国外多孔质静压气体轴颈轴承理论分析的发展

静压气体轴承的类别按照供气形式分为:1.多孔轴承(Multi-holes feeding),2.多孔质轴承(Porous bearing),3.狭缝供气轴承(Slot-fed bearing),4.表面节流轴承(Surface restriction).多孔质轴承采用多孔质材料作为其轴承表面和节流器,整个轴承面均布微小的供气孔,气体通过多孔质材料由供气区进入轴承间隙.用于多孔质轴承的材料包括以青铜、铝、铅、钛、锡等为主的金属系材料和以石墨、碳纤维、氧化铝、碳化硅等为主的非金属系材料,并根据多孔质材料构成轴承面的形式,轴承面可分为:原样使用多孔质材料的“表面孔无阻塞”和由于机械加工而使其表面小孔阻塞的“表面孔阻塞”两种类型.由于多孔质材料的特性,压力气体通过时产生的节流效应比一般其它供气形式的轴承效果要好,因此大大提高多孔质轴承的承载能力,并且由于轴承间隙——侧是透气性材料,在轴承动载时,允许气体在其中流动,故多孔质轴承具有更好的阻尼特性.     

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。     

多孔质静压轴承概述

多孔质材料作为气体静压或者液体静压轴承的节流器具有广阔的应用前景,主要是因为相对于传统的小孔节流轴承来说,气体或液体静压多孔质轴承具有很高的承载能力,良好的稳定性和低成本等优点。本文综述了多孔质静压轴承的静态特性和动态特性的研究现状,分3个部分介绍了多孔质轴承的发展过程,给读者一个全面的了解。     

多孔质径向气体静压轴承运动稳定性分析

多孔质轴承在高速运转条件下会出现涡动失稳现象，使轴承的动态稳定性下降。利用线性扰动法对多孔质静压轴承中气体润滑的连续方程求解，得到动态下轴承稳定的临界质量——系统保持稳定的最小质量，并以此为稳定性判据得出轴承参数对稳定性的影响，即轴承的供气压力、渗透数、长径比越大，稳定区域越小，为今后的多孔质轴承设计提供了参数的优化范围。     

气体静压小孔节流与多孔质节流性能的比较

本文给出了传统的小孔节流和多孔质节流轴承的理论分析，分析了外部供压气体轴承的进气形式对轴承性能的影响，对于不同类型的小孔节流和多孔质节流的轴承，本文给出了实验结果，并对轴承的性能参数即承载能力，刚度等进行了比较，作者分析了小孔节流和多孔节流止推轴承的承载能力和刚度，结果表明多孔质止推轴承同小孔节流轴承相比，具有高的承载能力。     

局部多孔质气体静压止推轴承压力分布的研究

利用计算流体动力学软件FLUENT对局部多孔质气体静压止推轴承的压力分布进行了仿真研究.局部多孔质和气膜都采用有限体积法进行离散,同时考虑了气体在局部多孔质和气膜内的三维流动,因此使仿真结果相比于二维计算结果更加接近实际.通过仿真研究给出了多孔质圆柱塞个数、半径及其高度不同时,轴承压力分布的变化趋势.结果表明,随着多孔质圆柱塞个数的增加、半径的增大或其高度的减小,气膜内的压力都会相应的增大,从而使静压轴承的承载能力得到提高.     

局部多孔质气体静压圆盘止推轴承压力分布的有限元计算

直接在Cartesian Coordinates中对气体静压圆盘止推轴承的Reynolds气体润滑方程进行有限元计算,针对局部多孔质直径大小的不同,采用两种不同的网格划分方法,并通过Matlab编程实现了网格的自动细分,在此基础上,通过利用Galerkin加权残差原理对气膜内压力分布进行了求解.分析表明,网格的自动细分减少了网格划分的时间,便于获得合适的网格数量,使轴承压力分布的计算得到进一步简化.     

多孔质气体静压径向轴承倾斜状态特性研究

为研究倾斜状态对多孔质气体静压轴承性能的影响,基于一维流动模型应用有限元方法对多孔质气体静压轴承进行数值分析,研究渗透率、初始偏心距、倾斜角度等重要因素对多孔质径向轴承承载能力和弯矩的影响。结果显示:轴承初始偏心距对轴承承载能力影响很大;在相同初始偏心距时,倾斜状态下的径向轴承承载能力随着轴承倾角的增大而增大;在相同倾斜角度时,径向轴承承载能力分别随着轴承初始偏心距和轴承渗透率的增大而增大,并且初始偏心距越大,渗透率对承载能力的影响越大。     

