CN107289005A - 一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，所述轴承上设置有正向浮力结构、反向吸附力预载荷结构和状态监测传感器。本发明结构简单、实现了无摩擦运动、预载荷力力源广泛、稳定性优良、对集合精度要求小、可以对工作状态进行实时监测，应用时无需球面支撑、抗倾覆力矩和工作刚度更好、个别方案带有自保护属性等，在吊挂使用的场合更有不可替代的应用优势。

Description

一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承，特别是指一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承。

背景技术

随着航天技术、精密仪器、高速机电设备等领域的发展，在无摩擦运动技术的应用需求中，系统对运行期间的承载稳定性提出了更高的要求，尤其是模拟微重力环境下的仿真技术，成为进行相关高科技研究的重要手段。

当前气浮轴承使用的一个严重制约是只能用于向上支撑方案中，或者在小角度斜面运行，不能实现吊挂的悬停状态下进行无摩擦运动；在已有的发明案例中，一些气浮应用方式也只是单纯地在工作面上实现了单一受力方向；同时任何一个工作面只是采用单一的或气浮或吸附工作方式，此受力方式受限于小孔节流式气浮轴承的局限性，刚度和稳定性小，并要求工件具有非常对称的集合精度；轴承在工作时的运动情况不能够人为地及时监测。

内容

本发明提出一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，通过预载荷力与多孔气悬浮轴承浮力的作用形成悬浮力，它可以在额定工作范围内以一定的间隙悬浮在工作面上，实现了无摩擦运动；所应用的多孔介质节流器，结构为内吸外浮、内浮外吸、吸浮层次反复交错等结构，预载荷力力源广泛；同时具有垂直于工作面的双向稳定力，此种受力方式克服了小孔节流式气浮轴承的局限性，刚度和稳定性大，对集合精度的要求小，最终使带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承具有优良的性能表现；轴承还附带结合多类轴承工作状态传感器对轴承工作状态进行监测，监测内容涉及振动、供气压力、轴承受力、轴承工作失效状态等。本发明结构简单、实现了无摩擦运动、预载荷力力源广泛、稳定性优良、对集合精度要求小、可以对工作状态进行实时监测，应用时无需球面支撑、抗倾覆力矩和工作刚度更好、个别方案带有自保护属性等，在吊挂使用的场合更有不可替代的应用优势。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，所述轴承体上设置有正向浮力结构和反向吸附力预载荷结构。正向浮力结构在工作时结合工作面产生向上的浮力，反向吸附力预载荷结构工作时结合工作面产生与浮力相反的预载荷力。

进一步，所述正向浮力结构包括供气管、通孔、槽体、支撑筋以及多孔介质节流器；所述正向浮力结构包括供气管、通孔、槽体、支撑筋以及多孔介质节流器；所述通孔设置在所述轴承体上；所述多孔介质节流器卡扣在所述轴承体的一端面上；所述多孔介质节流器所卡扣的所述轴承体的一端面上设置多组所述槽体；所述相邻槽体之间形成多组所述支撑筋；同时，所述通孔的一端与所述槽体相通；所述通孔的另一端连接所述供气管。工作时，所述供气管吸入外界气体并使所述通孔内产生正压，所述供气管通过所述通孔与所述槽体为多孔介质节流器供气，所述多孔介质节流器相对于工作面产生向上的浮力。

进一步，所述反向吸附力预载荷结构为真空反向吸附力预载荷结构；所述真空反向吸附力预载荷结构包括真空腔和吸气管；所述吸气管与所述真空腔连接。真空反向吸附力预载荷结构要求工作时的工作面具有一定的光洁度和平面度。工作时，吸气管内气压为负压状态，所述吸气管将真空腔内的气体吸走使真空腔内产生负压，所述负压与工作面结合产生与浮力相反的真空预载荷力。

进一步，所述真空腔内设有减容丘，根据负压区域的大小和设计需要可以加设减容丘。

进一步，所述反向吸附力预载荷结构除了真空反向吸附力预载荷结构外也可以替换为磁力反向吸附力预载荷结构，所述磁力反向吸附力预载荷结构包括磁铁；所述磁铁设置在设置所述多孔介质节流器的端面上。所述磁铁通过胶结、机械或过盈与所述轴承体上的所述凸台结合。

