Performance characteristics of an aerostatic journal bearing with partially blocked orifices

Abstract

Aerostatic journal bearing applications mainly focus on high-speed precision machining, so predictable and smooth functioning of the system is crucial. Air is supplied to the bearing through a number of orifices and any unevenness in the size of these orifices will affect the performance of the system. The size difference could be due to manufacturing error and/or blockage of the orifice because of foreign materials in the air system. In this study, the performance of an aerostatic bearing with a partially blocked orifice is numerically investigated. Firstly, the airflow in the bearing clearance was modeled with Reynolds equation and this equation was numerically solved with the finite difference and differential transform hybrid method to obtain the pressure distribution. Then, the force and the stiffness are calculated from the pressure distribution for different blockage cases of the orifice and different blockage ratios. The results show that the partial blockage of the orifice significantly changes the performance of the system in a positive or a negative way according to the feeding hole position, and the blockage ratio also affects performance.

Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng tới cân bằng trục trong ổ khí tĩnh

“…Các nghiên cứu về hiệu suất ổ khí tĩnh cũng đã được nghiên cứu với những ảnh hưởng khác nhau đã được đưa ra để cải thiện độ cứng vững khi làm việc [8,9]. Một số tác giả cũng đã phân tích độ chính xác của ổ khí tĩnh xét đến độ tròn và hình trụ của trục và ảnh hưởng của độ sóng bề mặt đến hiệu suất của ổ trục lực đẩy khí tĩnh đối với lỗ cấp khí [10][11][12][13] độ gợn bề mặt cũng làm ảnh hưởng đến hiệu suất trục chính khi quay [14]. Abdurrahim Dal cũng đã nghiên cứu về động lực học của ổ trục không khí được điều áp bên ngoài với các giá trị khe hở cao.…”

Study on the influence of journal form and position errors on the lubrication performance of four‐recess capillary restrictor hybrid journal bearing

“…Cui et al 24 investigated the static performance of aerostatic journal bearings with orifice restrictor using a simplified FEM. Abdurrahim et al 25 investigated numerically the performance of an aerostatic bearing with a partially blocked orifice.…”

Integrated design and analysis of a high-precision aerostatic spindle for internal grinding machines and its implementation perspectives

“…In ultra-precision spindle systems, the spindle characteristics at various scales correspond to the machining errors at various scales of sub-micron shape error and nanoscale surface roughness. Research has focused on the influence of the air film geometry 1,2 and dimensional parameters 3,4 at the microscopic level as well as the air supply pressure 5 on essential bearing performance parameters: load capacity, stiffness and mass flow rate. 6,7 Chen et al 8 examined the major requirements in the design of the number and arrangement of the aerostatic bearings orifice for spindles operating at either low or high speeds.…”