气体静压多孔质止推轴承静态特性的理论发展

多孔质材料被用来作空气静压轴承的节流器在过去已经广为报道了。多孔质材料节流器化传统的了流器具有一些显的优点,如设计和制造简单,很高的承载能力和刚度,更优越的尼特性以及体成。甚至更加复杂的几何结构如球轴承,空气静压丝杠也能够很容易获得,到目前为止,止推轴承尤其是圆板状的止推轴承是进行理论分析的最简化的几何模型,同时也是报道最多的。本首先介绍多孔质空气静压轴承的理论,接着着重介绍多孔质止推轴承的理论发展,最后,作讨论了关于多孔质介质的进一步研究的方向。     

局部多孔质气浮止推轴承的设计研究

建立了局部多孔质气浮轴承的理论模型,该模型考虑了轴承气膜交界面处的切向速度滑移。利用有限元方法对所建立的模型进行了理论仿真,轴承静态特性的仿真与试验结果取得了较好的一致性,说明经过修改后的雷诺方程可以用来作为局部多孔质气浮轴承研究的理论模型。利用该模型成功计算出不同渗透系数、不同厚度及不同直径的局部多孔质气浮轴承的流量、承载及刚度特性,并给出了相应的变化曲线。根据仿真结论,提出了局部多孔质气浮止推轴承的设计准则。另外,从理论上将该类轴承与全多孔质类型气浮轴的承特性进行了对比,表明局部多孔质气浮轴承有着优良的特性,有很好的应用前景。     

空气静压多孔质止推轴承多孔质圆板的变形

在获取空气静压多孔持轴承的静态性能的过程中，有很多问题需要慎重考虑，其中包括惯性效应，速度滑移，多孔质渗透率的变化，多孔质表面粗糙度以及多孔质平板的变形，给出了止推轴承中多孔质平板的变形原理以及相应的粘结剂的弹性变形，同时给出了测量多孔质平板变形的方法和相应迭代方法的原理。     

狭缝节流空气静压轴承局部气膜流场的直接数值模拟

采用3阶精度的迎风格式及2阶精度的中心差分格式,直接求解二维非定常N-S方程组,研究狭缝节流空气静压轴承压降恢复之后区域的流场特性。使用雷诺方程计算相同位置气膜中心处的流场状态,并与直接数值模拟方法的计算结果进行对比。结果表明:雷诺方程与N-S方程在计算域内计算结果基本一致,两者压力偏差为0.173%,速度偏差为1.217%;流场压力、密度沿气流方向逐渐减小,但在气膜方向几乎不变;流场速度、压力梯度沿气流方向逐渐增加,速度在流场出口处达到最大值;直接数值模拟方法得到了流场的温度变化,即整个流场的温度变化很小,温度整体呈上下高、中心低的分布,而雷诺方程无法计算得出整个流场的温度变化情况;采用雷诺方程计算轴承压降恢复之后区域的流场是合理的。     

基于ANSYS Workbench的气体静压轴承径向特性分析

提出一种基于ANSYS Workbench的径向特性分析方法。基于计算流体力学的相似原理,建立小孔气体静压主轴的有限元模型,并使用FLUENT模块计算得到主轴微小气膜间隙内的压力场;通过Static Structure静力分析模块进行强度校核,并获取主轴的承载力;基于DOE实验设计方法计算小孔气体静压主轴的径向刚度,并分析周向节流孔个数和节流孔孔径对径向刚度的影响。结果表明,节流孔孔径越大,刚度越小;节流孔周向数量增加,刚度增大。计算结果与实验结果吻合较好,证明该方法的可行性。     

基于阻抗法的径向均压槽气浮支承承载力研究

为提高气浮支承计算效率,以气浮表面布置径向均压槽的气浮支承为研究对象,提出一种计算径向均压槽气浮支承承载力的阻抗模型,利用CFD数值仿真验证阻抗模型的可行性,并分析均压槽深度、半径及角度对阻抗模型的影响。结果表明：该阻抗模型可计算不同截面形状的径向均压槽和无均压槽2种模型的承载力,且利用阻抗模型计算气浮支承承载力与CFD数值仿真计算结果具有较好的一致性;在气膜较小时,气浮支承表面布置均压槽结构能提高系统的阻抗系数,可有效提高气浮支承承载力;均压槽的深度、半径对系统的阻抗系数影响较大,而均压槽角度对系统的阻抗系数影响较小。     

放射状楔形槽气浮支承静态性能分析

为提升小孔节流气浮支承的静态性能,设计一种放射状楔形槽气浮支承,该楔形槽呈放射状,其周向截面、径向截面和轴向截面分别为扇形、矩形和梯形。建立放射状楔形槽气浮支承的CFD模型,分析楔形槽结构参数对气浮支承静态性能的影响规律。结果表明：采用放射状楔形槽能够改善气浮支承的气膜压力分布,并提升其承载力和刚度;气浮支承承载力随楔形槽放射角度、入口高度和楔形角的增加逐渐增大,随楔形槽半径增加先升高后降低;气浮支承刚度随楔形槽放射半径、角度、入口高度和楔形角的增加逐渐提高。实验结果与预测结果吻合较好,验证了模型的可行性和准确性。