Science &Technology Vision 科技视界
0引言
随着先进制造业的发展，液体动静压滑动轴承的应用也越来越普遍。而对于动静压支撑设计，一旦确定支撑方案后，对轴承性能影响最大的是液腔的数量和结构。在对主轴回转性能的研究中已经证明当液腔的数量是轴颈圆度误差多边形的整数倍时，轴颈的圆度误差对主轴回转精度的影响最小。研究供液压力、轴承的相对间隙和润滑介质相同的情况下，轴承的承载力、温升和轴颈的静平衡轨迹变化规律可以使我们根据要求合理的布置液腔的结构形状。 近年来,CFD 在流场计算中应用日益广泛，并出现了如PHOENICS、CFX、FIDIP、FLUENT 等多个商用CFD 软件，其中FLUENT 是目前功能最全面、适应性最广、国内使用最广泛的CFD 软件之一[1]。PYP Chen 和EJ Hahn [2]等用滑动轴承、阶梯轴承、径向轴承在定常单向承载、稳态工况下求得雷诺方程的解析解，并用CFD 方法求得的解进行对比证明当雷诺数较小时,CFD 方法和求解雷诺方程得到的解析解是基本重合的.而当雷诺数增大时，惯性项的影响增大，二者的压力分布和最大压力出现了偏差。蒋小文，顾伯勤[3]利用CFD 方法研究了收敛楔形间隙中流体的稳态、一元流动进行了数值模拟，得到了间隙中流体膜的压力和速度分布，数值模拟与解析结果基本吻合，表明了数值模拟的正确性。 verticalsync1.1常见的油腔结构形式
目前常见的油腔形状有圆形油腔、三角形油腔和方形油腔。直观上看，方形油腔是目前普遍应用的油腔形式，适用于主轴转速较高、自重较小的动静压轴承；圆形油腔便于加工，该类轴承的制造费用比方形腔轴承低30%。对于三角形油腔，将等边三角形的一个角设置成与轴颈角速度方向相同，可以减小轴承的平均轴向流量，进而提高稳定性。Purdue 大学的N.M.Franchck 与Texas A&M 大学的D.W.Child 等对上述三种油腔轴承的性能进行了实验分析研究，获得了大量实验性结果。下文即在前面章节分析的基础上，利用FLUENT 进行数值模拟分析，研究了三种不同油腔轴承的动静态性能，数值模拟结果与实验结果能够较好的吻合，验证了用FLUENT 进行数值模拟的正确性。1.2边界条件的确定
模型假设:①滑动轴承内部流场中，流体看成不可压缩流体;②流体与壁面间无热量交换，高速运动时产生的热量完全由流体带走;③润滑油的惯性力忽略不计且油膜边界压力为零;④润滑油与固体间无相对滑动;⑤润滑油由进油孔进入轴承内部，经计算Re 大于2300，轴承内部为絮流状态，因此采用絮流模型。目前，计算流体絮流模型研究发展了k-ε模型[4]、k-ω模型、V2F 模型、LES 大涡模拟、DNS 直接模拟和RSM 雷诺压力模型等。由于RSM 模型具有高精度和计算时间短的优点，因此本文对动静压轴承内流场进行求解采用RSM 模型。旋转过程中，不考虑轴瓦及轴颈的热变形。
为了进行实验验证，数值计算时三种轴承的结构尺寸及工作条件与实验轴承相同。轴承直径为76.2mm，宽度为76.2mm。三种轴承均匀五个阶梯腔，腔深为0.127mm。采用55℃纯水做润滑剂，供油压力分别去4.0MPa、5.5MPa、7.0MPa。主轴转速分别取10200rpm、17400rpm、
24600rpm。偏心率为0~0.5，增量为0.1.三种轴承的油腔结构如图1所示。
图1三种轴承油腔结构尺寸
2数值模拟及分析
按照工作条件可以确定上述三种轴承均为絮流工作状态，且轴承具有阶梯浅腔、小孔节流。利用GAMBIT 灵活的建模方法来建立轴承的三维网格模型并对其进行网格划，然后导入到FLUENT 进行分析求解。下文着重对模拟结果与实验值进行对比分析。2.1承载能力分析
图2标示出了三种油腔结构的承载能力随偏心率变化的模拟结果与实验结果的比较，两者曲线走势相同，总体吻合较好。
在偏心率小于0.2的时，三种结构油腔的承载能力接近相同，但是当偏心率大于0.2时，三种油腔结构的承载能力有了极大的提升，其中方形油腔具有最大的承载能力，圆形油腔轴承次之，最后的是三角形油腔轴承。
图2承载能力随偏心率变化曲线
2.2正刚度分析
图3到图5分别为正刚度随偏心率、供油压力和轴颈转速变化情况的模拟结果与实验结果的比较。对于这三种轴承，随着偏心率增大，正刚度基本保持恒定，这在模拟曲线上体现的很明显。随着供油压力增大，轴承的静压定心效应提高，故正刚度提高。轴颈转速的提高会产生更大的动压效应，同时也可以获得更高的正刚度。
液体动静压轴承的油腔结构特性分析
彭蕾1马涛2
(1.河南核净洁净技术有限公司，河南郑州450001;2.河南工程学院机械工程系，河南郑州450001)
【摘要】动静压轴承的承载性能主要由轴承的动压、静压混合效应决定，而不同的油腔结构又影响着动静压的混合效应。因此，本文在动静压轴承的特性分析上主要从动静压轴承的油腔结构入手，以FLUENT 为工具，着重分析了方形油腔、三角形油腔和圆形油腔对轴承承载特性的影响，进而为动静压轴承结构设计提供理论参考。
网络安全控制技术【关键词】动静压轴承；承载特性；有限体积法
【Abstract 】The bearing capacity of the hybrid bearing is mainly determined by the mixed effect of dynamic and static pressures,which is influenced by oil cavity structure.Therefore,using FLUENT,this paper analyzed the properties of the hybrid bearing considering the oil cavity structure.The types of cavities were studied ,square,triangle and circular oil cavities,providing theoretical reference for the design of structure.
