CN115962224A - 一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承 - Google Patents

Abstract

一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，属于超精密加工装备技术领域，具体方案如下：一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，包括主轴转子、两个径向轴套和两个止推轴套，主轴转子包括长轴和环状凸缘，环状凸缘环绕长轴的中部设置且与长轴相互垂直，两个径向轴套分别套设在长轴的上下两侧且相对环状凸缘的径向平面对称，两个止推轴套分别环向设置在环状凸缘的上下两个表面且相对环状凸缘的径向平面对称，两个径向轴套渗透率自远离长轴的一端至近长轴的一端梯度递减，两个止推轴套的渗透率自远离环状凸缘的一端至近环状凸缘的一端梯度递减。本发明中多孔质材料的渗透率梯度衰减，气体流量降低，有效抑制了轴承产生气锤振动。

Description

一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承

技术领域

本发明属于超精密加工装备技术领域，具体涉及一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承。

背景技术

气体静压轴承属于超精密加工装备领域，主要应用在超精密机床主轴上，目前，气体静压轴承因其高精度、摩擦小、污染小等优点已经越来越多地取代液体静压轴承，但同时气体静压轴承也存在刚度低、承载能力较差的缺点，如何提升气体静压轴承的承载能力和刚度是气体静压轴承研究的一个重要问题。

节流器设计是影响气体静压轴承性能的一关键因素，目前主要通过改变节流方式来提升轴承的刚度和承载能力，常见的有小孔节流、表面节流、狭缝节流、多孔质节流。小孔节流通过设计不同的气腔来改善节流作用，但是稳定性较差，且节流器加工困难，易堵塞。表面节流、狭缝节流分别通过轴套上的微沟槽、小尺寸狭缝产生节流作用，但是加工难度大，精度不易保证。多孔质节流气体静压轴承采用多孔材料作为轴承表面，外部气体通过多孔材料内部大量微小气孔进入轴承表面，形成承载压力气膜，轴承承载力大、刚度高、结构简单、稳定性好。

综合来看，多孔质气体静压轴承具有更加优越的性能。外部高压气体进入多孔质材料时，同时存在层流流动和惯性流动，有效降低多孔质材料中气体的惯性流动，是提升多孔质气体静压轴承承载能力、刚度的关键。高压气体惯性流动的减弱程度与多孔质材料的渗透率相关，低渗透率的多孔质材料能够有效降低气体的惯性流动，而目前低渗透率的多孔质材料成本较高，不易制备。

发明内容

为提升气体静压轴承的承载能力和刚度，本发明提供了一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，包括主轴转子、两个径向轴套和两个止推轴套，所述主轴转子包括长轴和环状凸缘，所述环状凸缘环绕长轴的中部设置且与长轴相互垂直，两个径向轴套分别套设在长轴的上下两侧且相对环状凸缘的径向平面对称，两个止推轴套分别环向设置在环状凸缘的上下两个表面且相对环状凸缘的径向平面对称，两个径向轴套和两个止推轴套均为多孔质材料，两个径向轴套渗透率自远离长轴的一端至近长轴的一端梯度递减，两个止推轴套的渗透率自远离环状凸缘的一端至近环状凸缘的一端梯度递减。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与传统的多孔质气体静压轴承相比，本发明采用了渗透率梯度变化的多孔质材料制作轴套，有效降低了气体的惯性流动，增强了轴承的刚度、承载能力和稳定性。

本发明利用热浸渍技术处理等静压高渗透率石墨使材料渗透率梯度衰减，实现其在气浮轴承中与低渗透率石墨具有等效效果，大大降低多孔质材料成本。

本发明中多孔质材料的渗透率梯度衰减，气体流量降低，有效抑制了轴承产生气锤振动。

附图说明

图1为本发明轴向剖面图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为上底座和下底座结构示意图；

图中，1、主轴转子，2、径向轴套，3、止推轴套，4、上底座，5、下底座，6、透盖，11、长轴，12、环状凸缘，41、环形凹槽Ⅰ，42、环形凹槽Ⅱ，43、环形凹槽Ⅲ，44、环形凹槽Ⅳ，45、气道Ⅰ，46、气道Ⅱ。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，包括主轴转子1、两个径向轴套2和两个止推轴套3，所述主轴转子1包括长轴11和环状凸缘12，所述环状凸缘12环绕长轴11的中部设置且与长轴11相互垂直，主轴转子的轴向剖面呈‘十’字型，中部径向尺寸大，两侧径向尺寸小；两个径向轴套2分别套设在长轴11的上下两侧且相对环状凸缘12的径向平面对称，两个止推轴套3分别环向设置在环状凸缘12的上下两个表面且相对环状凸缘12的径向平面对称，两个径向轴套2和两个止推轴套3均为多孔质材料，外部气体通过轴套材料内部大量微小气孔进入径向轴套2与主轴转子1的径向间隙和止推轴套3与主轴转子1的轴向间隙，形成具有一定刚度和支撑能力的润滑气膜；两个径向轴套2渗透率自远离长轴11的一端至近长轴11的一端梯度递减，即渗透率沿着其直径方向由高到低呈现均匀的梯度变化，在直径方向上越靠近长轴11，材料的渗透率越低；两个止推轴套3的渗透率自远离环状凸缘12的一端至近环状凸缘12的一端梯度递减，即渗透率沿着其轴线方向由高到低呈现均匀的梯度变化，在轴线方向上越靠近环状凸缘12，材料的渗透率越低。为实现径向轴套2、止推轴套3材料的渗透率梯度变化，利用热浸渍技术处理等静压的高渗透率石墨，使得材料的渗透率梯度衰减，达到与低渗透率石墨同样的效果。所述径向轴套2、止推轴套3因其材料渗透率随气体的流动方向梯度下降，当气体通过其材料内部微小气孔时，气体在其内部的惯性流动会明显降低，轴承的刚度和承载能力会显著提高；多孔质材料渗透率梯度衰减，高压气体流经多孔质材料，流量也在不断减少，能够有效抑制轴承产生气锤震动。

