下载文档原格式
基于ANSYS Workbench的气体静压轴承径向特性分析崔海龙;岳晓斌;雷大江;夏欢;朱建平【摘要】A new method to analyze radial characteristics was proposed based on ANSYS Workbench.The finite ele-ment model was established based on similar principles of computational fluid dynamics,the pressure field of aerostatic bearing in tiny gas gap was calculated by using the FLUENT module.The strength check was processed by Static Structure analysis module,the capacity of aerostatic bearing was also achieved.Radial stiffness of aerostatic bearing was calculated based on the experimental design of DOE,the effect of the number of circumferential orifice and orifice diameter on the ra-dial stiffness was analyzed.The results show that the stiffness is increased with the decrease of the diameter of orifice and the increase of the number of orifice.The calculation results of the new method have good agreement with the experimental results.%提出一种基于ANSYS Workbench的径向特性分析方法。
球面螺旋槽气体动压轴承静态特性分析贾晨辉;杜彩凤;邱明【摘要】以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立了球面螺旋槽气体动压轴承的润滑分析数学模型,基于CFD技术,采用流体动力学Fluent软件,对球面螺旋槽气体动压轴承的三维气膜压力场进行分析,揭示不同转速下,轴承槽宽比、槽深比、螺旋角、气膜间隙对稳态轴承气膜压力以及承载能力的影响规律,并在此基础上,对轴承的结构参数进行了优化.结果表明,应用Fluent软件进行数值分析可以精确地模拟区域内气膜的复杂流场特性,并且转速越高,气体轴承内部的动压效应就越明显,因此合理地选择轴承结构参数和运行参数有助于改善润滑性能,提高轴承的稳态承载特性.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】5页(P52-55,60)【关键词】气体动压轴承;球面螺旋槽;Fluent;数值分析;承载特性【作者】贾晨辉;杜彩凤;邱明【作者单位】河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TH138引言随着现代工业及高科技的迅猛发展，气体润滑轴承正在日益被人们所重视。
气体轴承在运行时具有无噪声、摩擦小、不产生热量、振动小、寿命长，可在特殊环境中稳定工作，且不受磨损所限制等一系列优点[1，2]。
球面螺旋槽气体动压轴承是一种新型结构的滑动轴承，它既可承受径向载荷又能承受轴向载荷，且结构紧凑，回转精度高，广泛应用于陀螺仪、姿态控制装置、旋转机械等设备中，无论是从性能上还是结构上都远优于其他类型的气体动压轴承[3]，有着十分广阔的应用前景。
目前，国内外学者广泛采用求解Reynolds方程的方法研究滑动轴承的气膜特性，该方法具有求解时间短的优点，但忽略了惯性力、彻体力和轴向、周向的剪切力等，影响了计算结果的精度。
随着计算流体力学技术的发展和计算机性能的提高，通过CFD技术，可以分析任意轴承结构形式,利用流体动力学Fluent软件能兼顾求解其忽略项的影响，更精确地计算了轴承的流场特性[4-7]。
BI YE SHE JI （20_ _届）气体动压径向轴承性能设计计算摘要早在1854年，法国人G.A.伊恩就提出过用气体作润滑剂的设想。
1896年第一个空气轴承问世。
1913年英国人W.J.哈里森发表气体润滑轴承流体动力学分析的论文。
50年代以来，气体轴承的应用逐步扩大，并受到广泛和深入的研究。
气体润滑的主要特征表现为气体的可压缩性,因此可压缩流体雷诺方程是气体轴承性能计算的基本方程,这个非线性偏微分方程仅对于特殊的间隙形状才可能求得解析解,而对于一般的气体润滑问题,无法用解析方法求得精确解。
在气体轴承的性能计算中,通常使用近似解法或数值解法。
数值解法所得到的计算结果与实验结果更为接近,所以被广泛采用。
最常用的数值方法是有限差分法、有限元法和边界元。
本课题采用的是有限差分法。
本课题研究通过有限差分法和迭代法则来解气体润滑的雷诺方程，然后通过MATLAB编程来求解不同转速下的压力分布。
本课题选取的轴承转速是10000r/min 到100000r/min,迭代精度是1×10-9。
通过试验可以发现，气体轴承的承载力较小，而且随着转速的增加，轴承的承载力也随之增加。
关键词：气体轴承，雷诺方程，有限差分，迭代法则，MATLABDesign and calculation of the performance of the gas dynamic radialbearingAbstractEarly in 1854,the French G A Lan had proposed that use gas for lubricant.In 1896,the first air bearing published.1913,WJ harrion published the paper of gas lubricating bearing fluid dynamics analysis.Since the 1950s, application of the gas bearing is gradually expanded,and be in-depth researched.The main characteristics of gas lubrication performance is the gas compressibility,therefore compressible fluid Reynolds equation is the performance calculation basic equations of a gas bearing,the nonlinear partial differential equations can get