• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2018, Vol. 54 ›› Issue (6): 18-24.doi: 10.3901/JME.2018.06.018

• 特邀专栏:表面工程先进技术及其服役行为(下) • 上一篇    下一篇

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精密H型气体轴承的动态起动接触行为分析

张传伟1, 李东升1, 古乐1, 王黎钦2, 孙涛1   

  1. 1. 哈尔滨工业大学机电工程学院 哈尔滨 150001;
    2. 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室 哈尔滨 150080
  • 收稿日期:2017-07-31 修回日期:2017-11-06 出版日期:2018-03-20 发布日期:2018-03-20
  • 通讯作者: 古乐(通信作者),男,1975年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为摩擦学及航空航天轴承应用技术。E-mail:gule@hit.edu.cn
  • 作者简介:张传伟,男,1984年出生,博士,讲师。主要研究方向为轴承摩擦学及润滑理论。E-mail:zhchwei@hit.edu.cn;李东升,男,1994年出生。主要研究方向为轴承摩擦学及润滑理论。E-mail:lidongsheng34@outlook.com;王黎钦,男,1964年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为摩擦学及航空航天轴承应用技术。E-mail:lqwang@hit.edu.cn;孙涛,男,1964年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为精密加工与微纳制造。E-mail:taosun@hit.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金联合基金(U1537214)、国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金(51521003)和中国博士后科学基金(2016M591523)资助项目。

Dynamic Contact Behaviors of Precision H-type Air Bearings during Startup Process

ZHANG Chuanwei1, LI Dongsheng1, GU Le1, WANG Liqin2, SUN Tao1   

  1. 1. School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001;
    2. State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080
  • Received:2017-07-31 Revised:2017-11-06 Online:2018-03-20 Published:2018-03-20

摘要: 考虑气体稀薄效应和表面粗糙度,计算精密H型气体轴承的动态气浮力和接触力,分析气体轴承起动过程中转子的轴向运动行为和最小气膜厚度,讨论气浮面的螺旋槽数量和深度对气体轴承起动行为的影响。分析结果表明:随着转子转速增加,H型气体轴承的气浮力逐渐增大,转速约为200 r/min时气浮面与转子脱离接触;随着气浮面螺旋槽数量增加,气浮力增加、接触力降低,但槽数多于10时二者的变化量较小。考虑到微型螺旋槽的加工成本与效率,气浮面螺旋槽数量的优化值为10;随着螺旋槽深度增加,气浮力先增加后减小、接触力先降低后升高,深度为1.5 μm的螺旋槽产生最大气浮力和最小接触力,因此,精密H型轴承起动状态最优的螺旋槽深度为1.5μm。

关键词: 粗糙峰接触, 精密H型气体轴承, 起动过程, 气体稀薄效应

Abstract: The dynamic air bearing force and asperity contact force of precision H-type air bearings are calculated considering the effect of air rarefaction and surface roughness. The axial motion of the rotor and the minimum air film thickness is obtained. The effect of both the number and depth of spiral grooves on the startup behaviors of the air bearing is discussed. The results show that the air bearing force increases with an increase in the angular velocity of the rotor. When the angular velocity is about 200 r/min, the rotor fully separates with the air bearing surface. The increasing spiral groove number leads to an increase in the air bearing force and a decreased in the contact force. However, slight change in the air bearing force and contact force is generated when the groove number is over 10. Considering the cost and efficiency for manufacturing the spiral grooves, the optimal groove number of the air bearing is 10. With an increase in the groove depth, the air bearing force first increases and then decreases, while the asperity contact force first decreases and then increases. When the groove depth is 1.5 μm, a maximum air bearing force and a minimum asperity contact force are generated. Therefore, under the startup condition of the air bearing, the optimal groove depth is 1.5 μm.

Key words: air rarefaction, asperity contact, precision H-type air bearing, startup process

中图分类号: