CN111120513B - 一种静压气体推力轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静压气体推力轴承。该推力轴承包含小孔节流器(3)和环面节流器(8)，并在轴承体内加工出卸流道(4)、导流道(5)和回流道(6)组成的微气道。卸流道(4)连通小孔节流器的均压腔(7)，回流道(6)和环面节流器(8)是同一结构。均压腔(7)内的沉余气体依次通过卸流道(4)、导流道(5)、回流道(6)和环面节流器(8)进入轴承间隙后可以被有效卸流，一方面能够有效抑制气锤振动的发生，使得轴承能够在高供气压力时不失稳，另一方面可以将沉余气体得到有效利用，使轴承边缘处的气膜压力增大。由于供气压力和轴承边缘处的气膜压力同时被增大，所以轴承的整体承载能力被提高。通过本发明，能够显著提高轴承的承载能力，且有效避免气锤振动的发生，因此尤其适用于对静压气体轴承有重载需求的航空航天领域。

Description

一种静压气体推力轴承
技术领域
本发明属于静压气体轴承，具体涉及一种静压气体推力轴承，在高供气压力下，能够突破气锤振动的限制，实现轴承高承载能力。
背景技术
基于小孔节流静压气体推力轴承的微低重力模拟平台在航天器的地面全物理仿真试验中有着重要应用，对保障航天器的在轨效能起着决定性的作用。随着航天器的体积逐渐增大，特别是空间站的规模进一步增大，实现航天器的地面全物理仿真对微低重力模拟平台的载荷提出了更高的要求。为此，需要提高轴承的承载能力，来满足微低重力模拟平台的高载荷需求。目前，通常是通过高供气压力，提高小孔节流静压气体推力轴承的高承载能力，但是由于小孔节流静压气体推力轴承在高供气压力时容易出现气锤振动，导致轴承失效，所以供气压力通常是限制在6个大气压以内，这极大地制约了小孔节流静压气体推力轴承的承载能力提升。为此，需要有效地克服气锤振动，使小孔节流气体轴承在高供气压力仍能够正常工作，使轴承实现高承载能力。小孔节流静压气体轴承的气锤振动主要是由均压腔内的沉余气体堆积所引起。虽然通过减小或去除均压腔能够降低甚至完全消除沉余气体，但是均压腔对保障轴承的承载能力起着至关重要的作用。所以如何有效地减少沉余气体，抑制气锤自激振动，并充分发挥均压腔对承载能力的保障作用，是实现小孔节流静压气体推力轴承高承载的关键。
发明内容
为了克服小孔节流静压气体推力轴承因气锤振动制约而难以实现高承载，本发明基于小孔节流器和环面节流器提出一种新型的静压气体推力轴承。
本发明的技术方案如下：
本发明的一种静压气体推力轴承，其特点是，所述静压气体推力轴承同时包括小孔节流器和环面节流器，小孔节流器与环面节流器通过轴承体内部的微气道连通。
所述微气道靠近小孔节流器的一端为卸流道，卸流道端口直接与小孔节流器的均压腔腔体相通。
所述微气道的卸流道，与均压腔连通的位置可以是靠近或者远离轴承的中心处，但是每个卸流道相对于轴承中心的位置是设计的相同的。
所述微气道的卸流道的设计不得与小孔节流器的进气端流道连通，即入口必须位于均压腔内。
所述微气道的卸流道端口不应该超出均压腔的边缘。
所述微气道中的导流道直接与环面节流器的进气端连通。
所述微气道的导流道截面积应该大于环面节流器的入口面积，同时又小于均压腔的截面积，从而确保导流道内的气体压力能足够大。
本发明每个小孔节流器的边缘处可以只设计一圈环面节流器，也可以设计多圈环面节流器。
每一圈环面节流器个数可以与小孔节流器的个数可以相同也可以不同，但是每圈环面节流器的设计必须是均匀分布。
每一圈环面节流器个数可以与小孔节流器的个数可以相同也可以不同，但是每圈环面节流器的设计必须是均匀分布。
本发明使用微气道能够将均压腔内的沉余气体导入环面节流器中，降低轴承发生气锤振动的可能，使轴承的供气压力允许被提高，同时沉余气体又能被有效利用提高轴承边缘区域的气膜压力，从而显著提高轴承的承载能力。
本发明的有益效果是，本发明轴承的气锤稳定性好和承载能力高，同时能够根据性能和成本的需求，灵活地配置小孔节流器和环面节流器的数量关系。
附图说明
图1为本发明圆形轴承的整体结构示意图；
图2为本发明一种圆形轴承的主视图，其中1为被悬浮物体，2为轴承，3为小孔节流器，4为卸流道，5为导流道，6为回流道。
图3为本发明一种圆形轴承的俯视图，节流器设计为一圈，数量为6个，其中7为均压腔，8为环形节流器。
图4为本发明轴承的小孔节流器与卸流道之间的局部位置关系；
图5为本发明轴承的小孔节流器与环面节流器之间的局部位置关系和连通形式；
图6为本发明轴承卸流道的剖视；
图7为本发明轴承导流道的剖视；
图8为本发明一种圆形轴承的俯视图，节流器设计为1圈，数量为4个；
图9为本发明一种圆形轴承的俯视图，节流器设计为2圈，每圈的节流器数量为4个；
图10为本发明一种矩形轴承的俯视图，节流器设计为1圈，数量为6个；
图11为本发明一种矩形轴承的俯视图，节流器设计为2圈，每圈的节流器数量为4个。
图12为本发明一种圆形轴承的俯视图，小孔节流器设计为1圈，数量为4个，环面节流器设置为8个。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
图1为本发明的轴承整体结构示意图；图4为小孔节流器3与卸流道4之间的局部结构示意图，卸流道4与均压腔7连通的位置远离轴承的中心处。均压腔7的底部与卸流道 4相连，卸流道4连接导流道5，导流道5经过回流道6进入环面节流器8。
环面节流器(8)设计为1圈，同一圈上各个环面节流器的出口直径是设计的相同，环面节流器(8)的数量为6个，相邻两个环面节流器的中心与轴承中心的连线所成的角为60°。
实施例2
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同的是，本实施例中的环面节流器的数量设置为4个，相邻两个环面节流器的中心与轴承中心的连线所成的角为90°，如图8所示。
实施例3
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同的是，本实施例中环面节流器设计为2圈，第一圈环面节流器的数量为4个，第二圈环面节流器的数量为4个；每一圈内相邻两个环面节流器的中心与轴承中心的连线所成的角为90°；对于所有的环面节流器，相邻两个环面节流器的中心与轴承中心的连线所成的角为45°，如图9所示。
实施例4
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同的是，本实施例中的轴承为矩形，如图10 所示。
实施例5
本实施例与实施例2的基本结构相同，不同的是，本实施例中的轴承为矩形，如图11 所示。
实施例6
实施例与实施例2的基本结构相同，不同的是，本实施例中每一个小孔节流器搭配两个环面节流器，两个环面节流器分别关于其对应的小孔节流器的中心与轴承中心的连线对称，如图12所示。
以上所列出的具体实施例是为了更好的对本发明的结构原理进行说明，并不对本发明进行限制，本发明所属技术领域人员可以对轴承形状、小孔节流器数量、环面节流器数量进行修改，但并不偏离本发明的核心原理，也不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (12)

