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双排孔静压止推气体轴承的静动态特性研究

刘锐 吴星宇 刘鑫莲 钟良

刘锐, 吴星宇, 刘鑫莲, 钟良. 双排孔静压止推气体轴承的静动态特性研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(8): 1247-1256. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200204
引用本文: 刘锐, 吴星宇, 刘鑫莲, 钟良. 双排孔静压止推气体轴承的静动态特性研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(8): 1247-1256. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200204
LIU Rui, WU Xingyu, LIU Xinlian, ZHONG Liang. Research on Static and Dynamic Characteristics of Hydrostatic Thrust Gas Bearing with Double Row Holes[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(8): 1247-1256. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200204
Citation: LIU Rui, WU Xingyu, LIU Xinlian, ZHONG Liang. Research on Static and Dynamic Characteristics of Hydrostatic Thrust Gas Bearing with Double Row Holes[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(8): 1247-1256. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200204

双排孔静压止推气体轴承的静动态特性研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200204
基金项目: 

2019年四川省大学生创新创业训练项目 S201910619059

详细信息
    作者简介:

    刘锐(1997-), 本科, 研究方向为机械设计制造及其自动化, 776180627@qq.com

    通讯作者:

    钟良, 教授, 博士, 417377611@qq.com

  • 中图分类号: TG133.35

Research on Static and Dynamic Characteristics of Hydrostatic Thrust Gas Bearing with Double Row Holes

  • 摘要: 针对双排孔供气的静压止推气体轴承,设计周向环形均压槽以提高轴承的承载力和静刚度,建立气膜模型并对其进行Fluent仿真,研究其结构参数对静态特性的影响规律。仿真结果表明:当气膜厚度h=10 μm时,供气孔数n=16,孔排间距△d=25 mm,外、内径比值C=4.0,均压槽槽宽d1=6 mm,槽深h1=0.02 mm,节流孔孔径d2=0.11 mm,孔深h2=1.4 mm时能保证轴承获得较好的静特性。采用稳态与瞬态仿真结合的方法,分析承载面做谐振动时,得到不同过渡尺寸下的承载力响应曲线和对振幅的影响规律。仿真结果表明:在相同的载荷变化下,增大d1、减小h1、减小d2、增大h2均能在一定程度上抑制微振动的振幅,从而提高轴承的稳定性。
  • 图  1  无均压槽气膜模型

    图  2  圆盘均压槽气膜模型

    图  3  周向环形均压槽气膜模型

    图  4  环形均压槽轴承模型尺寸

    图  5  不同均压槽形式下的承载力曲线

    图  6  不同均压槽形式下的刚度曲线

    图  7  径向压强分布

    图  8  不同供气压强下的承载力曲线

    图  9  不同供气压强下的刚度曲线

    图  10  不同供气孔数下的承载力曲线

    图  11  不同供气孔数下的刚度曲线

    图  12  不同C值下的承载力曲线

    图  13  不同C值下的刚度曲线

    图  14  不同孔排间距下的承载力曲线

    图  15  不同孔排间距下的刚度曲线

    图  16  不同槽宽下的承载力曲线

    图  17  不同槽宽下的刚度曲线

    图  18  不同槽深下的承载力曲线

    图  19  不同槽深下的刚度曲线

    图  20  不同孔径下的承载力曲线

    图  21  不同孔径下的刚度曲线

    图  22  不同孔深下的承载力曲线

    图  23  不同孔深下的刚度曲线

    图  24  不同振幅下的动态承载力曲线

    图  25  不同槽宽下的动态承载力曲线

    图  26  不同槽深下的动态承载力曲线

    图  27  不同孔径下的动态承载力曲线

    图  28  不同孔深下的动态承载力曲线

    表  1  仿真结果

    参数名 表达式
    承载力F/N Force_z@wall0*12
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    表  2  双排孔静压止推气体轴承的结构尺寸

    项目 数值 step
    供气孔数n/个 16, 24, 36, 48 -
    外内径比值C 1.0~4.0 +1.0
    孔排间距Δd/mm 10~25 +5
    均压槽槽宽d1/mm 1~6 +1
    均压槽槽深h1/mm 0.01~0.06 +0.01
    节流孔孔径d2/mm 0.05~0.20 +0.03
    节流孔孔深h2/mm 0.2~1.4 +0.3
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    表  3  不同峰值时动态承载力统计参数

    峰值A/μm F/N ΔFmax/N 动刚度KD/(N·μm-1)
    0.01 3 770.01 3.43 171.500
    0.05 3 777.85 19.11 191.100
    0.10 3 788.74 37.81 189.050
    0.20 3 805.40 74.21 185.525
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    表  4  不同槽宽时动态承载力统计参数

    槽宽d1/mm F/N ΔFmax/N 动刚度KD/(N·μm-1)
    1 3 744.47 34.74 173.70
    2 3 772.35 36.22 181.10
    3 3 788.74 37.81 189.05
    4 3 799.55 39.60 198.00
    5 3 806.66 41.54 207.70
    6 3 808.85 43.65 218.25
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    表  5  不同槽深时动态承载力统计参数

    槽深h1/mm F/N ΔFmax/N 动刚度KD/(N·μm-1)
    0.01 3 295.64 43.86 219.3
    0.02 3 591.47 43.53 217.65
    0.03 3 712.05 40.99 204.95
    0.04 3 766.38 38.92 194.60
    0.05 3 788.74 37.81 189.05
    0.06 3 796.16 37.52 187.60
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    表  6  不同孔径时动态承载力统计参数

    孔径d2/mm F/N ΔFmax/N 动刚度KD/(N·μm-1)
    0.05 1 833.41 52.83 264.15
    0.08 2 729.07 64.85 324.25
    0.11 3 398.52 54.63 273.15
    0.14 3 788.74 37.81 189.05
    0.17 3 992.73 25.26 126.3
    0.20 4 095.53 17.25 86.25
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    表  7  不同孔深时动态承载力统计参数

    孔深h2/mm F/N ΔFmax/N 动刚度KD/(N·μm-1)
    0.2 3 803.69 37.36 186.8
    0.5 3 788.74 37.81 189.05
    0.8 3 775.10 38.57 192.85
    1.1 3 755.86 40.47 202.35
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  • 收稿日期:  2020-03-31
  • 刊出日期:  2021-10-09

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