进一步，所述磁力反向吸附力预载荷结构中所述磁铁为永磁铁或电磁铁。磁力预载荷要求工作面具有一定的光洁度、平面度和具有原磁体结构，使轴承与工作面之间产生相互吸附力。磁力反向吸附力预载荷结构要求工作面上设有原磁铁，工作时，所述磁铁结合工作面上的原磁体产生与浮力相反的磁吸附预载荷力，浮力和与之相反的磁吸附预载荷力相互作用使轴承处于悬浮状态。

进一步，所述多孔介质节流器为多孔质片。

进一步，所述轴承体为圆柱体、长方体或任意多面体。

更进一步，所述轴承体还设置有状态监测传感器，结合多类轴承工作状态，所述状态监测传感器对所述轴承体的工作状态进行监测，监测内容涉及振动、供气压力、轴承受力、轴承工作失效状态等；所述工作状态传感器可选择加速度传感器、气压传感器、受力传感器、失效状态传感器等，并分别对轴承振动、工作气压、轴承承载力、轴承失效状态等进行监测。

使用本发明的具体实施例，通过预载荷力与多孔气悬浮轴承浮力的作用形成悬浮力，它可以在额定工作范围内以一定的间隙悬浮在工作面上，实现了无摩擦运动；所应用的多孔介质节流器，结构为内吸外浮、内浮外吸、吸浮层次反复交错等结构，预载荷力力源广泛；同时具有垂直于工作面的双向稳定力，此种受力方式克服了克服了小孔节流式气浮轴承的局限性，刚度和稳定性大，对集合精度的要求小，最终使带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承具有优良的性能表现；轴承还附带结合多类轴承工作状态传感器对轴承工作状态进行监测，监测内容涉及振动、供气压力、轴承受力、轴承工作失效状态等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例中一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承工作时的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中一种带状态监测的真空预载荷多孔气悬浮轴承的剖面图；

图3为本发明具体实施例中一种带状态监测的磁力预载荷多孔气悬浮轴承的剖面图。

注：因为传感器为非结构性标准化部件，其应用方法具有通用性，所以上述各图示中传感器不额外做附加表示，具体应用时传感器通过螺纹连接、粘接、过盈配合等方式与轴承的相关位置连接即可。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的具体实施例中，见图1至图3，一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，包括轴承体3，工作时需配合轴部1和工作面4，轴承体3和轴部1之间通过固定元件2连接，显然，轴部1也可以与轴承体3设计为一体；其中，轴承体3可以是圆柱体、长方体或其它任意多面体，工作面4可以是平面、曲面或多面复合。

在本发明的具体实施例中，见图1至图3，轴承体3上还设置有正向浮力结构、反向吸附力预载荷结构和状态监测传感器。工作时，正向浮力结构产生的向上的浮力和反向吸附力预载荷结构产生的与浮力相反的预载荷力共同施加于工作面4上，两种力与其它外力保持均衡并使轴承保持在悬浮状态。

在本发明的具体实施例中，轴承3上设置的状态监测传感器会根据多类轴承3的不同工作状态，对不同的类型的轴承3的工作状态进行监测，监测内容涉及振动、供气压力、轴承受力、轴承工作失效状态等。可选的轴承3的状态传感器可以为：加速度传感器、气压传感器、受力传感器、失效状态传感器等，以上传感器分别对轴承振动、工作气压、轴承承载力、轴承失效状态等进行监测。

在本发明的具体实施例一中，见图2，带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承为带状态监测的真空预载荷多孔气悬浮轴承，包括正向浮力结构、反向吸附力真空预载荷结构和状态监测传感器；真空预载荷多孔气悬浮轴承的正向浮力结构包括正压供气管5、通孔7、槽体10、支撑筋9以及多孔介质节流器8；通孔7设置在轴承体3上；多孔介质节流器8卡扣在轴承体3的一端面上；多孔介质节流器8所卡扣的轴承体3的一端面上设置多组槽体10；相邻槽体10之间形成多组支撑筋9；同时，通孔7的一端与槽体10相通；通孔7的另一端连接正压供气管5。工作时，正压供气管5供给压缩气体并使通孔7、槽体10内产生正压，正压供气管5通过通孔7与槽体10为多孔介质节流器8供气，多孔介质节流器8相对于工作面4产生向上的浮力。

