流固热耦合效应对气体静压径向轴承的影响

高浩，龙威，辛晓承，王萍，刘云龙

(昆明理工大学 机电工程学院，昆明 650500)

0 引言

高速气浮电主轴是精密/超精密加工设备的核心部件，其中气体轴承的承载能力、 刚度特性和工作稳定性直接决定着设备的加工精度和加工质量[1-3]。近年来，高转速和高回转精度的电动机技术和变频器技术基本成熟，但高转速和结构集成带来的轴承升温和电动机定/转子发热问题也日益显著，导致轴承气膜内部沿轴向和周向的气体流动变得不均匀，呈现特定规律的压力脉动和周向力矩，影响气膜的均匀性和流场特性，宏观上对轴承的承载能力和可靠性产生影响[4-5]。

国内外学者进行了大量关于温度变化和耦合方式对电主轴承载和刚度特性的研究：文献[6]提出一种基于流固耦合的气体静压主轴设计方法，考虑了高压流体膜作用下结构变形引起的轴承间隙变化，得到了轴承的静态性能；文献[7]针对各种工作速度和偏心条件下的压力分布、承载能力、刚度、姿态角和体积流量，进一步研究了超高速气体静压轴承中空气动静压效应的耦合；文献[8]研究了介质温度对气浮轴承气膜局部变形及其微振动特性的影响，分析了气体种类和温度对气膜中气旋的移动速度和发展规律的影响；文献[9]研究了纯静压和混合静压条件下气体轴承的稳态特性，比较了2种状态下轴颈错位对稳态特性的影响；文献[10]建立了悬臂型箔片气体动压轴承热流耦合性能计算模型，并分析了箔片数、宽径比和偏心率对其承载特性的影响；……