郭良斌,彭宝林,王 卓,宣立明

(武汉科技大学机械自动化学院,湖北武汉,430081)

静压气体球轴承是空间飞行器多自由度仿真气浮台的关键部件之一[1-2],其工作原理是依靠压缩空气在球与球窝之间形成气膜,使仿真平台浮起,从而满足近似无摩擦的相对运动条件[3-4]。多自由度仿真气浮台可以用来研究飞行器的编队飞行、轨道机动和空间交会等技术问题[5]。近年来,仿真气浮台多采用环面节流多孔闭式气体球轴承[6],该类轴承具有整体球窝面,球窝中心没有与环境大气相通的排气孔。环面节流多孔闭式气体球轴承具有能够在大范围供气压力下稳定工作的优点[7],是随着国际微小卫星研究兴起而出现的一种静压气体球轴承新结构形式。

针对小孔节流多孔开式气体球轴承的非线性静态有限元气体润滑方程组提出的“比例分割算法”[8],同样适用于闭式静压气体球轴承的静态有限元方程组的求解,且可以获得满意的静特性计算解[9]。环面节流多孔闭式球轴承的几何参数包括球窝外包角、供气孔包角、供气孔数、供气孔直径以及轴承半径共5个参数。几何参数对轴承的性能有着极大的影响,设计合理的几何参数能使轴承具有良好的工作性能。为此,本文按照优先考虑静刚度指标以及兼顾流量、承载力指标的设计原则,采用保角变换有限元法研究环面节流多孔闭式气体球轴承几何参数设计的基本过程,并详细讨论了球窝外包角、供气孔包角、供气孔数和供气孔直径对轴承静特性的影响。……