CN103244560A - 缩放结构型线动静压气浮轴承 - Google Patents

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Abstract

缩放结构型线动静压气浮轴承。传统的气浮轴承采用简单的矩形内槽道，槽道的型线不能发挥动压的最佳效应，从而会导致低转速下承载不足而高转速下气动不稳定的问题。本发明的组成包括：轴承体（ 2 ），所述的轴承体内表面具有动压结构，所述的动压结构为缩放形线增压流道槽（ 3 ），所述的轴承体上具有静压结构，所述的静压结构包括供气孔（ 4 ），所述的供气孔与节流口喷嘴（ 5 ）相通，所述的轴承体上安装有弹性圈（ 6 ）。本发明用于支承高速旋转机械。

Description

缩放结构型线动静压气浮轴承
技术领域：
本发明涉及一种缩放结构型线动静压气浮轴承。
背景技术：
气体润滑轴承技术是20世纪中期迅速发展起来的一项高新技术，它利用气体的粘性，提高间隙中气体的压力，从而将物体支承起来。气浮轴承具有“轻巧、干净、运转平滑、环境适应性强、温度适应范围广”等优点，因此广泛应用于国防、能源、机床及医疗等行业，尤其是在高速回转机械和超精密仪器技术领域更有明显的优越性。
气浮轴承按压力产生的原理，可以分为静压型和动压型。静压型轴承是从外部输入加压气体，经节流器进入轴承，产生承载润滑效果。优点为依靠外界压力气体来承压，摩擦系数小；缺点为需要一套供气系统，增加了设备的复杂性以及费用。气体动压轴承是粘性气体在两相对运动表面间的收敛楔形中产生压力场，形成气膜力支承转子高速旋转。优点为在产生良好的动压效果情况下，具有较高的刚度和承载力；缺点为起停期间，摩擦较为严重。动静压气浮轴承综合静压轴承和动压轴承的优点，既能满足低速下静态支承需要，又能适应高速下保持稳定工作的能力。
 [0004] 以往动静压混合气浮轴承的主要存在的问题为：静压系统的供气喷嘴位于动压系统增压流道槽内，当静压系统供气不均匀或者转子存在振动时，供气喷嘴进来的空气形成的流场容易产生扰动，轴承两端支承刚度不再相等，导致高速旋转机械振动或严重时失稳停机；采用传统简单的矩形内槽道，槽道的型线不能发挥动压的最佳效应，从而会导致低转速下承载不足而高转速下气动不稳定的问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种缩放结构型线动静压气浮轴承。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种缩放结构型线动静压气浮轴承，其组成包括：轴承体，所述的轴承体内表面具有动压结构，所述的动压结构为缩放形线增压流道槽，所述的轴承体上具有静压结构，所述的静压结构包括供气孔，所述的供气孔与节流口喷嘴相通，所述的轴承体上安装有弹性圈。
所述的缩放结构型线动静压气浮轴承，所述的缩放形线增压流道槽为拉法尔喷管型线增压流道槽或鱼头型线增压流道槽。
所述的缩放结构型线动静压气浮轴承：
（1）所述的轴承体：根据轴承应用温度T < 500℃、工作介质为环境压力下的空气，选择具有耐磨、耐高温寄自润滑性能的碳石墨合金作为气浮轴承体材料；
（2）所述的静压结构：采用小孔节流，双排开孔，孔的位置尽量远离轴承的轴向对称中心，节流口喷嘴方向于轴承体内表面呈径向相切；
（3）所述的动压结构：根据气浮轴承所承担的静载荷为3~5公斤、转子工作转速为100000rpm~150000rpm，内表面开设缩放结构型增压流道槽的结构设计。
有益效果：
1. 本发明将静压孔设在槽台中，减小了高速时动压效应对静压气体的干扰，使轴承始终具有静压和动压双重承载力和阻尼；动压结构是在轴承内表面开设缩放形线（拉法尔喷管型线和鱼头型线）增压流道槽结构设计；动静压复合设计、轴承体采用耐磨、耐高温及自润滑性能的材料，并用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等减振技术结构设计。
本发明动静压气浮轴承所采用的缩放结构型线可以完成变阻尼，增速增动压、减速变静压的功能，极大地提高了轴承承受外加载荷的能力，增加阻尼性能，增强了动静部件短时间接触耐磨性能，而且还降低了对工作介质含杂质、温度等指标的要求。因此，这种动静压气浮轴承具有承载能力高，高速下运行稳定、可靠性高的优点，进一步拓宽了气浮轴承产品工程应用的范围。
本发明由静压结构和动压结构构成。静压系统采用小孔节流，内表面节流口有两排，分别位于槽台上，节流口喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交。动压系统主要通过缩放结构型线实现，缩放结构型线主要形式包括拉法尔喷管型线和鱼头型线。
本发明的静压轴承节流口的位置布置在槽台上，减小了高速时动压效应对静压气体的干扰，使轴承始终具有静压和动压双重承载力和阻尼。
