第4期（总第203期）
2017年8月
机械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEERING&.AUTOMATION
文章编号：1672-6413(2017)04-0016-03
多孔质静压轴承轴向特性仿真分析与实验研究
喻里程，刘强，卢诗毅，刘浩，张霞峰
（广东工业大学机电工程学院，广东广州510006）
摘要：空气静压轴承作为转台的关键零部件，其性能直接影响转台整体的精度。为了提高空气静压转台的静态性能，以多孔质止推轴承为研究对象，基于有限元分析款件Workbench，研究了不同气膜间隙下轴承的承载特性、刚度特性、质量流量特性。结果表明：在一定供气压力下，随着气膜间隙的减小，气膜厚度<12 xm时，止推轴承的承载能力和刚度越来越大且变化率较大，气膜厚度A>12um时，止推轴承的承载能力和刚度越来越大但变化率较小；气体质量流量随着气膜间隙增加而增大，但是增长的幅度越来越平缓。最后
通过搭建实验平台对仿真结果进行验证，仿真与实验结果基本旁合。关键词：气体静压轴承；多孔质；有限元分析；静态特性
中图分类号：TP3917：TH133.36
0引言
文献标识码：A
No. 4 Aug-
本文选用ANSYSWorkbench软件的Fluent[模
随着社会的发展和进步，制造业对精度的要求越来越高，因此超精密加工技术成为未来发展的一个主要方向，气体润滑轴承的出现是超精密加工发展的客观体现，这种轴承具有精度高、摩擦小、无污染、寿命长的优点。轴承的节流形式有很多种，空气静压轴承中最常见的节流器形式有环形节流、小孔节流、狭缝节流以及多孔质节流等，关于其详细的研究在很多文献中已经有了具体的说明[2-4，多孔质材料均勾地分布在气体轴承的表面，当压力气体通过时，能够让气体的流动更加均勾和稳定，产生的节流效果明显优于其他节流形式的轴承，因此多孔质节流轴承具有更好的承载特性和刚度，而且在轴承动载时，由于多孔质材料具有一定的透气性能，充许气体在其内部流动，因此多孔质材料表现出更好的阻尼特性[5]
在多孔质材料中有大量的孔隙，由于加工工艺的原因，孔隙大小不一且分布极不规则，在机加工成形工程中容易造成小孔的堵塞和破坏，因此空气在轴承内部的流动和边界条件极为复杂。目前理论分析主要针对多孔质材料的结构和边界条件进行简化，联合修正的雷诺方程进行求解6]。以往针对多孔质轴承的研究大多数采用解析法或者数值求解法，计算结果误差大，不准确，用求解方程组求解气体的压力场十分困难。北京邮电大学杨福兴门等人采用有限元法对其进行求解，运算量大，过程复杂；中国工程物理研究所崔海龙[等只研究了径向轴承的特性而没有研究轴向轴承的特性，不够全面。
*广东省微纳加工技术与装备重点实验室项目（2011A060901021）收稿日期：2017-01-04；修订日期：2017-05-11
块作为分析工具，准确地模拟出气体在多孔质轴承中的压力分布和运动状态，得到较为详细的仿真结果，通过对仿真结果进行分析，可以直观准确地发现设计存在的缺陷，并进行相应的改进和优化，这样可以显著地节约成本，缩短设备的研发制造周期。本文同时也搭建了实验测量平台，将实际测量结果与仿真分析进行比较验证，论证仿真分析的合理性。
多孔质空气静压轴承的工作原理
多孔质静压轴承的工作原理如图1所示，外界压
缩气体通过节流器后产生一定的压降进人到轴承和被支撑件之间，然后向外流动到轴承的边界降为大气压力，在轴承和被支撑件之间形成一层气膜，由于气膜具有一定的承载力，会将被支撑件浮起来，避免两个支撑件直接接触，以减少摩擦并达到润滑的效果。当供气压力一定时，由于外载力的变化，轴承和被支撑件之间会产生一定的偏移，两者之间的相对位置会改变，气膜的间隙也随之改变，气膜间隙减小的一面压力上升，气膜间隙增大的一面压力下降，由于压力差的存在，气膜内的压力会重新达到平衡，形成和外负载一样的承载力，以实现气体支撑和润滑的效果1。按照工程经验，气膜厚度随负载的变化越小越好，即气膜的刚度越大越好。
2多孔质轴承的轴向承载数学模型
气体在多孔质轴承中的流动应满足基本的物理定律，包括质量守恒、动量守恒、能量守恒等。由于气膜的厚度相对于轴承的尺寸非常小，在一定的假设前提
作者简介：旁数据2-），男，湖北幸感人，在读碳士研究生，研究方向：超精密设备设计与检测。