CN103343775A - 一种动压和静压集成的气体轴承 - Google Patents

一种动压和静压集成的气体轴承 Download PDF

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董玛莉
李松生
邵娟
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Abstract

本发明公开了一种动压和静压集成的气体轴承。它包括轴承体、轴承衬、人字型径向槽、出气孔、径向静压进气节流孔、轴向静压进气节流孔、阶梯型止推槽、排气槽；气体轴承的静压部分由外部气源供气，将转轴浮起；气体轴承的动压部分和转轴上的径向人字槽配合，产生动压效应进一步支承转轴；气体轴承端部的阶梯型止推槽与止推盘形成动压效应和外部气源产生的静压效应共同作用产生止推作用。本发明将静压动压轴承和径向止推轴承集合在一个轴承上，静压动压分别作用，径向止推同时实现，既减小外部供气，降低成本，同时避免了动压轴承启停过程中的摩擦磨损，提高轴承的稳定性和承载力。

Description

一种动压和静压集成的气体轴承
技术领域
本发明涉及一种气体轴承，特别是一种动压和静压集成的气体轴承，其应用于电主轴单元中。
背景技术
目前，高速精密旋转机械在机电工程领域得到了广泛的应用，其中尤以支撑技术最为关键，目前多采用滚动支撑、滑动支撑、磁悬浮支撑等。滚动轴承摩擦磨损大、相比其他轴承精度较低、寿命短，以逐渐不再适用于高速工况；磁悬浮轴承相关技术尚不成熟、造假昂贵、控制结构复杂、易造成电磁污染，因此无法得到大规模应用；液体滑动轴承承载力和刚度都很高，但由于液体阻尼大，造成其发热量也大，所以速度受到很大限制；气体轴承是以气体作为润滑剂的无接触支承方式，气体粘度小、无污染及匀化效应等特点，决定了气体轴承具备更高的转速、更好的精度以及接近无限的寿命，且其润滑材料容易取得，无污染等优点使得气体轴承成为高速高精度加工领域最理想的轴承支承方式。
    目前，气体轴承的应用较多的是静压气体轴承和动静压气体轴承，但静压气体轴承需要外部气源持续供气，使用成本非常高，而且静压气体轴承的刚度和承载力比较低；动静压气体轴承虽然提高了轴承的稳定性和承载性，但其结构复杂，加工难度大。因此需要开发一种新型气体轴承，通过将动静压效应集成在一个轴承上，其中通过先对气体轴承的静压部分进行一段时间的供气，使其能将转轴浮起，当停止供气时，气体轴承的动压部分和加工在高速旋转的转轴上的人字型槽配合产生的动压效应，继续支承转轴，这样既减少了气体轴承的供气时间，降低成本，又充分利用了动压部分的动压效应来支承负载并避免了动压气体轴承启停过程中的摩擦磨损，提高承载力和稳定性。
发明内容
   本发明的目的在于提供一种动压和静压集成的气体轴承，将气体动静压效应集成一个轴承内，并在简化电主轴支承轴承的结构，提高电主轴工作转速，同时利用气体动、静压轴承各自的特点，克服传统气体轴承电主轴结构复杂且需要外部起源持续供气的缺点，降低成本，简化结构，因此需要开发一种因此需要开发一种电主轴，通过动、静压气体轴承组进行支承，其中通过先对静压气体轴承进行一段时间的供气，使其能将转子浮起，再通过提高转速，利用动压气体轴承的动压效应，来支承负载，在不改变轴承结构的基础上，既减少了静压气体轴承的供气时间，降低成本，又充分利用了动压气体轴承的动压效应来支承负载并避免了动压气体轴承启停过程中的摩擦磨损，提高承载力和稳定性，保持电主轴正常工作。
为了达到上述目的，本发明的构思是：
本发明的动压和静压集成的气体轴承，包括轴承体、轴承衬、人字型径向槽、径向静压进气节流孔、出气孔、轴向静压进气节流孔、阶梯型止推槽、排气槽。其特征在于：所述气体轴承的静压部分由外部气源供气，将转轴浮起；气体轴承的动压部分和转轴上的径向人字槽配合，产生动压效应进一步支承转轴；气体轴承端部的阶梯型止推槽与止推盘形成动压效应和外部气源产生的静压效应共同作用产生止推作用。
所述的动压和静压集成的气体轴承，其特征在于：所述的气体轴承的静压部分加工出两排径向静压进气节流孔，通过外加气源对其先供一段时间的气体，和出气孔、排气槽共同作用形成稳定的循环气膜，将转轴浮起。
所述的动压和静压集成的气体轴承，其特征在于：所述气体轴承的动压部分和加工有人字型径向槽的转轴配合，在停止供气时，由于转轴高速旋转产生的偏心和人字槽的泵唧效应共同继续支承转轴。
