Design and performance analysis of orifice-compensated aerostatic bearings

QIU Dezhong; LEI Weining; XUE Yaping

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.006

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Design and performance analysis of orifice-compensated aerostatic bearings

·Design·Calculation· | 更新时间：2025-11-26

- Design and performance analysis of orifice-compensated aerostatic bearings
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 11, Pages: 42-50(2025)
- 作者机构：
  
  江苏理工学院，常州 213001
- 作者简介：
  
  XUE Yaping, E-mail:xyp@jsut.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51975264)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.006
  CLC： TH133.36
- Received：16 January 2024，
  
  Revised：2024-03-05，
  
  Published：15 November 2025
- 稿件说明：
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仇德中，雷卫宁，薛亚平. 小孔节流空气静压轴承设计与性能分析［J］. 机械强度，2025，47（11）：42-50.

QIU Dezhong，LEI Weining，XUE Yaping. Design and performance analysis of orifice-compensated aerostatic bearings［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：42-50.
仇德中，雷卫宁，薛亚平. 小孔节流空气静压轴承设计与性能分析［J］. 机械强度，2025，47（11）：42-50. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.006.

QIU Dezhong，LEI Weining，XUE Yaping. Design and performance analysis of orifice-compensated aerostatic bearings［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：42-50. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.006.

摘要

针对单节流孔空气静压轴承的性能，深入研究了其设计参数对承载力和刚度的影响，旨在优化空气静压轴承的结构设计和性能表现。采用有限元方法对单节流孔空气静压轴承进行参数化建模，分析了气腔设计、节流孔直径、供气压力、气膜厚度、节流孔深度、气腔厚度、气腔直径等因素对轴承性能的影响。将仿真模拟与试验平台测试结合，验证了各设计参数对轴承性能的影响规律。研究表明，节流孔直径、气膜厚度、供气压力和气腔直径等参数对轴承的承载力具有显著影响，而节流孔深度和气腔厚度对承载力的影响较小。节流孔直径、供气压力、气腔直径和气腔厚度与承载力成正相关，而气膜厚度、节流孔深度等参数与承载力成负相关。此外，具有气腔结构的空气静压轴承在承载力和刚度方面远超无气腔结构的轴承。仿真结果与试验数据的一致性良好，验证了所建仿真模型的可靠性与准确性。

Abstract

Focusing on the performance of single-orifice aerostatic bearings

the effect of design parameters on load capacity and stiffness was investigated

aiming to optimize the structural design and performance of aerostatic bearings. A parametric model of the single-orifice aerostatic bearing was developed using the finite element method. The influence of factors such as air cavity design

orifice diameter

supply air pressure

air film thickness

orifice depth

air cavity thickness

and air cavity diameter on bearing performance was analyzed. Simulation and test were combined to validate the influence of design parameters on bearing performance. The results indicate that orifice diameter

air film thickness

supply air pressure

and air cavity diameter significantly affect the bearing's load capacity

while orifice depth and air cavity thickness have a smaller impact. Parameters such as orifice diameter

supply air pressure

air cavity diameter

and air cavity thickness positively correlate with load capacity

whereas air film thickness and orifice depth negatively correlate. Additionally

aerostatic bearing with air cavity structures exhibits superior load capacity and stiffness compared to that without air cavities. The consistency between simulation results and test data confirms the reliability and accuracy of the proposed simulation model.

关键词

Keywords

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