轴流式压气机
【Key words 】Hybrid bearing ;Bearing characteristics ;Finite Volume
集滤器
Method
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界(上接第42页)针、发展任务和发展目标等方面应达成统一的认识。3.2应对双方的职责和职能予以明确
双方就承担的职责和应有的职能予以明确，形成正规文件，做到有文可依。在校园网具体建设过程中，应以该文件来衡量和检查双方是否达到预期值。明确双方的职责和职能有利于校园网服务与维护和管理队伍的建设。
3.3合作产生的经济效益与社会效益并重
高校校园网的特殊性和高校的社会服务职能决定了高校校园网不属于企业性质，高校的发展除了高校自身的努力之外，还离不开全社会的共同努力和社会环境的支撑。企业的发展不仅取决于自身的努力，而且还取决于外部环境提供的各种条件，把自己融入到社会大环境中去，在为社会服务中谋求企业的经济效益。校企合作不能一味地追求投入产出比的经济效益而忽略了社会效益，只有同时注重经济效益和社会效益才能让企业和高校得到持续性发展。 4结语校企合作是目前大多数高校采用的方式，也是高校校园网可持续发展的最佳选择。但在具体的实施过程会遇到一些具体的问题，需要借鉴其他高校的先进管理思想和经验，从而在校企合作中摸索出适合自身发展需要的合作模式。
[1]高校校园网建设现状[EB/OL].教育科研网www.edu/2012-03-30.[2]以网养网促发展：高校校园网何时走向可运营[N].中国教育报,2003-08-1,8.[3]胡敏.校园网商业化何去何从[J].中国计算机用户,2003(7).
[4]张惠娟.校企合作：助力教育信息化驶入快车道[N].人民政协报,2012-08-1.[5]陈志勇，冼绍祥，李健明.高等中医药院校数字化校园建设的新模式[J].中医药管理杂志,2005(6).
[6]信息化是教育跨越式发展的引擎[EB/OL].中国教育和科研计算机网www.edu/sj.
[责任编辑：杨扬]
图3正刚度随偏心率变化曲线
图4正刚度随供油压力变化曲线
图5正刚度随主轴转速变化曲线
2.3交叉刚度分析
图6标示出来交叉刚度随轴颈转速变化的情况，其模拟之与实验值基本吻合。由此可见，方形油腔轴承具有最大交叉刚度，圆形油腔轴承较次之，最后是三角形油腔轴承。
拟态计算机图6交叉刚度随主轴转速变化曲线
通过以上对三种油腔结构类型的絮流液体动静压轴承特性进行的实验与模拟的研究，我们可以清楚的看出，基于FLUENT 软件对液体动静压轴承特性分析值与实验值是非常吻合的，其分析结果是完全可靠的。从整个分析结果看，方形油腔轴承具有最佳性能，其次是圆形油腔，最后是三角形油腔。
3结论
通过对上述三种结构形式油腔放入特性分析，可以发现，在相同
条件下方形油腔具有最大的承载能力，最大刚度，且整体特性也明显优于其它油腔。最后，与试验结果的对比，验证了利用CFD 软件对流体在液腔内的流动过程进行研究的可行性，为今后做工程设计提供一个方法参考。
[1]王福军.计算流体力学分析:CFD 软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社,2004.
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[责任编辑：丁艳]
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