在本发明的具体实施例一中，见图2，带状态监测的真空预载荷多孔气悬浮轴承得反向吸附力预载荷结构为反向吸附力真空预载荷结构，反向吸附力真空预载荷结构包括真空腔11和负压吸气管6，真空腔11与负压吸气管6连接。真空反向吸附力预载荷结构要求工作时的工作面4具有一定的光洁度和平面度。工作时，真空腔11内气压为负压状态，负压吸气管6将真空腔11内的气体吸走使真空腔11内产生负压，真空腔11内产生的负压与工作面4结合产生与浮力相反的真空预载荷力。

在本发明的具体实施例一中，见图2，根据真空腔11内负压区域的大小与设计需要可加设减容丘，可在吸附面积不变的前提下减小真空腔的容积，从而提升吸附效果；在具体实施例中真空反向吸附力预载荷结构与正向浮力结构的相对位置可以互换或者彼此交错。

在本发明的具体实施例二中，见图3，带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承为带状态监测的磁力预载荷多孔气悬浮轴承，包括正向浮力结构、磁力反向吸附力预载荷结构和状态监测传感器。正向浮力结构包括正压供气管12、通孔13、槽体16、支撑筋17以及多孔介质节流器15；通孔13设置在轴承体3上，多孔介质节流器15卡扣在轴承体3的一端面上，多孔介质节流器15所卡扣的轴承体3的一端面上设置多组槽体16，相邻槽体16之间形成多组支撑筋17，同时，通孔13的一端与槽体16相通，通孔13的另一端连接正压供气管12。工作时，正压供气管12供给压缩气体并使通孔13内产生正压，正压供气管12通过通孔13与槽体16为多孔介质节流器15供气，多孔介质节流器15相对于工作面4产生向上的浮力。

与具体实施例一不同的是，见图3，本发明的具体实施例二中的带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承的反向吸附力预载荷结构为磁力反向吸附力预载荷结构，磁力反向吸附力预载荷结构包括14；磁铁14设置在设置多孔介质节流器15的端面上。磁铁14可以通过胶结、机械或过盈方式与轴承体3结合。

本发明的具体实施例二中，见图3，磁力反向吸附力预载荷结构中的磁铁14为永磁铁或电磁铁。磁力预载荷要求工作面4具有一定的光洁度、平面度并设置有原磁体结构，使轴承体3与工作面4之间产生相互吸附力。工作时，在磁铁14和工作面4上的原磁体的共同作用下产生与浮力相反的磁吸附预载荷力。此外，带状态监测的磁力预载荷多孔气悬浮轴承中的磁吸附反向吸附力预载荷结构与正向浮力结构的相对位置可以互换或者彼此交错。

在本发明的具体实施例中，多孔介质节流器8、15优选为多孔介质片。

本文中所述及的“卡扣”为一种零件结合方式，可实现为螺纹连接、粘接、过盈配合等方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述轴承体上设置有正向浮力结构和反向吸附力预载荷结构。

2.如权利要求1所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述正向浮力结构包括供气管、通孔、槽体、支撑筋以及多孔介质节流器；所述通孔设置在所述轴承体上；所述多孔介质节流器卡扣在所述轴承体的一端面上；所述多孔介质节流器所卡扣的所述轴承体的一端面上设置多组所述槽体；所述相邻槽体之间形成多组所述支撑筋；同时，所述通孔的一端与所述槽体相通；所述通孔的另一端连接所述供气管。

3.如权利要求1所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述反向吸附力预载荷结构为真空反向吸附力预载荷结构；所述真空反向吸附力预载荷结构包括真空腔和吸气管；所述吸气管与所述真空腔连接。

4.如权利要求3所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述真空腔内设有减容丘。

5.如权利要求1所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述反向吸附力预载荷结构为磁力反向吸附力预载荷结构，所述磁力反向吸附力预载荷结构包括磁铁；所述磁铁设置在设置所述多孔介质节流器的端面上。

6.如权利要求5所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述磁力反向吸附力预载荷结构中的所述磁铁为永磁铁或电磁铁。

7.如权利要求6所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述多孔介质节流器为多孔质片。

8.如权利要求7所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述轴承体为圆柱体、长方体或任意多面体。

9.如权利要求1~8所述一种带状态监测的预载荷多孔气悬浮轴承，其特征在于：所述轴承体上还设置有状态监测传感器，传感器类型包括但不限于：振动传感器、受力传感器、气体压力传感器、状态传感器等。