CN110985527B - 一种止推空气动压轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种止推空气动压轴承，包括空气动压轴承的气浮面，所述气浮面上设置有多个网格组，相邻网格组之间设置有第一间隙，每个网格组包括多个沿圆周方向均布的网格，所述网格向内凹陷，且所述网格为弧形，定义网格的圆心角为α，0°＜α≤60°，同一网格组中的各个网格的宽度相同，且同一网格组中的相邻网格之间设置有第二间隙，位于气浮面上的各个网格的长度相同，且位于气浮面上的各个网格的宽度由所述气浮面的中心至所述气浮面的外边缘依次递增。上述一种止推空气动压轴承具有结构简单、承载力强的特点。

Description

一种止推空气动压轴承

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种止推空气动压轴承。

背景技术

随着超精密加工和检测技术的发展，超高精度的回转运动和直线运动的实现越来越重要。空气动压轴承因其摩擦功耗低、运转平稳、清洁等优点，广泛应用于现代超精密加工机床和测量仪器中，实现高精度回转和直线运动。

空气动压轴承的原理是具有一定粘度的空气被高速旋转的轴颈带入到收敛空间，在其与轴颈的工作表面间形成了动压气膜，使得两工作面互相分离。对于轴颈轴承，收敛空间既可由轴本身旋转形成，也可通过在轴或轴承上加工动压槽形成。对于止推轴承，收敛空间由在轴或轴承上加工动压槽形成。

然而，因为空气刚度太低，止推空气动压轴承的承载力远低于油膜轴承和滚珠轴承，这限制了止推空气动压轴承的应用。由此，急需解决。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种止推空气动压轴承，以解决现有止推空气动压轴承承载力低的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种止推空气动压轴承，包括空气动压轴承的气浮面，所述气浮面上设置有多个网格组，相邻网格组之间设置有第一间隙，每个网格组包括多个沿圆周方向均布的网格，所述网格向内凹陷，且所述网格为弧形，定义网格的圆心角为α，0°＜α≤60°，同一网格组中的各个网格的宽度相同，且同一网格组中的相邻网格之间设置有第二间隙，位于气浮面上的各个网格的长度相同，且位于气浮面上的各个网格的宽度由所述气浮面的中心至所述气浮面的外边缘依次递增。

作为本发明的一种优选方案，所述网格的圆心角α为24°。

作为本发明的一种优选方案，所述网格凹陷的深度为5um～50um。

作为本发明的一种优选方案，所述网格的长度为300um～1500um。

作为本发明的一种优选方案，所述网格的宽度为200um～1200um。

作为本发明的一种优选方案，所述第一间隙为20um～100um。

作为本发明的一种优选方案，所述第二间隙为20um～100um。

仿真结果表明，当轴承内径为12mm，外径为30mm，网格凹陷深度为35um，长度为1054um，宽度448um，横向间隔66um，第一间隙为90um，转速为90000rpm，空气膜厚度为10um时，基于上述结构设计的止推空气动压轴承的承载力为4.89N，而采用最佳设计参数的传统螺旋纹止推空气动压轴承的承载力为3.48N，基于上述结构设计的止推空气动压轴承的承载力比采用最佳设计参数的传统螺旋纹止推空气动压轴承的承载力增加了40.52％。

上述一种止推空气动压轴承基于仿生学，其网格结构借鉴于自然界具有优异承载力的蜻蜓翅膀，并综合考虑止推空气动压轴承的工作环境进行仿生止推空气动压轴承的设计，使得止推空气动压轴承的气浮力大于采用最佳设计参数的传统螺旋纹止推空气动压轴承，扩展了空气轴承的应用范围。

本发明的有益效果为，上述一种止推空气动压轴承具有结构简单、承载力强的特点。

附图说明

图1为本发明一种止推空气动压轴承的结构示意图；

图2为本发明一种止推空气动压轴承的局部放大图；

图3为对齐四边形网格、不对齐四边形网格、对齐五边形网格、不对齐五边形网格、六边形网格在不同圆心角下的承载力变化情况图。

图中：

1、网格组；2、气浮面；3、网格。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

请参照图1及图2所示，图1为本发明一种止推空气动压轴承的结构示意图；图2为本发明一种止推空气动压轴承的局部放大图。

于本实施例中，一种止推空气动压轴承，包括空气动压轴承的气浮面2，所述气浮面2上设置有多个网格组1，相邻网格组1之间设置有第一间隙，每个网格组1包括多个沿圆周方向均布的网格3，所述网格3向内凹陷，且所述网格为弧形，定义网格3的圆心角为α，0°＜α≤60°，同一网格组1中的各个网格3的宽度相同，且同一网格组1中的相邻网格3之间设置有第二间隙，位于气浮面2上的各个网格3的长度相同，且位于气浮面2上的各个网格3的宽度由所述气浮面2的中心至所述气浮面2的外边缘依次递增。

上述一种止推空气动压轴承中，网格3的最佳圆心角α为24°，采用此种结构设计，其承载能力最优。

具体的，本实施例中，所述网格3凹陷的深度为5um～50um。

具体的，本实施例中，所述网格3的长度为300um～1500um。

具体的，本实施例中，所述网格3的宽度为200um～1200um。

具体的，本实施例中，所述第一间隙为20um～100um。

具体的，本实施例中，所述第二间隙为20um～100um。

工作时，轴带动高速空气进入由网格组1形成的动压槽，在轴与轴承之间形成一层2um～50um的气体润滑膜，使轴几乎无摩擦的在轴承内高速转动。

下面模拟五种蜻蜓翅膀网格的承载力情况，分别为对齐四边形、不对齐四边形、对齐五边形、不对齐五边形、六边形，如图3所示，其中，对齐四边形能产生最大承载力，且最佳速度角为24°，所以，本发明实施例采用对齐四边形为基本仿生网格形状，24°为网格3倾斜角度。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (6)

1.一种止推空气动压轴承，包括空气动压轴承的气浮面，其特征在于：所述气浮面上设置有多个网格组，相邻网格组之间设置有第一间隙，每个网格组包括多个沿圆周方向均布的网格，所述网格向内凹陷，且所述网格为弧形，定义网格的圆心角为α，0°＜α≤60°，同一网格组中的各个网格的宽度相同，且同一网格组中的相邻网格之间设置有第二间隙，位于气浮面上的各个网格的长度相同，且位于气浮面上的各个网格的宽度由所述气浮面的中心至所述气浮面的外边缘依次递增，所述第二间隙为20um～100um，所述网格为对齐四边形结构。

2.根据权利要求1所述的一种止推空气动压轴承，其特征在于：所述网格的圆心角α为24°。

3.根据权利要求2所述的一种止推空气动压轴承，其特征在于：所述网格凹陷的深度为5um～50um。

4.根据权利要求3所述的一种止推空气动压轴承，其特征在于：所述网格的长度为300um～1500um。

5.根据权利要求4所述的一种止推空气动压轴承，其特征在于：所述网格的宽度为200um～1200um。

6.根据权利要求5所述的一种止推空气动压轴承，其特征在于：所述第一间隙为20um～100um。

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