CN215805774U - 一种特斯拉微流道节流式气浮轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，包括活塞套、活塞和阀组件，所述活塞套和活塞过盈配合连接，所述活塞和阀组件通过一字螺钉进行固定，所述活塞的外壁面和活塞套内壁面之间设置有高压储气腔，所述活塞的周向分布有特斯拉微流道，所述特斯拉微流道呈现“Y”字形，所述特斯拉微流道包括直通道、圆弧通道和斜通道。本实用新型的优点在于：采用的特斯拉微流道节流器具有局部阻力及沿程阻力与流速的n次方成正比的优势，因此流经特斯拉微流道节流器的过流面积可以比一般的毛细管节流器过流面积大很多，但阻力效果却远比长10毫米60微米玻璃毛细管组成的精确节流器明显，大大降低了机加工难度。

Description

一种特斯拉微流道节流式气浮轴承

技术领域

本实用新型涉及气体轴承技术领域，尤其涉及一种自由活塞斯特林制冷机所用气体轴承。

背景技术

活塞作为一种在气缸内往复运动的结构，一般的，由于精密机械加工，与气缸之间通过10微米量级的间隙实现无油润滑相对运动。自由活塞斯特林制冷机作为当前一种高效率、长寿命低温制冷器，限制其发展的主要因素是两个运动部件，分别是排出器及压缩活塞。这两个运动部件通过径向支撑实现运动部件与气缸无磨损运行。

现有技术中的自由活塞斯特林制冷机存在两种支撑运动部件的形式，其中一种采用板弹簧径向支撑排出器或者压缩活塞。板弹簧支撑的自由活塞斯特林制冷机不仅增加了整机轴向长度及活塞与板弹簧同轴度装配要求，更受限于机械弹簧的寿命。自由活塞斯特林制冷机的另一种支撑排出器及压缩活塞的形式为气体轴承。但是，由于自由活塞斯特林制冷机紧凑设计等要求，一般的，优选静压气体轴承，利用活塞运动产生的压力波，经单向阀形成高压气体，高压气须通过“节流器”节流后从活塞周向多点进入环隙。气体轴承实现径向支撑的原理是当活塞一侧接近气缸时，环隙逐渐减小，经过环隙的气体阻力增大，流速减小，根据伯努利方程可知压力增大。而活塞另一侧压力减小，两侧压差形成径向支撑力。现有技术中，通常为保持有稳定的气源，高压气须通过“节流器”造成压降后，在环隙内形成具有一定承载力及刚度的稳定润滑气膜。目前，气体轴承节流器有多孔塑料带、螺丝、小孔等。所有这些技术和结构都有稳定性差、工艺难度高等缺点。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是如何提高气体轴承节流器的稳定性并降低加工工艺难度，针对上述要解决的技术问题，现提出一种特斯拉微流道节流式气浮轴承。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，包括活塞套、活塞和阀组件，所述活塞套和活塞过盈配合连接，所述活塞和阀组件通过一字螺钉进行固定，所述活塞的外壁面和活塞套内壁面之间设置有高压储气腔，所述活塞的周向分布有特斯拉微流道，所述特斯拉微流道呈现“Y”字形，所述特斯拉微流道包括直通道、圆弧通道和斜通道。

进一步的，所述活塞和阀组件通过一一字螺钉固定连接。

进一步的，所述活塞为由铝合金或钛合金材料制成的加长空心圆柱体。

进一步的，所述高压储气腔包括第一高压储气腔和第二高压储气腔，所述第一高压储气腔和第二高压储气腔通过一高压舱连接槽连通；所述特斯拉微流道包括第一特斯拉微流道和第二特斯拉微流道，所述第一特斯拉微流道与第二高压连接槽连通，所述第二特斯拉微流道与第一高压连接槽连通。

