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双排孔静压止推气体轴承数值模拟

徐磊磊 杨光伟 阳红 钟良

徐磊磊, 杨光伟, 阳红, 钟良. 双排孔静压止推气体轴承数值模拟[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(12): 1928-1936. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190057
引用本文: 徐磊磊, 杨光伟, 阳红, 钟良. 双排孔静压止推气体轴承数值模拟[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(12): 1928-1936. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190057
Xu Leilei, Yang Guangwei, Yang Hong, Zhong Liang. Numerically Simulating Static Pressure of Thrust Gas Bearing in Double-row Hole[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(12): 1928-1936. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190057
Citation: Xu Leilei, Yang Guangwei, Yang Hong, Zhong Liang. Numerically Simulating Static Pressure of Thrust Gas Bearing in Double-row Hole[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(12): 1928-1936. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190057

双排孔静压止推气体轴承数值模拟

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190057
基金项目: 

中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室基金项目 ZD17002

详细信息
    作者简介:

    徐磊磊(1988-), 硕士, 研究方向为静压气体润滑、机械制造及自动化, 1101764182@qq.com

    通讯作者:

    钟良, 教授, 博士, 417377611@qq.com

  • 中图分类号: TH133.35

Numerically Simulating Static Pressure of Thrust Gas Bearing in Double-row Hole

  • 摘要: 为了给超精密设备的研制提供参数依据,建立双排孔静压止推气体轴承气膜模型,并结合理论验证其正确性,然后用Fluent进行仿真计算,找出了结构参数对轴承承载力及刚度的影响规律,最后进行了参数优化。Fluent仿真表明:仿真与理论吻合;当0.01 mm < h < 0.04 mm有均压腔的轴承的承载力及刚度大于无均压腔的;d越大,轴承的承载力越大,对应刚度的最大值越小;0.1 mm < h2 < 1.3 mm时对轴承的承载力及刚度无影响;当h < 0.018 mm时d1越大,轴承的承载力及刚度越大。参数优化结果表明:当hh1都相同时d1d同时取最大值时轴承的承载力最大。
  • 图  1  有均压腔及无均压腔的双排孔静压止推气体轴承尺寸模型

    图  2  有均压腔及无均压腔的止推气体轴承气膜仿真模型

    图  3  有腔与无腔的模型进出口变量流量值

    图  4  轴承的承载力随节流孔直径的变化关系

    图  5  轴承的承载力随气膜的高度的变化

    图  6  轴承的刚度随气膜的高度的变化

    图  7  有腔的轴承承载力随节流孔直径的变化

    图  8  有腔的轴承刚度随节流孔直径的变化

    图  9  无腔的轴承承载力随节流孔直径的变化

    图  10  无腔的轴承刚度随节流孔直径的变化

    图  11  有腔的轴承承载力随节流孔深度的变化

    图  12  有腔的轴承刚度随节流孔深度的变化

    图  13  无腔的轴承承载力随节流孔深度的变化

    图  14  无腔的轴承刚度随节流孔深度的变化

    图  15  有腔的轴承承载力随着腔直径的变化

    图  16  有腔的轴承刚度随着腔直径的变化

    图  17  有腔的轴承承载力随着腔深度的变化

    图  18  有腔的轴承刚度随着腔深度的变化

    表  1  正交实验表  mm

    实验号 因素
    d h2 d1 h1 D H
    1 0.1 0.1 2 0.01 1 3
    2 0.1 0.5 3 0.02 2 6
    3 0.1 1 4 0.03 3 9
    4 0.1 1.5 5 0.04 4 12
    5 0.1 2 6 0.05 5 15
    6 0.12 0.1 3 0.03 4 15
    7 0.12 0.5 4 0.04 5 3
    8 0.12 1 5 0.05 1 6
    9 0.12 1.5 6 0.01 2 9
    10 0.12 2 2 0.02 3 12
    11 0.14 0.1 4 0.05 2 12
    12 0.14 0.5 5 0.01 3 15
    13 0.14 1 6 0.02 4 3
    14 0.14 1.5 2 0.03 5 6
    15 0.14 2 3 0.04 1 9
    16 0.16 0.1 5 0.02 5 9
    17 0.16 0.5 6 0.03 1 12
    18 0.16 1 2 0.04 2 15
    19 0.16 1.5 3 0.05 3 3
    20 0.16 2 4 0.01 4 6
    21 0.18 0.1 6 0.04 3 6
    22 0.18 0.5 2 0.05 4 9
    23 0.18 1 3 0.01 5 12
    24 0.18 1.5 4 0.02 1 15
    25 0.18 2 5 0.03 2 3
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    表  2  气膜的高度为0.008 mm时各统计量计算表

