浮 台工作 时球 体不 受水 平力 的作用 ， 且 因
此 球 轴 承 工 作 时 球 心 只 沿 铅 垂 方 向 运 动 ， 承 对 轴
算 解 ＿ 。环面 节 流多孔 闭 式球 轴 承 的几何 参数 包 ９ ］ 括 球 窝 外 包 角 、 气孔 包 角 、 气 孔 数 、 气 孔 直 供 供 供
详细 讨论 了球 窝 外包 角 、 供气 孔包 角 、 供气 孔数 和 供 气孔 直径 对轴 承静 特 性 的影 响 。
１ 数 学 模 型 描 述
图 １ 气体 球轴 承 所在 的球 面坐 标 系 。静 压 为
球 面 气 体 润 滑 静 态 无 因 次 可 压 缩 雷 诺 润 滑 方 程 为
基 于 静 特 性 分 析 的 环 面 节 流 静 压 气 体 球 轴 承 参 数 设 计
郭 良斌 ， 宝 林 ， 彭 王 卓 ， 立 明 宣
（ 汉 科 技 大 学 机 械 自动 化 学 院 ， 北 武 汉 ，３ ０ １ 武 湖 ４０ ８ ）
摘 要 ： 面 节 流 多孔 闭 式 球 轴 承 具 有 整 体 球 窝 面 ， 静 压 气 体 球 轴 承 的 一 种 新 结 构 形 式 。按 照优 先 考 虑 静 刚 环 是
称 于过球 心 的铅 垂线 。计 算 时 ， 可取 １ ２ ／ ｎ球 窝面 （ １阴影 部分 ） 图 为求 解 域 。 为方 便 求解 ， 式 （ ） 对 １ 进行 保 角变 换 。变换 式 通 常取 ｄ ｎｔｎ Ｏ ２ ， 一 ｄ／ ｉ０ 引人 无 因次 —Ｉ （／ ） ａ ０ｓ ， ｎ 压 力平 方 － 厂 一 ， 入式 （ ） ， 其 变 换成 静 态 代 １后 将
一
ｓ ｈｉ ） （ ）０ ｉ＠ ａ ＋ 矗 一 ｎ （ｓ Ｏ ｏ ｎ 。
（ ≤ ０ ， １ ０≠ ０ ≠ ） ｏ ｎ （） １
式 中
为气 膜 中 任 一 点 的球 面 坐 标 ，。 。为 ０、
供 气孔所 在 的 球 面 坐 标 ； 为 气 膜 中任 一 点 的 无 因次厚 度 ， — ｈ ｅ ｅ为球 心 的起 浮 高度 ， ｉ ｉ ／（ ｍ） ； 为气 膜 中任 一 点 的无 因 次压 力 ， Ｐ— ｐ Ｐ （ 为 ／ Ｐ
仿 真 气浮 台多 采 用 环 面 节 流 多 孔 闭 式 气 体 球 轴
承 ， ］ 该类 轴承 具 有整 体球 窝 面 ， 窝 中心 没有 与 球
环 境 大气 相通 的排 气孔 。环 面节 流多 孔 闭式 气体
球 轴 承 具 有 能 够 在 大 范 围 供 气 压 力 下 稳 定 工 作 的 优 点 ｌ ， 随 着 国 际 微 小 卫 星 研 究 兴 起 而 出 现 的 ７是 ］
缩 空 气在 球与 球 窝 之 间 形 成 气 膜 ， 仿 真 平 台浮 使 起 ， 而满 足近 似无 摩擦 的相对 运 动条 件 口 ］ 从 。多
自 由 度 仿 真 气 浮 台 可 以 用 来 研 究 飞 行 器 的 编 队 飞 行 、 道 机 动 和 空 间 交 会 等 技 术 问 题 ＿ 。近 年 来 ， 轨 ５ ］