环面节流静压气体球轴承的相似准则 - 摩擦学学报.pdf

第 26 卷 　第 3 期 摩 擦 学 学 报 Vo l 26, 　No 3 2006 年 5月 TR IBOLO GY M ay, 2006 环面节流静压气体球轴承的相似准则 1 2 3 郭良斌 , 王祖温 , 刘 　暾 ( 1. 武汉科技大学 城市建设学院 , 湖北 武汉 　430070; 2. 大连海事大学 机电与材料工程学院 , 辽宁 大连 　116026; 3. 哈尔滨工业大学 航天学院 , 黑龙江 哈尔滨 　15000 1) 摘要 : 从静压气体润滑基本控制方程组的无量纲化着手 ,在详细分析静压气体轴承的耦合边界条件及非定常雷诺气 体润滑方程特性的基础上 ,对 Con stan tine scu给出的动压气体轴承相似准则进行补充 ,得到环面节流静压气体球轴承 定常气体润滑膜及非定常气体润滑膜的相似准则. 数值实验的结果表明:数值计算结果与相似理论分析结论完全一 致 ;当其它参数不变时 ,不同球半径的 2个球轴承的气膜流场相似 ;球半径改变对轴承动静态性能的影响可以利用相 似理论进行分析. 关键词 : 静压气体球轴承 ; 相似准则 ; 环面节流 中图分类号 : TH 133. 36; TH 117. 2 文献标识码 : A 文章编号 : (2006) ( 　　气体润滑问题属于微尺度气体流动的一种类 的动压气体轴承 , 其相似准则为哈里森数 H arri ) [ 18 ] 型 ,根据流动特征长度及 Knud sen 数的不同 ,按照钱 son ’s number 相等. Gro ss等 采用量纲分析法也 学森 [ 1 ] 的划分 ,其流动可分为连续介质区、滑流区、 进行了类似分析. 由于静压气体轴承的边界条件不 过渡区和自由分子流区 4 个区域 ,其中过渡区和 自 同于动压轴承 ,对于静压气体轴承定常或非定常气 由分子流区的气体润滑属于纳米间隙中的流体润滑 体润滑膜的相似问题还需在前人结论的基础上进一 问题 , 它给微 /纳米制造技术带来 了摩擦学 的挑 步的补充. 战[ 2 ～4 ] . 连续介质区的气体润滑理论以可压缩雷诺 1　静压气体球轴承的基本方程 方程为基础 ,而滑流区的气体润滑理论以滑移修正 的雷诺方程为基础 [ 5～7 ] ;这 2 个领域的气体润滑研 环面节流静压气体球轴承结构如图 1所示. 究已经并将继续取得丰富的理论和应用成果 [ 8～15 ] . 作为实验力学基石的相似准则 ,对气体轴承的 实验或设计均具有重要的指导作用. 对于在微机电 系统中使用的气体轴承 ,可以考虑利用相似准则 ,通 过增大几何尺寸和减小压力的途径来解决实验观测 中遇到的困难 [ 16 ] . 对于常规尺寸的气体轴承 , 由于 ( ) 轴承尺寸越大 ,超精密加工 主要是研磨加工 的成 本越高 ,可以使用小尺寸的模型轴承代替原型轴承 进行实验 ,然后再将实验结果推广到全尺寸的原型 轴承上 ,从而降低实验研究的成本. 将相似准则用于 气体轴承的设计可以大幅度减少轴承几何参数的试 算次数 ,提高设计效率.