    d h2 d1 h1 D H
    Kj1 11160.4 12014.7 10977.9 11360.4 11957.9 11935.8 K=59114.6
    Kj2 11668.6 11860.6 11548.6 11876.5 11818.1 11908.9
    Kj3 11950.9 11822 11937.8 12014.3 11836.4 11730.2 P=139781438
    Kj4 12105.1 11708.9 12217.9 11962.6 11745 11833.3
    Kj5 12229.6 11708.4 12432.4 11900.8 11757.2 11706.4 Q=140275171
    Qj 139926265 139794300 140047433 139837236 139787200 139789920
    Sj2 144827 12862 265995 55798 5762 8482 ST2=493733
    下载: 导出CSV

    表  3  气膜的高度为0.01 mm时各统计量计算表

    d h2 d1 h1 D H
    Kj1 9661 11245 10366.2 10301.8 11131.3 11111.5 K=54596.3
    Kj2 10574.3 10960.5 10770.5 10927.3 10944.1 11022.4
    Kj3 11105.9 10860.6 11033.9 11174.8 10935.2 10796.8 P=119230239
    Kj4 11491.8 10756.1 11140.5 11148.7 10802.3 10910.7
    Kj5 11763.3 10774.1 11285.2 11043.7 10783.4 10754.9 Q=120058760
    Qj 119785690 119262027 119335040 119333188 119245832 119248174
    Sj2 555451 31788 104801 102949 15593 17935 ST2=828521
    下载: 导出CSV

    表  4  气膜的高度为0.012 mm各统计量计算表

    d h2 d1 h1 D H
    Kj1 8089.6 10036.9 9467 9054.2 9921.8 9894.3 K=48686.8
    Kj2 9169.1 9775.3 9687.1 9692.1 9820.9 9847.3
    Kj3 9939.6 9649.9 9785 9990.2 9800.4 9655.7 P=94816180
    Kj4 10517.1 9615.9 9810.7 10006.8 9592.9 9730.4
    Kj5 10971.4 9608.8 9937 9943.5 9550.8 9559.1 Q=96073506
    Qj 95858136 94842198 94840804 94945734 94836308 94831221
    Sj2 1041956 26018 24624 129554 20128 15041 ST2=1257326
    下载: 导出CSV

    表  5  气膜的高度为0.014 mm时各统计量计算表

    d h2 d1 h1 D H
    Kj1 6873.6 8839.5 8499.9 7959.1 8717 8709.6 K=42845.7
    Kj2 7884 8606.3 8555.2 8510 8667.2 8643.4
    Kj3 8721.2 8464.2 8555.2 8765.6 8640.5 8547.1 P=73430161
    Kj4 9410.9 8496.9 8566 8823.4 8439.3 8521.5
    Kj5 9956 8438.8 8669.4 8787.6 8381.7 8424.1 Q=74787458
    Qj 74630027 73451699 73433209 73535483 73447872 73439967
    Sj2 1199866 21538 3048 105322 17711 9806 ST2=1357297
    下载: 导出CSV

    表  6  气膜的高度为0.016 mm时各统计量计算表

    d h2 d1 h1 D H
    Kj1 5993.8 7742.8 7576 7032.2 7650.4 7642.9 K=37674.1
    Kj2 6838 7580 7538.5 7468.4 7625 7585.9
    Kj3 7619.3 7436.6 7503.4 7677 7597.5 7544.8 P=56773513
    Kj4 8319.1 7498.7 7483.3 7751.6 7443 7467.7
    Kj5 8903.9 7416 7577.9 7744.9 7358.2 7432.8 Q=57952875
    Qj 57844894 56787585 56774872 56847188 56786521 56779373
    Sj2 1071381 14072 1359 73675 13008 5860 ST2=1179362
    下载: 导出CSV

    表  7  气膜的高度为0.018 mm时各统计量计算表

    d h2 d1 h1 D H
    Kj1 5377.1 6854.2 6783.3 6277.5 6786.1 6777.3 K=33462
    Kj2 6057 6740.9 6695.5 6640.5 6771.4 6719.6
    Kj3 6724.9 6601.4 6647.3 6799.6 6736.5 6730.6 P=44788218
    Kj4 7372.2 6685.1 6631.5 6868 6625.5 6611.3
    Kj5 7930.8 6580.4 6704.4 6876.4 6542.5 6623.2 Q=45690186
    Qj 45614330 44798099 44791049 44838421 44796999 44792372
    Sj2 826112 9881 2831 50203 8781 4154 ST2=901968
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  • 收稿日期:  2018-12-10
  • 刊出日期:  2019-12-05

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