所采用的缩放结构型线对传统的矩形结构型线进行了改进，可以完成变阻尼，增速增动压、减速变静压的功能，极大地提高了轴承承受外加载荷的能力，增加阻尼性能目的在于实现转子的高速旋转，即：通过合理的轴承的内表面型线设计，从结构上改变轴承压力分布，气体进入槽中，沿径向因气膜厚度不同形成气膜压力；沿轴向因为槽的缩放结构形成不同的压力分布，减小涡动力的分量，推迟或抑制半速涡动，能够有效的提高气浮轴承承载的稳定性与可靠性，进一步拓宽了气浮轴承应用的范围。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是附图1的A-A剖视图。
附图3是缩放形线增压流道槽为鱼头型线的轴承体的展开示意图。
附图4是缩放形线增压流道槽为拉法尔喷管型线的轴承体的展开示意图。
具体实施方式：
实施例1：
一种缩放结构型线动静压气浮轴承，其组成包括：轴承体2，所述的轴承体内表面具有动压结构，所述的动压结构为缩放形线增压流道槽3，所述的轴承体上具有静压结构，所述的静压结构包括供气孔4，所述的供气孔与节流口喷嘴5相通，所述的轴承体上安装有弹性圈6，如附图1所示，转子轴径1安装在所述的轴承体内。
实施例2：
根据实施例1所述的缩放结构型线动静压气浮轴承，所述的缩放形线增压流道槽为拉法尔喷管型线增压流道槽或鱼头型线增压流道槽。槽型线通过不同的角度，调节气膜沿径向和轴向的压力分布：当槽型线与轴向夹角较大时，径向气膜力较大；夹角较小时，轴向气膜力较大。
根据形成气膜力的特点，分别应用于长轴承和短轴承中；内表面静压小孔节流口有两排，分别位于缩放结构型线槽台上，节流口喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交。
内表面静压小孔节流口有两排，分别位于缩放结构型线槽台上，节流口喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交。
实施例3：
实施例1或2所述的缩放结构型线动静压气浮轴承：
（1）气浮轴承体材料的选择，即根据气浮轴承应用的温度、压力及工质等条件，合理选择耐磨、耐高温及自润滑的性能材料作为气浮轴承体材料；
（2）气浮轴承的流体动压结构设计，即根据气浮轴承应用的温度、压力及工质等条件，以及轴颈旋转、涡动转速与承担载荷性质，合理确定缩放结构型线形状；静压结构设计采取小孔节流；
（3）气浮轴承的本体结构设计，即根据气浮轴承所承担的载荷性质、稳定性的要求及工质等条件，采用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等措施，完成流体动力承载密封环结构、强度及运动稳定性的设计；
（4）气浮轴承的加工与制造，即根据气浮轴承结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的设备进行制造、加工及装配。
实施例4：
根据实施例3所述的缩放结构型线动静压气浮轴承，具体包括如下步骤：
（1）轴承体的选择：根据轴承应用温度T < 500℃、工作介质为环境压力下的空气，选择具有耐磨、耐高温寄自润滑性能的碳石墨合金作为气浮轴承体材料；
（2）气体静压的结构设计：采用小孔节流，双排开孔，孔的位置尽量远离轴承的轴向对称中心，节流口喷嘴方向于轴承体内表面呈径向相切；
（3）气体静压的结构、气动轴承的动压结构设计：根据气浮轴承所承担的静载荷为3~5公斤、转子工作转速为100000rpm~150000rpm，内表面开设缩放结构型增压流道槽的结构设计；
（4）气动轴承体的结构设计：根据流体动力密封环所承担的载荷性质、稳定性的要求，采用弹性橡胶圈为减振技术措施，完成流体动力承载密封环结构、强度及运动稳定性的设计；
（5）气动轴承的加工与制造：根据流体动力密封环的结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的数控设备或专用设备进行制造、加工及装配。

Claims (3)

1.一种缩放结构型线动静压气浮轴承，其组成包括：轴承体，其特征是:所述的轴承体内表面具有动压结构，所述的动压结构为缩放形线增压流道槽，所述的轴承体上具有静压结构，所述的静压结构包括供气孔，所述的供气孔与节流口喷嘴相通，所述的轴承体上安装有弹性圈。
2.根据权利要求1所述的缩放结构型线动静压气浮轴承，其特征是：所述的缩放形线增压流道槽为拉法尔喷管型线增压流道槽或鱼头型线增压流道槽。
3.根据权利要求1或2所述的缩放结构型线动静压气浮轴承，其特征是： 
（1）所述的轴承体：根据轴承应用温度T < 500℃、工作介质为环境压力下的空气，选择具有耐磨、耐高温寄自润滑性能的碳石墨合金作为气浮轴承体材料；
（2）所述的静压结构：采用小孔节流，双排开孔，孔的位置尽量远
离轴承的轴向对称中心，节流口喷嘴方向于轴承体内表面呈径向相切；
（3）所述的动压结构：根据气浮轴承所承担的静载荷为3~5公斤、转子工作转速为100000rpm~150000rpm，内表面开设缩放结构型增压流道槽的结构设计。
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