analytical solution only for special clearance shape,but for the average gas lubricating problem, can not use analytical method for the exact solution.It often use approximate solution or numerical solution in gas bearing performance computing.Numerical solution obtained results is more close to the experimental results,so be widely adopted.The most commonly used numerical method is finite difference method, the finite element method and the boundary element.This subject adopt the finite difference method.This topic research through the finite difference method and iterative methodologies to solve the Reynolds equation of gas lubricating .Then through MATLAB programming to solve the pressure distribution under different speed . This topic selection of bearing speed is 10000r/min to 100000r/min ,Iterative precision is 1 x 10-9.Experiments have found that the bearing capacity of gas bearing is smaller , and as speed increase, bearing capacity also will increase .Keywords：Gas lubricating ，Reynolds equation ，Finite difference ，Iterative law，MATLAB.目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论.............................................. 错误!未定义书签。
高速动静压气体轴承动态流场模拟与失稳分析高速动静压气体轴承动态流场模拟与失稳分析引言：高速动静压气体轴承是一种重要的工业设备，广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等行业。
其作用是通过动态气膜压力来支撑轴承的转动部件，减小接触面的摩擦和磨损，提高设备的运行效率和寿命。
然而，在轴承运行过程中，由于复杂的流场变化，会产生不稳定现象，甚至导致轴承失效。
因此，通过动态流场模拟和失稳分析研究高速动静压气体轴承的运行机理和优化设计具有重要意义。
一、高速动静压气体轴承的运行原理高速动静压气体轴承由固定套、转动套、导向螺旋槽和气体供应系统等组成。
在轴承运转时，通过润滑气体的高速旋转和压力控制，形成动态气膜，使转动套浮起于固定套之上，实现轴向和径向的支撑和导向作用。
动静压气体轴承的运行机理主要包括气体压力、气膜形成和维持、轴心位移等关键参数。
二、动态流场模拟方法1. 基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法：基于连续介质假设，通过求解Navier-Stokes方程组，考虑非定常性、可压缩性和湍流效应，描述高速动静压气体轴承的动态流场变化。
采用数值方法可以较为准确地模拟轴承工作过程中气膜厚度、气膜压力分布等重要参数的变化规律。
2. 流体-结构耦合方法：考虑到高速动静压气体轴承在工作过程中受到的外部加载和转动套的变形，采用流体-结构耦合方法对轴承进行模拟。
该方法将轴承系统划分为流体域和结构域，通过求解流体域和结构域的相互作用，可以更加真实和准确地描述轴承的动态特性和失稳机理。
三、失稳分析方法1. 线性稳定性分析：通过对动静压气体轴承系统进行线性稳定性分析，得到关键频率和振型。
通过求解特征值问题，可以判断系统的稳定性和失稳特性，并对参数进行优化。
2. 非线性动力学分析：考虑到高速动静压气体轴承系统存在非线性特性，如气体的可压缩性、流体力学的非粘性等，采用非线性动力学分析方法来研究系统的运行稳定性和失稳机理。
通过数值求解非线性动力学方程，可以得到系统的运动状态、相位图和吸引子等信息，进而对轴承的设计和改进提供指导。
狭缝节流气体动静压轴承的承载特性解析静压轴承的加压气体是从外部向内输入的，通过节流器向轴承中进入，进而发挥出润滑功效。
因此，其主要特征即为节流效应；对应的，动压轴承是凭借轴承转动而生成转速，因为在气体的动力影响下出现了动压效果，进而发挥润滑的功能，其主要特征是速度效应。
因此，分析计算动静压轴承的承载性能就会更加复杂，所以，就需要我们在实际工作中不断的总结经验，做到具体问题具体分析。
狭缝节流气体；动静压轴承；承载特性轴承有限元模型分析混合润滑轴颈轴承是狭缝节流节流气体动压轴承中重要的组成部分，如下图所示，为该轴颈的主要结构示意图：在上图中，转子直径用字母D表示，轴承的长度用L表示，偏心量用e表示，大气压力和供气压力用Pa和Po来表示，节流狭缝入口处的直径可以用Ds 来表示，转子的转速可以用w表示。
用平面的形式将轴轴承气膜展开，然后变化其相容性，就是将轴颈的半径R 选取出来作为长度参照数值，轴向坐标可以用x表示，展开轴颈后的周向坐标可以用z来表示，狭缝的中心角坐标可以用φ表示，径向坐标用r表示。
将两个变化制定出来，就轴颈部分而言，令z/R=Z，这样φ=z；就狭缝而言，lnr=g，可以在准迪卡尔坐标系中反射柱坐标系，下图为变化以后的坐标系。
节流狭缝部分及承载气膜部分的雷诺方程式为：a/aφ（h3af/aφ）+a/ag（（h3af/aφ）-Aa（ph）/aφ=0在整个式子中，气膜的压力用p表示，气膜压力的平方用f表示，气膜的厚度用h表示，狭缝的宽度用a表示，A的值为12wR，并且它是因为转速而产生的轴承数。
为了把雷诺方程降低一级，可以应用加权余量法，而且需要将给整个计算域完成离散化处理，这时就可以应用到三角形单元。
通过静压效应，会有单元刚度过阵出现在承载气膜区，并且，还有单元刚度矩阵存在于转速中。
通过分析能够发现，大气边界与供气边界上的节点压力平方为基本的边界线。
能够明确的是，因为转速的影响，并非能够用线性方程组将最终所形成的压力方程组表示出来，因此，可以通过收敛方便、适应性强的最小二乘法进行方程求解，将各个点的压力求解出来后，在将承载能力计算出来。
