CN87215713U

CN87215713U - 人字形槽动静压混合式气体轴承

Info

Publication number: CN87215713U
Application number: CN 87215713
Authority: CN
Inventors: 柯钢; 杨克剑; 贺惠保
Original assignee: Cryogenic Laboratory of CAS
Current assignee: Key Laboratory of Cryogenics of CAS
Priority date: 1987-12-26
Filing date: 1987-12-26
Publication date: 1988-10-05

Abstract

人字形槽动静压混合式气体轴承属于气体轴承领域。本实用新型提供一种加工精度要求低，结构简单，装拆方便，可以广泛使用的气体轴承。其主要特征是轴上有泵入式人字槽，再使用过滤的外压轴承供气，使轴承既有动压效果，又有静压效果。这种轴承耗气少，刚度和承载能力大，具有高速稳定性。用缝或多孔材料节流器供气又可以解决自作用槽轴承的启动停车和防止灰尘进入轴承的问题。本实用新型可广泛应用于透平机械，陀螺等领域。

Description

人字形槽动静压混合式气体轴承。本实用新型属气体轴承领域。

气体轴承没有油污染，不受高温和放射性的影响，可以在极高的转速下运行，而且几乎没有磨损因而有很长的工作寿命的优点，使得气件轴承近年来发展很快。气体轴承在惯性导航系统的高精度陀螺，在该工程中的气体环器，在某些精密机床，在透平机械，在计算机磁盘等领域已有了广泛的应用。

起初，人们采用外压式气体轴承（或称静压气体轴承），即在轴承套上打一些小孔或者开槽，让被压缩了的气体通过这些小孔或槽，流到轴承中去，起润滑和支撑转子作用，然后从轴承间隙中流出〔1〕。由于这类轴承耗气量大，高速稳定性不够好，因而国外又出现了倾斜瓦自作用气体轴承。这种轴承稳定性好，但结构较复杂，加工和安装不便，向微型化发展有困难。最近发展起来的人字槽自作用径向轴承展示出良好的高速稳定性，结构简单，安装方便，可以微型化。人字槽径向动压气体轴承（或称自作用轴承）的工作原理是：在转子旋转时，槽的作用象粘性泵，将气体带入槽内并提高气体压力产生承载能力。1965年沃尔（Vohr）和齐奥（Chow）对这种轴承做了较详细的理论分析〔2〕，指出随转速增加，气膜产生径向力是一直增加而不趋于“饱和”，因而可以抑制在气体轴承中经常出现的破坏性的自激涡动。弗莱敏（Fleming）和汉姆洛克（Hamrock）〔3〕于1974年提出了该轴承的最佳稳定性设计方法。1982年，杨克剑在英国采用了这个设计方法，对φ7毫米转子径轴承进行了高速试验。并在同年的美国化学工程学会（AlCHE）上宣读了论文〔4〕。理论和实践都已证明人字槽自作用轴承的稳定运行需要轴承间隙较小，轴承间隙通常在0.010mm以下。这就使得轴承的加工精度要求高，这种轴承对环境的清洁要求苛刻，启动停车会有固体摩擦的缺点。这些缺点使得这种轴承不容易实现，而且受轴承材料和环境的限制，因为轴承材料的线胀系数对轴承间隙影响很大。美国专利（专利号是：USP4，366，993）是在轴承两端边缘采用小孔加环槽的办法解决自作用轴承的启动停车和防止灰尘进入轴承。但是这种轴承间隙必须很小，加工仍然是困难的。

本实用新型的目的是创造一种高速运行稳定，容易加工制造和可以广泛应用的气体轴承。

本实用新型的内容是：1、轴上采用泵入式人字槽，如图4、图5示。同时又有过滤的外压供气，外压供气可以是小孔、缝或多孔材料形式供气。小孔直径为0.08至0.5毫米，狭缝缝高为0.005至0.04毫米。轴承间隙在0.006至0.04毫米之间。这样可以使轴承既有动压效果，又有静压效果，减少轴承耗气，提高轴承刚度和承载能力，抑制高速自激涡动的发生。2、轴承上若使用狭缝或漏气材料作为供气节流方式，可以解决自作用气体轴承的启动停车时的固体摩擦问题和防止灰尘进入轴承。

本实用新型举例：

例1、如图1示，轴直径D＝18mm，轴承长L＝18mm，轴上有泵入式人字槽，槽深h＝0.02mm，槽角β₁＝34.1°，轴承上采用d＝0.3mm的小孔供气，供气压力Pa＝5kg／cm²表压。轴承间隙H＝0.02mm。轴已成功地运转到18万转／分以上。

例2、如图2示，轴直径D＝18mm，轴承长L＝18mm，轴上的槽深h＝0.02mm，槽角β＝34.1°。轴承上采用环向狭缝供气缝高B＝0.015mm，轴承供气压力5Kg／cm²表压，轴承间隙H＝0.02mm，轴已成功地运转到18万转／分以上。

例3、如图3示，轴直径D＝18mm，轴承长L＝18mm，轴上人字槽深0.013mm，槽角β＝34.1°，轴承间隙H＝0.008mm，供气压力Pa＝3Kg／cm²表压，轴承采用透气性石墨材料。轴已成功地运转到18万转／分。在这个实例中，外压供气起到了启动停车没有固体摩擦和防止灰尘进入轴承的作用，而轴承刚度、承载能力、抑制涡动能力是靠人字槽泵入的自作用实现的。

本实用新型轴上的人字型槽可以是联通式的，如图4示，轴承左右槽和左右脊都是相通的。也可以是不联通的，如图5示，轴承左右槽是不相通的，而脊是相通的；或轴承左右脊是不相通的，而槽是相通的。

本实用新型与纯外压式气体轴承相比具有耗气少，刚度和承载能力大，具有高速稳定性的优点。它较纯自作用轴承容易加工制造，应用范围广。

本实用新型的实施建议如下：

1、轴上人字形槽的加工可用酸腐蚀。

2、轴承上狭缝的加工可将轴承做成两片，在一个片上铣出槽后再设法将两片固定在一起。

3、人字槽深、宽、角度的设计根据动静压混合式轴承间隙，按照人字槽自作用轴承的最佳设计方法〔3〕选择参数并设计。

4、小孔、狭缝和多孔材料节流器的设计按所设计间隙时的纯静压最佳刚度或承载能力设计。请参阅文献〔1〕。

Claims

1、气体润滑轴承，本实用新型的特征是人字形槽动静压混合式气体轴承，即在轴上有泵入式人字槽，同时在轴承的中间部分，即除去轴承边缘占轴承长度的15%之外的轴承其它内表面，又有过滤的外压供气。

2、按权利要求1所述的气体轴承，其特征在于外压供气可为小孔节流式。小孔直径为0.08至0.5毫米，轴承间隙在0.015至0.03毫米之间。

3、按权利要求1所述的气体轴承，其特征在于外压供气可为环向或轴向狭缝节流式。缝高为0.005至0.04，轴承间隙在0.006至0.04毫米之间。

4、按权利要求1所述的气体轴承，其特征在于外压供气可采用透气性材料节流式。

5、按权利要求2所述的气体轴承，其特征在于小孔可用单排或多排。

6、按权利要求3所述的气体轴承，其特征在于狭缝可为单排或多排。