所述的动压和静压集成的气体轴承，其特征在于：所述气体轴承的端部加工了轴向静压进气节流孔和阶梯型止推槽，分别起到静压止推和动压止推的作用来支承轴向载荷。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种动压和静压集成的气体轴承，包括轴承体、轴承衬和转轴，其特征在于：所述转轴的一端带有一个止推盘，所述转轴与轴承衬滑配，分成两段：靠近止推盘的一段为静压部分，另一段为动压部分；所述静压部分：轴承体上有两排径向静压进气节流孔经轴承衬接通到轴承衬与转轴滑配间隙，转轴上有排气槽连通轴承衬与转轴滑配间隙和一个处在轴承衬中的轴向出气孔，由外部气源径向静压进气节流孔供气，使转轴浮起；所述动压部分：转轴上有径向人字槽，在转轴转动时产生动压效应支承转轴。
所述轴承体靠近止推盘的一端有轴向静压进气节流孔接通轴承衬端面的阶梯型止推槽，该阶梯型止推槽也接通转轴与轴承衬滑配间隙，分别起到静压止推和动压止推作用。
本发明与现有技术相比较，具有以下突出实质性的特点和显著进步：        
(1)   将动静压效应集合在一个轴承上，先给静压部分加工出径向静压进气节流小孔，供一段时间的气体，将转轴浮起，然后通过动压部分和转轴配合，在停止供气时继续支承转轴，这样能减小供气，降低成本；气体轴承端部的轴向静压进气节流气孔和阶梯型止推槽能支承轴向载荷，使轴承起到径向、轴向综合支承的作用。
(2)   将与气体轴承的动压部分配合的转轴上加工出人字型槽，其“人”字的顶端处，形成一个压力气环，它可以同时起到支承和动密封的作用并且比普通圆轴承具有较高的稳定性。
附图说明
图1是本发明动压和静压集成气体轴承的一个具体实施例结构示意图。
图2是本发明动压和静压集成气体轴承的支承方式示意图。
图3是图1的静压部分结构图
图4是图1的动压部分结构图
图5是图1的端部结构图。
具体实施方式
实施例一：
参见图1~图5，本动压和静压集成的气体轴承，包括轴承体1、轴承衬2和转轴9，其特征在于：所述转轴9的一端带有一个止推盘10，所述转轴9与轴承衬2滑配，分成两段：靠近止推盘10的一段为静压部分，另一段为动压部分。
所述静压部分：轴承体1上有两排径向静压进气节流孔5经轴承衬2接通到轴承衬2与转轴9滑配间隙，转轴9上有排气槽8连通轴承衬2与转轴9滑配间隙和一个处在轴承衬2中的轴向出气孔4，由外部气源径向静压进气节流孔5供气，使转轴浮起。
所述动压部分：转轴9上有径向人字槽3，在转轴9转动时产生动压效应支承转轴。
实施例二：
本实施实例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述轴承体1靠近止推盘10的一端有轴向静压进气节流孔6接通轴承衬2端面的阶梯型止推槽7，该阶梯型止推槽也接通转轴9与轴承衬2滑配间隙，分别起到静压止推和动压止推作用。
实施例三：
参见图1和图2，本动压和静压集成的气体轴承，包括轴承体1、轴承衬2、人字型径向槽3、出气孔4、径向静压进气节流孔5、轴向静压进气节流孔6、阶梯型止推槽7、排气槽8。其特征在于：所述气体轴承的静压部分由外部气源供气，将转轴浮起；气体轴承的动压部分和转轴上的径向人字槽3配合，产生动压效应进一步支承转轴；气体轴承端部的阶梯型止推槽7与止推盘形成动压效应和外部气源产生的静压效应共同作用产生止推作用。
所述的气体轴承的静压部分加工出两排径向静压进气节流小孔5，通过外加气源对其先供一段时间的气体，和出气孔4、排气槽8共同作用，形成稳定的循环气膜，将转轴浮起。
所述气体轴承的动压部分和加工有人字型径向槽3的转轴配合，在停止供气时，由于转轴高速旋转产生的偏心和人字槽的泵唧效应共同继续支承转轴。
所述气体轴承的端部加工了轴向静压供气节流小孔6和阶梯型止推槽7，分别起到静压止推和动压止推的作用来支承轴向载荷。 

Claims (2)

1.一种动压和静压集成的气体轴承，包括轴承体(1)、轴承衬(2)和转轴(9)，其特征在于：
1)      所述转轴(9)的一端带有一个止推盘(10)，所述转轴(9)与轴承衬(2)滑配，分成两段：靠近止推盘(10)的一段为静压部分，另一段为动压部分；
2)      所述静压部分：轴承体(1)上有两排径向静压进气节流孔(5)经轴承衬(2)接通到轴承衬(2)与转轴(9)滑配间隙，转轴(9)上有排气槽(8)连通轴承衬(2)与转轴(9)滑配间隙和一个处在轴承衬(2)中的轴向出气孔(4)，由外部气源径向静压进气节流孔(5)供气，使转轴浮起；
3)      所述动压部分：转轴(9)上有径向人字槽(3)，在转轴(9)转动时产生动压效应支承转轴。
2.根据权利要求1所述的动压和静压集成的气体轴承，其特征在于：所述轴承体(1)靠近止推盘(10)的一端有轴向静压进气节流孔(6)接通轴承衬(2)端面的阶梯型止推槽(7)，该阶梯型止推槽也接通转轴(9)与轴承衬(2)滑配间隙，分别起到静压止推和动压止推作用。
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