多孔质气体静压轴承研究现状及发展趋势

多孔质气体静压轴承采用多孔质节流器,依靠外部供给加压气,形成承载气膜,实现支承和定位.分析了多孔质轴承支承原理,并说明气膜压力分布特点.总结了多孔材料在轴承中的应用及碳石墨多孔材料具有的相对优势.论述了流动模型、数值求解及试验的研究现状,说明雷诺润滑方程和Darcy方程是建立多孔质轴承流动模型的主流方法.总结了轴承优化方法,智能优化方法的应用情况.今后的研究重点是考虑流动惯性,基于Darcy-Forchheimer方程和雷诺润滑方程,建立多孔质轴承三维可压流动模型及其数值求解方法;考虑转子对气膜的惯性作用,使用CFD动网格计算多孔质轴承动特性;分析温度、材料变形等对多孔质轴承静动特性的影响;设计对中系统并采用高频激光测距仪,测试多孔质轴承静动特性;建立多参数、多目标的多孔质轴承优化平台,优化承载力、供气功耗等.

多孔质静压径向轴承的理论建模与数值计算

为计算多孔质静压径向轴承静特性,基于雷诺润滑方程、多孔质达西方程和连续方程,建立了考虑多孔质-气膜交界面速度滑移的多孔质轴承流动模型。采用有限差分法、变步长差分格式、逐次超松弛法,提出Laplace-Neumann虚拟节点法,建立了流动控制方程组同时迭代的数值方法,编写了快速稳定的求解器PBS(porous bearing solver)。PBS承载能力、压力场、速度场等与ANSYS Fluent相近,但PBS实现了即时仿真。利用PBS分析了供给压差和润滑剂黏度对静特性的影响,结果表明:随着供给压差增大,承载能力和供给流量线性增大,供给功耗平方增大。随着黏度增大,承载能力略微增大,流量和功耗线性减小。随着偏心率增大,承载能力、流量及功耗增大。该自主求解器和结论可为多孔质轴承设计提供参考。