非均匀分布变节流孔直径静压气浮主轴承载能力与稳定性研究

目的:研究节流孔分布和直径系数对主轴承载能力和稳定性的影响。方法:提出了非均匀分布变节流孔直径新型静压气浮主轴结构,采用有限差分结合线性小扰动法求解非稳态Reynolds方程计算主轴性能。结果:节流孔分布、节流孔直径系数、偏心率、供气压力和平均气膜厚度对主轴承载能力和稳定性有显著影响;偏心率为0.15、供气压力为0.6 MPa时,新型气浮主轴承载能力提高25%,节流孔直径系数为0.90~0.95时主轴承载能力最大。结论:偏心率越大,节流孔分布对主轴承载能力的影响越显著;相对于传统主轴,节流孔直径系数对新型主轴承载能力影响较小;气浮主轴承载能力随供气压力和偏心率增加而增大,随平均气膜厚度增大而减小;偏心率越小,节流孔非均匀分布提高主轴稳定性越显著,变节流孔直径有利于提高主轴临界涡动比,降低临界惯性力,增强主轴稳定性;增大平均气膜厚度有利于提高主轴稳定性;增加供气压力导致主轴临界惯性力增大,稳定性降低。

节流孔直径和分布对静压气浮主轴稳态性能的影响

采用有限元法求解静压气浮主轴内气体流动雷诺方程,计算主轴承载能力、刚度和高度角等稳态性能,研究平均气膜厚度、偏心率、转速不同时直径系数(相邻节流孔直径比)和分布系数(相邻节流孔间隔比)对主轴稳态性能的影响。结果表明:直径系数减小或分布系数增大,承载能力和刚度增大而高度角减小;直径系数和分布系数不变,增大平均气膜厚度,承载能力和刚度减小,高度角先减小后增大;偏心率越大,承载能力越大,刚度越小;转速增加,高度角增大。较小的直径系数和较大的分布系数有利于提高主轴承载能力和刚度,降低高度角;较小的平均气膜厚度有利于提高主轴的承载能力和刚度,较大的偏心率主轴承载能力提高而刚度降低。