进一步的，所述活塞的周向还设置有工艺槽，所述活塞的一端设置有工艺螺纹孔和工艺抽气孔，所述活塞的另一端设置有压缩腔进气口，所述压缩腔进气口连接压缩腔和高压储气腔。

进一步的，所述活塞套的内壁面与外壁面之间形成有周向孔，所述周向孔周向90度均匀分布。

进一步的，所述特斯拉微流道的槽深0.25mm-0.25mm。

进一步的，所述阀组件通过一一字螺钉连接在高压储气腔上。

进一步的，所述阀组件包括单向阀和阀片限位器，所述单向阀和阀片限位器通过一字螺钉连接在高压储气腔上方。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型采用的特斯拉微流道节流器具有局部阻力及沿程阻力与流速的n次方成正比的优势，因此流经特斯拉微流道节流器的过流面积可以比一般的毛细管节流器过流面积大很多，但阻力效果却远比长10毫米60微米玻璃毛细管组成的精确节流器明显，大大降低了机加工难度。

（2）由于过流面积大，散颗粒物的通过性较好，即使存在较大颗粒物，也会在“Y”字型微流道碰撞冲击下变为较小散颗粒，从而减小节流器堵塞对气体轴承的影响。

（3）此外，本实用新型中材料和劳动成本与常规技术相比大大降低，由于微流道过流面积大，对大颗粒物具备冲击、碰撞效应，因此颗粒物堵塞的的可能性很低，可靠性也显著提升。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中的活塞透视图；

图3是本实用新型中的活塞套截面示意图；

图4是本实用新型中的气体轴承截面示意图；

图5是本实用新型中的阀组件等轴测示意图；

图6是本实用新型中的阀组件的阀片限位器的等轴侧示意图；

图7是本实用新型中特斯拉微流道示意图；

图8是本实用新型中特斯拉微流道流体流动示意图。

图中：1、活塞套，101、活塞套外壁面，102、活塞套周向孔,103、活塞套内壁面，2、活塞，201、压缩腔进气口，202、第一高压储气腔，203、第一高压储气腔连接槽，204、第二高压储气腔，205、第一特斯拉微流道，206、工艺槽，207、工艺螺纹孔，208、工艺抽气孔，209、活塞内孔，210、活塞外壁面，211、第二特斯拉微流道，212、第二高压储气腔连接槽，3、阀组件，301、一字螺钉，302、阀片限位器，303、单向阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-8所示，本具体实施方式提供了一种自由活塞斯特林制冷机用气体轴承，包括活塞套1，活塞2，阀组件3个部分，其中活塞套1与活塞2过盈配合，阀组件3与活塞2通过一字螺钉301紧固。

优选的，在本实施例中，活塞2为铝合金或者钛合金材料的加长圆柱体，其活塞外壁面210与活塞套内壁面103形成第一高压储气腔202与第二高压储气腔204，其通过第一高压腔连接槽203连通，活塞周向分布第一特斯拉微流道205及第二特斯拉微流道211，第一特斯拉微流道205与第二高压连接槽212连通，第二特斯拉微流道211与第一高压连接槽203连通。活塞2另周向分布有工艺槽206，及一端分布工艺螺纹孔207、工艺抽气孔208，另一端通过压缩腔进气口201连接压缩腔与第一高压储气腔202。

优选的，在本实施例中，活塞套1为铝合金的加长圆柱体，活塞套外壁面101与活塞套内壁面103形成活塞套周向孔102，并且周向90度均匀分布。

优选的，在本实施例中，活塞2与活塞套1通过过盈热装工艺，两者过盈量建议为0.018-0.022mm。活塞2建议常温放置，活塞套1建议加热至160-180℃并保温1-2h后迅速将活塞2放入活塞套1内。

可行的，活塞2存在周向均匀分布的特斯拉微流道205，211，特斯拉微流道205，211的每个槽深0.25mm-0.25mm，在本具体实施例中，优选为0.3mm。并且，特斯拉微流道205，211的形状呈现Y字型，分直通道、圆弧通道以及斜通道，每根节流槽存在3-5道Y字型微流道，其中的圆弧通道半径及直通道、斜通道角度及长度均与流道压降有关。

优选的，本具体实施例中阀组件3可以通过一字螺钉301连接活塞2的第一高压储气腔202上，可行的，单向阀303与阀片限位器302也通过一字螺钉301进行连接，以避免阀片行程过大导致最大应力超过材料疲劳极限而出现单向阀303断裂问题。

