CN110701189B - 采用轴向非均匀排布的气体润滑方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用轴向非均匀排布的气体润滑方法及应用。采用气体润滑，通过气体节流孔的轴向位置、孔径、数量中的至少一项进行非均匀排布来加强远离受力端的承载力与刚度；节流孔包括多组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离受力端进行偏移；孔径的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔的孔径较大；数量的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔数量较多。本发明在不改变气体润滑的加工难度及供气压力条件下，通过改变结构提升其承载力、刚度、尤其是运动部件转向的抵抗刚度，对气体润滑进行了优化。

Description

采用轴向非均匀排布的气体润滑方法及应用
技术领域
本发明涉及采用轴向非均匀排布的气体润滑方法及应用，属于高性能气体润滑领域。
背景技术
空气轴承是基于空气的固有属性（粘度低且随温度变化小、耐辐射等）利用空气弹性来产生支承作用的一种轴承。作为一种重要的轴承，近年来在高速、低摩擦、高温、低温及有辐射性的场合，显示了独具的优越性。如在高速磨头、高速离心分离器、陀螺仪表、原子反应堆冷却用压缩机、电子计算机记忆装置等应用上，通过空气轴承可以解决使用滚动轴承或油膜轴承中常见的一些困难。
然而在空气轴承的使用过程中，受限于供气压力及气体轴承的结构形式与制造工艺，气体润滑的承载力与刚度成为该技术在不同场合应用的主要限制与考量指标，通过活塞动力学与空气动力学的理论分析，以及实际应用时发生的润滑失效情况，可以发现气体润滑失效时由于连接处受力所施加力矩所产生的运动部件如活塞与固定部件如气缸间的摩擦并非是整体摩擦，而是远离连杆处活塞与气缸下表面间的摩擦（连杆受力向上情况下）。而气体润滑的失效所造成的轴承磨损使得轴承寿命下降，及其运动部件工作时产生的偏移与偏转造成的震动及精度下降，也极大的限制了气体润滑的使用范围与工作性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用轴向非均匀排布的气
体润滑方法及应用，通过改变节流孔的轴向分布，因而产生轴向承载刚度变化的气体薄膜，通过加大远离受力端的气体薄膜的刚度以起到增大力矩减小转动的作用，同时由于远端的径向位移较大，增大远端的承载力及刚度同样可以在平均承载力刚度不变的情况下（供气情况不变）整体达到更高的承载力与刚度，以防止润滑本身失效，甚至产生磨缸或者折断的风险。
一种采用轴向非均匀排布的气体润滑方法，采用气体润滑，通过气体节流孔的轴向位置、孔径、数量中的至少一项进行非均匀排布来加强远离受力端（运动部件受承载力以外的链接力时的连接处，如活塞式气体轴承中，活塞与板弹簧链接的一端为受力端另一端为自由端）的承载力与刚度；节流孔包括多组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离受力端进行偏移；孔径的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔的孔径较大；数量的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔数量较多。
所述的气体润滑方法，应用于活塞，节流孔包括（不限于）2-3组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离活塞受力端进行偏移。
所述的气体润滑方法，应用于轴承，节流孔包括（不限于）2-3组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离轴的受力端方向进行偏移。
所述的组每一组包括节流孔的数量包括4或6或8个（但不限于4、6、8个）。
一种采用所述的气体润滑方法的活塞，包括气缸、连杆、活塞、上端盖、下端盖、紧固螺钉、密封圈、止回阀，节流孔，所述连杆焊接在上端盖上，上端盖通过紧固螺钉连接在内部为空腔的活塞上，下端盖通过紧固螺钉连接在活塞上，上下端盖与活塞间均通过密封圈进行密封，止回阀通过螺纹或者焊接连接在下端盖上，活塞整体位于气缸内部，节流孔直径、数量及轴向相对位置中的至少一项不均匀的分布在活塞壁面上。
所述的组每一组包括节流孔的数量包括4或6或8个（但不限于4、6、8个）。
一种采用所述的气体润滑方法的轴承。
本发明的有益效果：
在不改变气体润滑的加工难度及供气压力条件下，通过改变结构提升其承载力、刚度、尤其是运动部件转向的抵抗刚度，对气体润滑进行了优化。
第一、性能稳定：与传统的气体轴承相比，本发明选择节流孔的轴向非对称排布方式。在运动部件所产生位移较大的位置加大气体薄膜的刚度可在不改变供气情况的前提下提升气体润滑整体的承载力及刚度，并在相同载荷条件下减小运动部件的偏移及偏转提升精度；
第二、易于实现：与传统的活塞-气缸的气体润滑与其他轴承相比，本发明仅需改变节流孔的位置、形状、数量等，并未增加额外的工序或工艺拥有较强的可实现性；
第三、效果明显，易比较，易于推广应用。
附图说明
图1是采用轴向非均匀排布的气体润滑方法的活塞的一种结构示意图；
图2示意了本发明A1-A1方向的周向截面的节流孔周向排布图；
图3示意了本发明A2-A2方向的周向截面的节流孔周向排布图；
图4示意了现有技术的活塞-气缸气体润滑的结构图；
图中，气缸1、连杆2、活塞3、上端盖4、下端盖5、紧固螺钉6、密封圈7、止回阀8、节流孔9。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步阐述。
一种采用轴向非均匀排布的气体润滑方法，采用气体润滑，通过气体节流孔的轴向位置、孔径、数量中的至少一项进行非均匀排布来加强远离受力端的承载力与刚度；节流孔包括多组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离受力端进行偏移；孔径的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔的孔径较大；数量的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔数量较多。
所述的气体润滑方法，应用于活塞，节流孔包括（不限于）2-3组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离活塞受力端进行偏移。
所述的气体润滑方法，应用于轴承，节流孔包括（不限于）2-3组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离轴的受力端进行偏移。
优选地，可以调整不同位置的节流孔形状及孔径比进行气体润滑性能的调节。
优选地，进气口处设置有止回阀，避免气体回流；顶盖法兰连接，确保装置气密性良好。
优选地，活塞表面可增加均匀分布或不均匀的人形槽或其他形式的槽以优化气体润滑的性能。
所述的气体润滑方法，所述的组每一组包括节流孔的数量为4或6或8个（但不限于4、6、8个）。
图4示意了现有技术中的活塞-气缸气体润滑的一种结构示意图，图中节流孔轴向对称分布。
本发明应用于活塞-气缸气体润滑（通常应用于斯特林机中）优化时，通常利用压缩腔内的高压气体作为气源为气体润滑供气。外界高压气体经止回阀进入活塞内，后经节流孔节流形成活塞与气缸间的气体薄膜，当运动部件单侧受力时（斯特林机中通常为板弹簧、曲柄摇杆机构中为侧向力、气体轴承中为外加载荷），会产生一个向下的位移，与此同时会使活塞下表面压强大于上表面进而产生一个向上的支持力以平衡载荷的受力，同时由于载荷产生的转矩会使得运动部件发生偏转，即远离载荷受力点处的运动部件偏心位移较大，靠近载荷受力点的运动部件偏心位移小，故而如平均刚度不变（供气情况不变），提升远离载荷受力点的刚度（节流孔轴向不均匀分布）会增加整体承载力极限、刚度，并减小运动部件的偏转。
如图１－３所示，本发明一种采用所述的气体润滑方法的活塞，图中节流孔轴向非对称分布，明显向右偏移，远离连杆受力端偏移。所述的活塞，包括气缸1、连杆2、活塞3、上端盖4、下端盖5、紧固螺钉6、密封圈7、止回阀8，节流孔9，所述连杆2焊接在上端盖上4，上端盖4通过紧固螺钉连接在内部为空腔的活塞3上，下端盖5通过紧固螺钉连接在活塞上，上下端盖与活塞间均通过密封圈7进行密封，止回阀8通过螺纹连接在下端盖上，活塞整体位于气缸1内部，节流孔9直径、数量及轴向相对位置中的至少一项不均匀的分布在活塞壁面上。
所述的组每一组包括节流孔的数量为4或6或8个（但不限于4、6、8个）。
一种采用所述的气体润滑方法的轴承。本领域技术人员可以得到实现本发明目的的轴承。

