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

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

徐磊磊^1,,
杨光伟²,
阳红²,
钟良^1, ,

1.
西南科技大学制造科学与工程学院, 四川绵阳 621000
2.
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川绵阳 621900

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
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出版历程
- 收稿日期: 2018-12-10
- 刊出日期: 2019-12-05

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

1.
School of Manufacturing Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Sichuan Mianyang 621000, China
2.
Institute of Mechanical Manufacturing Technology, China Institute of Engineering Physics, Sichuan Mianyang 621900, China

摘要

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h、h₁都相同时d₁与d同时取最大值时轴承的承载力最大。
- 双排孔静压止推气体轴承 /
- Fluent仿真 /
- 影响规律 /
- 参数优化 /
- /
Abstract: To provide parameters for developing ultra-precision equipment, we establish the gas film model of a static thrust gas bearing in double-row hole. Then we simulate the model with the Fluent software to verify its correctness. We find out the influence law of structural parameters on the bearing capacity and stiffness of the thrust gas bearing. Finally we optimize the parameters. The simulation results show that when 0.01 mm < h < 0.01 mm, the bearing capacity and stiffness of an equal-pressure cavity are greater than those of a pressure cavity. The bigger the d, the greater the bearing capacity, the smaller the maximum stiffness. When 0.1 mm < h₂ < 1.3 mm, there is no influence on the bearing capacity and stiffness of the thrust gas bearing; when h < 0.018 mm and d₁ is larger, the greater the bearing capacity and stiffness of the thrust gas bearing. Its bearing capacity is the largest when h and h₁ are all in phase and when the values of d₁ and d are the largest.
- double-row hole /
- static pressure /
- thrust gas bearing /
- fluent software /
- simulation /
- parameter optimization

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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

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图 2 有均压腔及无均压腔的止推气体轴承气膜仿真模型

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图 3 有腔与无腔的模型进出口变量流量值

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图 4 轴承的承载力随节流孔直径的变化关系

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图 5 轴承的承载力随气膜的高度的变化

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图 6 轴承的刚度随气膜的高度的变化

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图 7 有腔的轴承承载力随节流孔直径的变化

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图 8 有腔的轴承刚度随节流孔直径的变化

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图 9 无腔的轴承承载力随节流孔直径的变化

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图 10 无腔的轴承刚度随节流孔直径的变化

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图 11 有腔的轴承承载力随节流孔深度的变化

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图 12 有腔的轴承刚度随节流孔深度的变化

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图 13 无腔的轴承承载力随节流孔深度的变化

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图 14 无腔的轴承刚度随节流孔深度的变化

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图 15 有腔的轴承承载力随着腔直径的变化

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图 16 有腔的轴承刚度随着腔直径的变化

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图 17 有腔的轴承承载力随着腔深度的变化

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图 18 有腔的轴承刚度随着腔深度的变化

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表 1 正交实验表 mm

实验号	因素
实验号	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
K_j1	11160.4	12014.7	10977.9	11360.4	11957.9	11935.8	K=59114.6
K_j2	11668.6	11860.6	11548.6	11876.5	11818.1	11908.9	K=59114.6
K_j3	11950.9	11822	11937.8	12014.3	11836.4	11730.2	P=139781438
K_j4	12105.1	11708.9	12217.9	11962.6	11745	11833.3	P=139781438
K_j5	12229.6	11708.4	12432.4	11900.8	11757.2	11706.4	Q=140275171
Q_j	139926265	139794300	140047433	139837236	139787200	139789920	Q=140275171
S_j²	144827	12862	265995	55798	5762	8482	S_T²=493733

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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
K_j1	9661	11245	10366.2	10301.8	11131.3	11111.5	K=54596.3
K_j2	10574.3	10960.5	10770.5	10927.3	10944.1	11022.4	K=54596.3
K_j3	11105.9	10860.6	11033.9	11174.8	10935.2	10796.8	P=119230239
K_j4	11491.8	10756.1	11140.5	11148.7	10802.3	10910.7	P=119230239
K_j5	11763.3	10774.1	11285.2	11043.7	10783.4	10754.9	Q=120058760
Q_j	119785690	119262027	119335040	119333188	119245832	119248174	Q=120058760
S_j²	555451	31788	104801	102949	15593	17935	S_T²=828521

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表 4 气膜的高度为0.012 mm各统计量计算表

	d	h₂	d₁	h₁	D	H
K_j1	8089.6	10036.9	9467	9054.2	9921.8	9894.3	K=48686.8
K_j2	9169.1	9775.3	9687.1	9692.1	9820.9	9847.3	K=48686.8
K_j3	9939.6	9649.9	9785	9990.2	9800.4	9655.7	P=94816180
K_j4	10517.1	9615.9	9810.7	10006.8	9592.9	9730.4	P=94816180
K_j5	10971.4	9608.8	9937	9943.5	9550.8	9559.1	Q=96073506
Q_j	95858136	94842198	94840804	94945734	94836308	94831221	Q=96073506
S_j²	1041956	26018	24624	129554	20128	15041	S_T²=1257326

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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
K_j1	6873.6	8839.5	8499.9	7959.1	8717	8709.6	K=42845.7
K_j2	7884	8606.3	8555.2	8510	8667.2	8643.4	K=42845.7
K_j3	8721.2	8464.2	8555.2	8765.6	8640.5	8547.1	P=73430161
K_j4	9410.9	8496.9	8566	8823.4	8439.3	8521.5	P=73430161
K_j5	9956	8438.8	8669.4	8787.6	8381.7	8424.1	Q=74787458
Q_j	74630027	73451699	73433209	73535483	73447872	73439967	Q=74787458
S_j²	1199866	21538	3048	105322	17711	9806	S_T²=1357297

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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
K_j1	5993.8	7742.8	7576	7032.2	7650.4	7642.9	K=37674.1
K_j2	6838	7580	7538.5	7468.4	7625	7585.9	K=37674.1
K_j3	7619.3	7436.6	7503.4	7677	7597.5	7544.8	P=56773513
K_j4	8319.1	7498.7	7483.3	7751.6	7443	7467.7	P=56773513
K_j5	8903.9	7416	7577.9	7744.9	7358.2	7432.8	Q=57952875
Q_j	57844894	56787585	56774872	56847188	56786521	56779373	Q=57952875
S_j²	1071381	14072	1359	73675	13008	5860	S_T²=1179362

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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
K_j1	5377.1	6854.2	6783.3	6277.5	6786.1	6777.3	K=33462
K_j2	6057	6740.9	6695.5	6640.5	6771.4	6719.6	K=33462
K_j3	6724.9	6601.4	6647.3	6799.6	6736.5	6730.6	P=44788218
K_j4	7372.2	6685.1	6631.5	6868	6625.5	6611.3	P=44788218
K_j5	7930.8	6580.4	6704.4	6876.4	6542.5	6623.2	Q=45690186
Q_j	45614330	44798099	44791049	44838421	44796999	44792372	Q=45690186
S_j²	826112	9881	2831	50203	8781	4154	S_T²=901968

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