基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究.pdf

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1、机械设计与制造第5期150MachinmyDesign&Manufacture2010年5月文章编号：1001—3997(2010)05—0150—02基于FLUENT的气体静压轴承数值仿真与实验研究木吴定柱陶继忠(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，绵阳621900)SimulationandexperimentalresearchofaerostatictrustbearingbasedonFLUENTWuDing—zhu．TA0ji—zhong(InstituteofMechanicalManufacturingTechnology，China

2、AcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China)’55”0似50!：55f0}00；5000!5：s口000”5M!00，：5，—，i【摘要】应用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT进行数值模拟，对影响气体静压止l；推轴承静态性能的相关因素进行了分析研究，并给出了相应的变化曲线。在自行研制的实验平台上进行l气体静压实验，实验与数值模拟计算的结果取得了较好的一致性，证明了将该方法应用在气体润滑领域i的可行性，也为进一步改进小孔节流气体静压止推轴承的设计和改善、提高其．陛能提供了理论依据。l关键词

3、：空气静压轴承；有限体积法；静态特性§【Abstract】Numericalsimul~ionwasprocessedwithComput~ionalHuidDynamicssoftwareFLUENT《basedonFinitevolumemethod．AnalysisandresearchWasimplementedontherelativefactorswhichwilllafectthestaticpe咖rm帆ceofAerostaticTrustBearing，andthusthediagramofcurvesWasproducedIacco

4、rdingly．AerostaticexperimentWasmadeontheseIf-manufacturedrig，andgoodagreementhasbeenled6ef加eenfee印erimeandfhenMmercsimMlati。ns“h．Ithas肋f。nlyapproedhe；asibilityofapplyingthismethodtogas—lubricatedregion，6“alsoprovidedthetheoryfoundationforlimprovingthedesigningandstaticperformanc

5、eofOrificeRestrictionAerostaticTrustBearing．iKeywords：Aerostaticbearing；Finitevolumemethod；Staticperformance中图分类号：TH117．2文献标识码：A节流小孑L与气膜间隙过度处压力降至，然后沿着气膜间隙向外1引言流动，在出口处压力为环境压力。由于空气静压止推轴承的两气体静压轴承采用气体作为润滑介质，在轴承的活动面与静润滑面通常都是金属，轴承工作过程中产生的热量绝大部分随气止面之间构成气膜，产生承载力，使二者避免接触，具有精度高、体排出或由金属传递出

6、去，故气体润滑过程可看成等温过程。在无磨损和寿命长的优点。基于气体静压轴承的以上优点，其在精流速不大时，润滑过程也可看成定常流。得到等温条件下柱面坐密工程、超精密工程、微细工程、空间技术、电子精密仪器、医疗器标系中空气静压止推轴承雷诺方程为：械及核子工程等领域中，有着十分广阔的应用l1I21。10本文应用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT，(rh一斋1)+Qaj=Alrfo(rh)(1)．对气体静压圆盘止推轴承内部流体的流动进行数值计算，给出了Q{[(鲁鲁(2)轴承的结构尺寸、供气压力等因素对气体静压轴承承载力和静态式中：Q一从&4LO流过

7、的气体质量流量；P一气膜压力；r一径向刚度的影响关系。在自行研制的实验台上进行气体静压止推轴承位置坐标(气膜内任一点到中心点的距离)；一周向夹角坐实验，由此得到轴承的静态性能。实验结果和理论计算之间的吻标(气膜内任一点与中心点连线与X轴正向的夹角)；^—平合良好，从而说明数值模拟的可行。均气膜间隙；A一压缩性数或轴承数；6i-Kroneckerdelta，=2数学模型的建立0，在无节流孔处；=1，在有节流孔处；A一小孑L截面面积；一气体静压止推轴承结构，如图1所示。气体比热比；一小孔入口的气体密度。边界条件为：P一，在轴承出气口处r=R；P一，在高压气

8、腔与节流&-FL的过度处。气体静压轴承的静态性能主要用承载能力(w)和静态刚度(K)来表征。承