进一步的，所述两个径向轴套2和两个止推轴套3均与外部气源连通。

进一步的，所述气体静压轴承还包括上底座4和下底座5，所述上底座4和下底座5均为中空结构，所述主轴转子1设置在中空结构内，所述上底座4和下底座5的内侧壁上均开设有容纳径向轴套2的环形凹槽Ⅰ41，所述上底座4的下端面和下底座5的上端面均开设有容纳止推轴套3的环形凹槽Ⅱ42，所述上底座4和下底座5固定连接，用于径向轴套2和止推轴套3的安装和定位。

进一步的，所述气体静压轴承还包括两个透盖6，所述两个透盖6分别套设在长轴11的两端，且分别固定在上底座4和下底座5上，用于径向轴套2和止推轴套3的密封。

进一步的，所述上底座4和下底座5上均开设有环形凹槽Ⅲ43和环形凹槽Ⅳ44，所述环形凹槽Ⅲ43设置在环形凹槽Ⅰ41的底部且与环形凹槽Ⅰ41连通，所述环形凹槽Ⅳ44设置在环形凹槽Ⅱ42的底部且与环形凹槽Ⅱ42连通，环形凹槽Ⅲ43和环形凹槽Ⅳ44均与外部气源连通，环形凹槽Ⅲ43和环形凹槽Ⅳ44的存在使得外部气体能均匀地分布在径向轴套2的侧面，止推轴套3的端面。

进一步的，所述上底座4和下底座5上均设置有气道Ⅰ45和气道Ⅱ46，所述气道Ⅰ45与环形凹槽Ⅲ43连通，为径向轴套2供气，所述气道Ⅱ46与环形凹槽Ⅳ44连通，为止推轴套3供气，所述气道Ⅰ45与气道Ⅱ46均与外部气源连通。

进一步的，所述气道Ⅰ45为径向气道，所述气道Ⅱ46为轴向气道。

进一步的，所述两个径向轴套2和两个止推轴套3均为石墨多孔质材料。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：包括主轴转子(1)、两个径向轴套(2)和两个止推轴套(3)，所述主轴转子(1)包括长轴(11)和环状凸缘(12)，所述环状凸缘(12)环绕长轴(11)的中部设置且与长轴(11)相互垂直，两个径向轴套(2)分别套设在长轴(11)的上下两侧且相对环状凸缘(12)的径向平面对称，两个止推轴套(3)分别环向设置在环状凸缘(12)的上下两个表面且相对环状凸缘(12)的径向平面对称，两个径向轴套(2)和两个止推轴套(3)均为多孔质材料，两个径向轴套(2)渗透率自远离长轴(11)的一端至近长轴(11)的一端梯度递减，两个止推轴套(3)的渗透率自远离环状凸缘(12)的一端至近环状凸缘(12)的一端梯度递减。

2.根据权利要求1所述的一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：所述两个径向轴套(2)和两个止推轴套(3)均与外部气源连通。

3.根据权利要求1所述的一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：所述气体静压轴承还包括上底座(4)和下底座(5)，所述上底座(4)和下底座(5)均为中空结构，所述主轴转子(1)设置在中空结构内，所述上底座(4)和下底座(5)的内侧壁上均开设有容纳径向轴套(2)的环形凹槽Ⅰ(41)，所述上底座(4)的下端面和下底座(5)的上端面均开设有容纳止推轴套(3)的环形凹槽Ⅱ(42)，所述上底座(4)和下底座(5)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：所述气体静压轴承还包括两个透盖(6)，所述两个透盖(6)分别套设在长轴(11)的两端，且分别固定在上底座(4)和下底座(5)上。

5.根据权利要求3所述的一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：所述上底座(4)和下底座(5)上均开设有环形凹槽Ⅲ(43)和环形凹槽Ⅳ(44)，所述环形凹槽Ⅲ(43)设置在环形凹槽Ⅰ(41)的底部，所述环形凹槽Ⅳ(44)设置在环形凹槽Ⅱ(42)的底部，环形凹槽Ⅲ(43)和环形凹槽Ⅳ(44)均与外部气源连通。

6.根据权利要求5所述的一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：所述上底座(4)和下底座(5)上均设置有气道Ⅰ(45)和气道Ⅱ(46)，所述气道Ⅰ(45)与环形凹槽Ⅲ(43)连通，所述气道Ⅱ(46)与环形凹槽Ⅳ(44)连通，所述气道Ⅰ(45)与气道Ⅱ(46)均与外部气源连通。

7.根据权利要求6所述的一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：所述气道Ⅰ(45)为径向气道，所述气道Ⅱ(46)为轴向气道。

8.根据权利要求1所述的一种梯度渗透率多孔质气体静压轴承，其特征在于：所述两个径向轴套(2)和两个止推轴套(3)均为石墨多孔质材料。

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