simulationofdynamiceffectsonhydrostaticbearings(修改)..doc

具有多孔节流的气体静压止推轴承数值计算和试验分析 T. S. Luonga, W. Potzea, J. B. Posta, R. A. J. van Ostayenb, *, A. van Beekb a Philips CFT, P.O. Box 218, 5600 MD Eindhoven, The Netherlands b Engineering Mechanics-Tribology , Faculty of Design, Engineering and production, Delft University of Technology, Mekelweg 2,2686 CD Delft, The Netherlands 摘要：有限元法是用完整的多孔表面来预测空气静力性能的止推轴承.结果得到了一维流模型和三维模型，来自于D Arcy定律对比了矩形多孔轴承有无限的宽度。结果是原来的一维有足够的交通流模型,为实际的设计参数。为圆形的空气静力多孔推力轴承和一些数学模型计算结果为来源流动和滑流与试验结果的比较。一个相对地简单的模型合并不平整和变形的支承面,很大程度上等同于实验关系的确定。 关键词：有限元方法; 源流模型; 空气静压多孔止推轴承 1. 引言 许多高科技产品，就像在制造晶片中的生产机理,极端的准确定位(纳米精度)是必需的。一款用小摩擦来做的优雅和清洁定位方法是用使气体静压轴承使其表面完全分离。在这些轴承孔节气门减慢的过程中，通常是用来改善轴承刚度。另一种是用许多多孔材料的使用作为节流的设计。明显和主要优势是简单的设计和生产。最近发现的多孔轴承见文献[1]。最简单的模型来描述来自于只有一个方向且垂直于轴承表面DArcy定律源流。该模型的精致了包括惯性流体流动的影响和Forchheimer定律的使用，见文献[2，3]。当流过多孔材料是平行于轴承表面时必须考虑D Arcy定律是用于三个方向的，见文献[4-6]。 流速剖面的描述在薄膜间隙在见文献[7-9]精制的质量，,在轴承接口流量计算用滑移流条件下。多孔径向滑移流轴承计算结果见文献[10,11]。 在这篇文章中,数值结果从一维流模型和三维源，对比了无限多的矩形多孔轴承模型的计算结果与试验结果的比较对具体循环多孔止推轴承。为说明所不平整和变形的影响的支承面特点的静种碟状轴承。一个简单的近似的非均匀轴承差距列举出来。 2. 数学模型 多孔止推轴承的结构图如图1所示。多孔材料产生了一层厚度为h的薄油膜 (尺寸为2L×2B×H)。油膜厚度一般取决于(x,y)的位置。 油膜的压力分布可以根据雷诺方程进行求解，它是由冲击力和质量平衡所推导出来的。如果计入滑流(见文献[7-9]),雷诺方程可以写成 (1) 式中：表示了二维的差异,在矩阵号和号，表1列出了滑动的术语,四种不同的压力分布取决于多孔材料。在表1中，无量纲渗透率和被定义为: ，,无量纲滑移系数与多孔轴承的微组织有关，由实验确定。 多孔材料中的压力p*和三维源流可以通过求解拉普拉斯方程获得，它是由在x, y, z方向上的D Arcy定律和质量平衡所产生的。 （2） 术语 A 轴承表面积（m2） B 多孔材料半宽（m） Dx 非线性的渗透性参数(s/Pa） h 油膜厚度（m） H 多孔基质的厚度（m） K 渗透张量: K=diag(kx,ky,kz)(m2) L 多孔材料的半长（m） m,m1D 单位宽度上的最大流量（kg/sm） M 最大流量（kg/s） p 薄膜间隙中的压强（Pa） p* 多孔材料中的压强（Pa） pa, pr, ps 环境，参照， 源压力 Q 正常的空气流量（m3/s） R 具体的空气常数（J/kg K） s,s1D 轴承单位宽度上的刚度（N/m） S 轴承刚度（N/m） S0, S1 滑因数阵(-) T, Ta, Tr, 温度，环境，参考温度（K） U Us, Uy 轴承速度矢量和它的x, y方向（m/s） w , w1D 轴承单位宽度上的承载力(N/m) W 轴承承载力(N) x, y, z 笛卡尔坐标(m) α 滑动系数(-) β 流体惯性参数(m-1) η 空气动力黏度(Pa.s) κ,κx,κy, κz 粘性渗透系数：各向同性或者x, y, y方向（m2） ∧ 无量纲的轴承数量:∧=12kL2/h3H(-) σ, σx, σy 无量纲的渗透系数：各向同性或者x, y方向(-) 如果忽略多孔材料切向流