반구형 동압모터의 가스막 특성에 대한 영향요인 분석
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5860(2023) 이 기사 인용
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반구형 동압 모터(HDPM)는 고속, 내마모성 및 안정성이라는 장점을 갖고 있으며 자이로스코프 효과를 생성하기 위해 관성 장비에 널리 사용됩니다. 모터의 고정자와 회전자 사이의 초박형 가스막은 동적 압력 윤활과 지지력을 제공하며, 이러한 동적 특성이 모터 성능을 결정합니다. 그러나 볼 중심 거리와 같은 일부 핵심 요소가 필름 특성에 미치는 영향 메커니즘은 명확하지 않아 HDPM의 성능 향상을 제한하는 병목 현상이 되었습니다. 따라서 본 논문에서는 다양한 기하학적 및 작동 매개변수 하에서 일련의 가스막 유사성 모델을 해결하고 볼 중심 거리, 로터 변위 및 정지 과정이 공기 역학적 특성에 미치는 영향 법칙을 얻었습니다. 매개변수는 초박형 가스막의 압력 분포, 저항 모멘트 및 마찰열에 중요한 영향을 미칩니다. 이 연구는 HDPM의 공기역학적 성능 최적화를 위한 이론적 기초를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 다른 공기역학적 기기 설계를 위한 참고 자료 역할도 합니다.
반구 역학은 HRG(반구형 공진기 자이로스코프)1,2 및 HDPM(반구 동압 모터)3,4와 같은 일부 응용 분야에서 중요한 역할을 하는 고급 과학 분야입니다. Xu et al. HRG에 많은 참여를 갖고 있는 그들은 반구형 공진기 자이로스코프의 완전 폐쇄 루프 시스템에 대한 모델링 방법과 불완전한 반구형 쉘 공진기의 새로운 동적 모델을 제안했습니다1,2. 고속, 내마모성 및 안정성의 장점을 갖춘 HDPM(그림 1)은 자이로스코프 효과를 생성하기 위해 고정밀 자이로스코프 장비에 널리 사용됩니다5,6. HDPM이 작동하면 고정자 권선이 여기를 생성하여 로터 볼 볼을 고속으로 회전시킵니다. 가스는 볼 보울이나 반구의 에칭된 나선형 홈을 통해 틈새로 펌핑되어 가스 필름을 형성하여 동적 압력 윤활을 실현합니다. 반구와 볼 볼 사이의 간격은 모터의 유체 역학적 윤활 성능에 직접적인 영향을 미치므로 일반적으로 합리적으로 선택하고 일치시키는 것이 필요합니다7,8,9. 주어진 크기의 반구와 볼 볼의 경우 조립 시 볼 중심 거리를 조정하여 필요한 여유 공간을 얻을 수 있습니다. Niuet al. 모터 시동 및 정지 중 접촉 특성의 관점에서 공간 선택에 대한 요구 사항을 제시합니다10. 그러나 다양한 볼 중심 거리에 따른 가스막 강성, 저항 토크 및 가스막 마찰열의 특성 및 변화 규칙에 대한 특별한 연구 보고서는 없습니다.
반구형 동압 모터의 개략도.
정상적인 작업 조건에서 볼 볼은 중력 효과로 인해 반구형 로터에서 약간의 변위를 가지며 왼쪽과 오른쪽 끝 또는 같은 끝의 위쪽과 아래쪽의 가스 필름 성능(그림 1)은 다음과 같습니다. 이는 모터 온도와 기기 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 모터가 시작하거나 정지할 때 가스 동압 특성으로 인해 반구와 볼 볼 사이의 간격이 회전 속도에 따라 변경됩니다. 다양한 속도에서 해당 모터 간극을 얻는 것은 동압 모터의 시동 및 정지 성능을 분석하는 데 매우 중요합니다.
지난 연구11에서는 초박막 가스막의 크로스 스케일 구조의 특성을 고려하여 유사성 이론과 CFD법을 결합하여 초박막 가스막의 물리적 상태를 유지하면서 막 두께를 크게 하는 방법을 제안하였다. 가스 필름. 이 이론을 바탕으로 가스막 유사성 모델을 구축하고 모터 구조와 작동 매개변수가 고정된 조건에서 가스막의 동적 특성을 간단하게 분석했습니다. HDPM의 설계 및 최적화에 대한 실질적인 참고 자료를 제공하기 위해 본 논문에서는 이전 작업을 기반으로 심층적인 연구를 수행했으며, 이를 통해 볼 중심 거리 및 정지 프로세스와 같은 일부 핵심 요소가 가스막 특성에 미치는 영향을 밝혔습니다. .