Claims (4)

1.一种采用轴向非均匀排布的气体润滑方法，其特征在于：采用该气体润滑方法的结构，包括气缸、连杆、活塞、上端盖、下端盖、紧固螺钉、密封圈、止回阀，节流孔，所述连杆焊接在上端盖上，上端盖通过紧固螺钉连接在内部为空腔的活塞上，下端盖通过紧固螺钉连接在活塞上，上下端盖与活塞间均通过密封圈进行密封，止回阀通过螺纹或者焊接连接在下端盖上，活塞整体位于气缸内部，节流孔直径、数量及轴向相对位置三者皆不均匀的分布在活塞壁面上，通过气体节流孔的轴向位置、孔径、数量进行非均匀排布来加强远离受力端的承载力与刚度，节流孔包括多组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离受力端进行偏移，孔径的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔的孔径较大，数量的非均匀排布是使远离受力端的组的节流孔数量较多。
2.如权利要求1所述的气体润滑方法，其特征在于：应用于活塞，节流孔包括2-3组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离活塞受力端进行偏移。
3.如权利要求1所述的气体润滑方法，其特征在于：应用于轴承，节流孔包括2-3组，同组节流孔轴向位置相同，轴向位置的非均匀排布通过远离轴的受力端方向进行偏移。
4.如权利要求1所述的气体润滑方法，其特征在于：所述的组每一组包括节流孔的数量包括4或6或8个。
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