优选的，本具体实施例中活塞2一端布有工艺螺纹孔207，工艺抽气孔208，这是由于自由活塞斯特林制冷机中无论动圈还是动磁是电机结构形式，都需将气体轴承与磁钢托或者线圈骨架连接，因此分布工艺螺纹孔207供制冷机电机结构配套。自由活塞斯特林制冷机对污染要求较高，因此去污排气过程至关重要，优选实施例中备有工艺抽气孔208。

为了使气体轴承具有最佳的“气体刚度”，在本具体实施例中，优选节流器为特斯拉微流道，具体如下图7和8所示。需使每个特斯拉微流道的设计综合节流约等于气缸环隙内引起的节流。第二特斯拉微流道211的流体从第一高压储气腔203流入，“Y字型”微流道相较于直通槽道能够产生较大的局部阻力及沿程阻力，从而增大节流效应，采用这种设置方式不仅可以减小活塞直径，提高杂质通过率，而且起到精确节流的效果。

优选的，在本具体实施例中，压缩气体经阀组件3在第一高压储气腔202、第二高压储气腔204内形成稳定高压气，经第一特斯拉微流道205、第二特斯拉微流道211第一道节流后从活塞套周向孔102流入环隙中经第二道环隙节流，从而形成具备刚度的气膜。优选的，将第一特斯拉微流道205、第二特斯拉微流道211节流设计成近似于经过活塞套周向孔102，活塞套外壁面101与气缸间环隙内流体流动阻力，这样的设计可提供最大的气体轴承“刚度”。

本实用新型通过采用的特斯拉微流道节流器具有局部阻力及沿程阻力与流速的n次方成正比的优势，因此流经特斯拉微流道节流器的过流面积可以比一般的毛细管节流器过流面积大很多，但阻力效果却远比长10毫米60微米玻璃毛细管组成的精确节流器明显，大大降低了机加工难度。由于过流面积大，散颗粒物的通过性较好，即使存在较大颗粒物，也会在“Y”字型微流道碰撞冲击下变为较小散颗粒，从而减小节流器堵塞对气体轴承的影响。此外，本实用新型中材料和劳动成本与常规技术相比大大降低，由于微流道过流面积大，对大颗粒物具备冲击、碰撞效应，因此颗粒物堵塞的的可能性很低，可靠性也显著提升。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，包括活塞套、活塞和阀组件，所述活塞套和活塞过盈配合连接，所述活塞和阀组件通过一字螺钉进行固定，所述活塞的外壁面和活塞套内壁面之间设置有高压储气腔，所述活塞的周向分布有特斯拉微流道，所述特斯拉微流道呈现“Y”字形，所述特斯拉微流道包括直通道、圆弧通道和斜通道。

2.根据权利要求1所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述活塞和阀组件通过一一字螺钉固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述活塞为由铝合金或钛合金材料制成的加长空心圆柱体。

4.根据权利要求1所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述高压储气腔包括第一高压储气腔和第二高压储气腔，所述第一高压储气腔和第二高压储气腔通过一高压舱连接槽连通；所述特斯拉微流道包括第一特斯拉微流道和第二特斯拉微流道，所述第一特斯拉微流道与第二高压连接槽连通，所述第二特斯拉微流道与第一高压连接槽连通。

5.根据权利要求4所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述活塞的周向还设置有工艺槽，所述活塞的一端设置有工艺螺纹孔和工艺抽气孔，所述活塞的另一端设置有压缩腔进气口，所述压缩腔进气口连接压缩腔和高压储气腔。

6.根据权利要求1所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述活塞套的内壁面与外壁面之间形成有周向孔，所述周向孔周向90度均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述特斯拉微流道的槽深0.25mm-0.25mm。

8.根据权利要求1所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述阀组件通过一一字螺钉连接在高压储气腔上。

9.根据权利要求8所述的一种特斯拉微流道节流式气浮轴承，其特征在于，所述阀组件包括单向阀和阀片限位器，所述单向阀和阀片限位器通过一字螺钉连接在高压储气腔上方。

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