1.一种静压气体推力轴承，其特征在于：包括被悬浮物体(1)和轴承(2)；轴承(2)包含小孔节流器(3)和多个环面节流器(8)；小孔节流器(3)的出气端有均压腔(7)，环面节流器的出气端没有均压腔(7)；环面节流器(8)分布在小孔节流器(3)的周围，位于轴承(2)的表面边缘处，且分别与小孔节流器(3)的距离相等；在轴承(2)的内部设计有微气道，其由卸流道(4)、导流道(5)和回流道(6)组成；卸流道(4)与小孔节流器(3)的均压腔(7)连通，导流道(5)与环面节流器(8)的进气端相连，导流道(5)连接卸流道(4)和回流道(6)。
2.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：所述环面节流器(8)的气体出口直径小于小孔节流器(3)的出口直径。
3.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：轴承(2)的表面形状可以是圆形的也可以是矩形的。
4.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：如果轴承(2)的表面形状是圆形的，则环面节流器的数量大于等于3；如果轴承(2)的表面形状是矩形的，则环面节流器的数量大于等于4。
5.根据权利要求1和4所述的静压气体推力轴承，其特征在于：环面节流器(8)设计为1圈到2圈，且同一圈上的各个环面节流器(8)的出口直径是设计的相同。
6.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：卸流道(4)的截面形状可以是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形。
7.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：卸流道(4)的长度方向上各个位置的截面形状和尺寸可以不一致。
8.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：均压腔(7)的截面形状可以是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形。
9.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：导流道(5)的截面形状可以是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形。
10.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：导流道(5)的长度方向上各个位置的截面形状和尺寸可以不一致。
11.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：回流道(6)的截面形状可以是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形。
12.根据权利要求1所述的静压气体推力轴承，其特征在于：回流道(6)的在圆周方向上可以是整周的，也可以是分段式的。
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