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采用螺旋槽推力軸承的電動機(jī)作為一種粘性的運(yùn)作真空泵降低激光掃描儀功率損耗的一種理論 摘要 我們提出了一種采用螺旋槽推力軸承的電動機(jī)作為一種粘性的運(yùn)作真空泵降低激光掃描儀風(fēng)阻的功率損耗。使用螺旋槽推力軸承掃描儀在空氣中抽吸理論的提出，減少了內(nèi)壓力的空間。抽水的表現(xiàn)和螺旋槽推力軸承的靜態(tài)特性是經(jīng)過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)調(diào)查過的。這兩個(gè)數(shù)值的計(jì)算理論被用于研究螺旋槽推力軸承的抽水特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：一個(gè)具有15螺旋溝槽的軸承在2000轉(zhuǎn)和2.5微米的軸承間隙使使空間的壓力減少到了0.01MPa以下，這已經(jīng)足夠作為支持旋轉(zhuǎn)軸的承載能力。 1、簡介 激光掃描馬達(dá)轉(zhuǎn)速近年來顯著增長，但是由于旋轉(zhuǎn)速度的增加，激光多能鏡掃描儀引起的功率損耗也急劇增加。這個(gè)速度增加也導(dǎo)致其他問題，比如溫度的顯著上升和電機(jī)功率消耗的顯著增加。因此在掃描器電機(jī)的外殼內(nèi)充滿氦氣是減少風(fēng)阻功率消耗的有效措施。但是這種方法也有不好的地方，要長時(shí)間限制空間溫度上升是非常困難的。 吉本和高橋（1999）提出了一個(gè)新的方法來降低多棱鏡的風(fēng)阻功率損耗。他們的方法是使用一個(gè)人字形氣體軸頸軸承作為一個(gè)真空泵來進(jìn)行抽吸如圖1.當(dāng)電動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，由于真空泵的粘性效果，空間中的氣體被抽吸了出來。據(jù)報(bào)道：在這個(gè)多棱鏡激光掃描儀風(fēng)阻電機(jī)功率損耗是常規(guī)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到30000轉(zhuǎn)時(shí)的功率消耗的一半如圖2。 順便說一下，小型化的影印機(jī)和激光打印機(jī)要有一個(gè)更高的輸出速度這種方式也是需要的。因此這些設(shè)備小型化是目前需要解決的重要問題。激光掃描馬達(dá)所示圖一：被用作一人字形溝槽真空泵。因此，這一掃描儀的小型化是通過縮短泵的長度來防止泵的性能惡化。因此，我們建議用一個(gè)螺旋槽推力軸承的真空泵更容易實(shí)現(xiàn)與真空泵電機(jī)的小型化激光掃描儀..，支持掃描儀鏡和轉(zhuǎn)子重量的建議也被提了出來。 要確立我們提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)軸承，螺旋槽推力軸承的抽水特點(diǎn)也不得不在論上進(jìn)行確定。一些研究人員對壓縮機(jī)螺旋槽軸承的抽水特點(diǎn)進(jìn)行了研究，詹姆 斯和波特（1967）對螺旋槽推力軸承用作壓縮機(jī)的性能的數(shù)值進(jìn)行了分析。佐藤等人（1990年）和佐藤和騎士（1992）報(bào)告了人字形和螺旋槽粘性泵的性能，并討論了壓縮機(jī)的最佳槽的幾何形狀，田中村木（1991）開發(fā)了一種激光掃描馬達(dá)，該掃描儀的主軸是由一個(gè)螺旋槽徑向軸承產(chǎn)生的壓縮空氣來支持的。吉本等（2000年）的理論和實(shí)驗(yàn)研究了氣體在粘性真空滑動軸承中被抽吸的現(xiàn)象。他們指出大于0.01的軸承間隙Knudsen數(shù)影響了粘性真空泵的抽水特點(diǎn)。 如上所述，我們提出螺旋槽氣動推力作為一種粘性真空泵，將使我們能夠降低在激光掃描儀多棱鏡風(fēng)阻電機(jī)功率損耗。此外，我們對抽水和承載特性進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，勇兩種數(shù)值計(jì)算方法對滑流進(jìn)行研究，第一種方法采用的是惠普爾（1958年），Vohr及周（1965年）和Malanoski潘（1965）的窄槽理論報(bào)告。第二種方法是川端（1986年）使用邊界擬合坐標(biāo)系統(tǒng)分歧配方（DF）的方法。因此，這項(xiàng)工作的目標(biāo)是要證實(shí)在理論和實(shí)驗(yàn)研究后激光掃描馬達(dá)軸承有用之處。 2、使用螺旋槽氣動推力軸承掃描馬達(dá)作為一種粘性的真空泵 圖3顯示了激光掃描儀采用螺旋槽氣動推力軸承運(yùn)轉(zhuǎn)馬達(dá)作為一種粘性真空泵的結(jié)構(gòu)，軸的位置是固定的，轉(zhuǎn)子和鏡是旋轉(zhuǎn)的。兩個(gè)相同的螺旋槽氣動推力軸承位于轉(zhuǎn)子的上部和下部，在推力軸承的內(nèi)圈，鉆有幾個(gè)小孔以致泵中的空氣可以通過這個(gè)漏洞來進(jìn)行抽吸。這個(gè)空間可以保持在真空中密封緊密。圖4顯示了螺旋槽推力軸承的幾何構(gòu)型，以及本文所用的符號，許多螺旋槽帶有傾斜角，b形成甚至間隔于軸承圓周方向的表面上。此外，半徑最短長度，lw（其中l(wèi)w= R1- R2）的建立，使這兩個(gè)軸承泵支持轉(zhuǎn)子和鏡子的重量。 3、數(shù)值計(jì)算方法 兩種計(jì)算方法被建議用來獲取推力軸承抽水的特性數(shù)值，第一種方法用的是窄槽理論和第二種方法是用邊界擬合坐標(biāo)系的測向方法。此外，Burgdorfer建議（1959年一階滑移流）在計(jì)算軸承間隙中。 3.1窄槽理論 在由Malanoski和潘（1965）提出的窄槽理論中，假設(shè)螺旋槽數(shù)是無限的，而寬度是微不足道的。由于在圓周方向沒有壓力梯度，在螺旋槽的質(zhì)量流率在R-方向區(qū)域是