ISSN10003762
2轴承2017年11期
CN411148/TH
Bearing 2017,No. 11
38 41
D0I:10.19533/j. issn1000 3762.2017.11.010
球面螺旋槽动静压气体轴承运动状态仿真分析
贾晨辉，王振清，邱明
（河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003）
摘要：利用流体动力学Fluent软件中6DOF被动型网格模拟分析球面螺旋槽动静压气体轴承在不同转速下的运动状态，结果表明：随转速的增加，轴承转子的振动幅度呈先减小后增大的趋势，当转速达到45000t/min时，轴承出现工频以外的2倍频涡动；当转速达到55000t/min时，轴承出现多种频率的涡动，此时轴承处于失稳状态。关键词：动静压气体轴承；有限元分析；运动状态；6DOF被动型网格；涡动；失稳
中图分类号：TH133.3；TB126
文献标志码：B
文章编号：10003762(2017)11003804
Simulation Analysis on Motion State of Spherical Spiral Groove Hybrid Gas
Bearings
Jia Chenhui,Wang Zhenqing, Qiu Ming
( School of Mechatronics Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)
Abstract: The 6 DOF passive grid in Fluent is used to simulate and analyze motion state of spherical spiral groove hy brid gas bearings under different rotational speeds. The results show that with the increase of rotational speed, the vi-bration amplitude of the bearing rotor decreases first and then increases. The whirl vibration with frequency 2 times be yond working frequency appears when the speed reaches 45 000 r / min, and the bearings appear a variety of whirl with multiple frequencies when the speed reaches 55 000 r / min, this time the bearings being under a state of instability. Key words: hybrid gas bearing; finite element analysis;motion state;6 DOF passive grid; whirl; unstability
随着高速、超高速技术的迅猛发展，气体轴承以其独特的优点在高速旋转机械中得到愈来愈广泛的应用1-2)。气体轴承从供气方式上可分为静压气体轴承、动压气体轴承和动静压气体轴承3 类。静压气体轴承在转子启停阶段将外部的高压气体经节流器导人轴承间隙中，形成静压承载，但此类轴承在节流器处容易形成气锤现象，且轴承的加工精度高。动压气体轴承只利用轴承的动压效应所形成的动压承载能力进行承载，其缺点是在转子的启停阶段存在固体接触，干摩擦严重。动静压气体轴承综合了这两类轴承的优点，在启
收稿日期：2016-1128；修回日期：2017-06-09 基金项目：国家自然科学基金项目（51475142）
作者简介：贾晨辉（1970一），男，汉族，河南开封人，博士，副教授，研究方向为轴承设计理论、数值优化及仿真、智能计算等,Email;xjiachenhui@163.com
通信作者：王振清，男，研究生，E-mail：1107942529@qq com。
万方数据
停阶段采用静压轴承的供气方式避免轴承间的固体接触，在高速旋转时停止外界供气，利用动压效应进行承载，大大减小了功耗[3-6]
由于动静压气体轴承最高转速可达每分钟几十万转，轴承气膜特性的变化呈复杂的非线性随机过程[7]，直接影响转子的运动状态，因此对轴承气膜的研究是研究轴承稳定性的关键。现阶段对动静压气体轴承动态特性的分析大多是以Reyn-olds润滑方程为基础，通过求解线性方程组从而得到气膜的压力分布；但此方法对动静压耦合效应和气旋现象的分析误差较大[8-10]，且无法将轴承的刚度、阻尼参数与轴承稳定性进行关联，因此实用性较低。
现采用Fluent软件中6DOF被动型网格，以球面螺旋槽动静压气体轴承的间隙气膜为研究对象，对轴承在动态运转条件下的失稳过程进行模拟分析，研究轴承从稳定运转到失稳的各种状态，确定轴承失稳时的临界转速。