TW201033491A - Air bearing based on ultrasonic oscillation - Google Patents

Description

201033491 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 引 本發明關於-種軸承結構’用於將構件支承及/或導 其中下文只用「支承」一詞涵蓋。 【先前技術】 軸承、構可刀成各種不同類別舉例而言有滾動轴承

❿ 及在-油膜上跑動的滑動轴承。而另一種將轴與心軸或滑 架利用空氣軸承以無接觸方式支承住的方式（线軸承），係 同樣對行家而言為習知者。 工氣軸承由至少二個構件，它們以無接觸方式中間 隔一空氣膜相倚滑動。^了防止該二構件接觸，一構件面 上有孔’空氣由該孔跑出，但這種構造方式的空氣轴承有 亡種不同的缺點1 一缺點為韌性小，如此在受交替的負 荷時這種類型的軸承容易振動，但這點可利用特定之轴 承开v式及轴承構造方式部分地避免。同樣地習知者還有不 湏供應空氣的空氣軸承，而使用一超音波空氣軸承，文獻 中亦稱為壓梓膜轴承」（Squeezerfilmla㈣）。舉例而言， 在文獻美專利US 466635A發表了 -種此類裝置。其中提到 轴承 其中傳壓電式小板（Piezoplatchen, 央.piezo-platelet)激發以作振動。壓電式小板的振動作用在 壓電式小板的表面與一個對立面之間產生空氣膜。這種結 構舉例而言可用於支承個人電腦（PC)的硬碟（Festplatte)。對 於較大及/或負荷較高的構件，這種結構幾乎很難適合， 201033491 因為利用壓電小板能達成的振幅很小。 此外’舉例而言，在文獻DE 19904420中將—壓梓膜 轴承與一自身激發的空氣軸承組合，其中該壓榨膜軸承去 作「起動裝置」使用，因為該自身激發的空氣軸承在起動 階段仍無空氣膜，這是由於在自身激發的空氣軸承的場合 有運動時，空氣膜才會由於運動而產生。因此這種軸承在 起動階段不能承受大力量。 在决速轉動之南負荷機器，例如小型渴輪、車輛壓縮 機及引擎的渦輪負載器（Turb〇lader)，產生大的且部分地大 幅波動的支承力量，因為這些機器與裝置往往呈不連續式 操作方式工作，因此傳統的空氣轴承由於它們容易振動， 並不適用，且具有壓電式小板的超音波轴承不能承受這種 大力量。 迄今’如果有較大軸承力量，則須使用滾珠軸承或用 油潤滑的滑動轴承。 但滚珠軸承或用油潤滑的滑動軸承具有行家所知的各 種缺點’例如該轴承能操作的溫度範圍很有限，同樣地， k些軸承須作封裝，俾將特定之侵蝕性介質（它們會損壞軸 承）與軸承保持遠離。此外，這些軸承會受磨損。 【發明内容】 $此*本發明的目的在克服先前技術的上述缺點以及提 供、w種較尚負荷用的強固軸承，它即使在大幅波動及較高 的皿度範圍也能操作。此外該轴承須儘量不磨損。 201033491 現種目的係利用申請專利 結構達成，其中哮_加士 項及弟2項的軸承 發明的主構杈的―"專利範圍獨立項的標的係為本 乃的主構想的下位關係。 有=請專利範圍第1項之-種轴承結構，具有一轴， 在該轴上成為可繞該轴轉動的方式，且該轴上 二 日波振m以產生—空氣膜，如此 軸上，並超音波振逢器沿轴向搞合在該 之承載的部段(轉子在此承載部段上轉:器 糸面之間形成該空氣膜或氣體膜，該 7膜或乱體媒承受軸承力量且造成該無接觸式的支承作 寸，==作特別的性質限定’例如轴承的度量尺

Uir 計和許多邊緣條件有關。但對行家 ❹ ==地’他們知道如何利用該轴向麵合之所述技術 和導_這種結構，以形成該空氣膜或氣體膜。 :果該軸承膜要在正常大氣中操作，則形成一空氣 ==’如果該轴承要在一特定之保護氣體中操作， 貝j由此保護氣體形成一氣體膜。 _=發明的優點在於：這種轴承結構可遠比迄今習知的 受大得多的轴承力量。此外，這種轴承結構 用油潤滑的滑動轴承）。 k種^不再能使用那種 依申請專利範圍第2項的一種軸承結構，具有一導引 5 201033491 軌，有一滑架可在其上沿導引軌運動，其中該滑架嵌入該 導引軌中或圍扣住此導弓I軌且有一超音波振盪器耦合在該 導引軌的一端側上，其中該軸承結構與超音波振盪器的度 ΐ设計成使該導引軌的至少—承載部段[滑架在此承載部段 上移打]振動，如此在導引軌與滑架之間形成一空氣臈或氣 體膜’該帛承受該轴承力量且造成—種無接觸式的支承作 用。此項之本發明的優點與性質和依申請專利範圍第1項 之本發明的優點與性質相同。 在依申請專利範圍第3項的轴承結構，該轴設計成圓 柱形且轉子有-個與該轴配合的孔。在本發明此實施例， 轉子須在側邊支持住，俾使它不致滑掉。 在依申請專利範圍第4項的軸承結構，該轴設計成雜 形，且轉子有-種與該轴配合的内雜形，在本發明此實施 例’轉子不須作支持’因為它會自動對準中心。 在依申請專利範圍第5項的軸承結構，設有-個側邊 止控部以將轉子上擔住，其中該止擋部同樣地振動且與轉 子的側面形成—種無接觸的軸承。此軸承結構係本發明的 -特佳實施例。行家們报清楚，冑一整個 或更多的此類結構。 吏用一個 同樣地很明顯地，—種超立 ^ 檀超3波產生器的軸向耦合的拮 術方法可有許多變化且可组 扪技 口便用因此這些變化和紐人 同樣包含在本發明的保護範圍中。 w σ 本發明在以下配合圖式詳細說明。 201033491 【實施方式】 圖4顯示一環形轉子（5)，它以可轉動的方式支承在一 轴（4)上。此轴（4)沿軸向用一超音波振盪器（1)激發’使得在 轴（4)表面造成振動，此振動配合環形轉子（5)的内面形成一 壓榨膜軸承。軸（4)的振盪性質可利用以下措施影響，以將 轴承的慣性及跑動性質改變.軸（4)可依圖2設計成空心狀 及/或依圖3另外設有槽孔。超音波振盪器（1)的雙箭頭顯示 振盈方向。圖1〜圖3中的虛線顯示軸（句之不同的振盪性 質，這種性質利用軸（4)的不同形狀而改變。軸的激發作用 可利用一放大器（升壓器）喇叭（3)(B〇〇sterh〇rn)加強。此外， 空心軸也可有一個具不同内直徑及/或階段式内直徑的孔 (5)。 利用一側邊的支持盤（2)(它同樣地振動）形成一種特別 簡單而合意的軸承結構，因為要產生侧邊的壓榨膜軸承不 需附加的超音波振盪器。

圖5顯示一錐形的軸承結構，其中轉子（^有一内錐 形，它和-外錐形⑷配合，纟中該外錐形（4)與超音波振遭 器⑴辆合’本發明此實施例的優點在於：轉子⑺在外雜形 (4)上會自動對準中心。 圖6顯示具圓心橫截面的一導引軌（6)，它支持在二個 支持位置(7)上。一滑架(8)可沿雙箭頭的方向移動。導引轨 側利用-超音波振㈣激發以作振動，這點用箭頭象 =在：此，形成一整榨膜軸承’因此滑架⑻以無接觸 的方式在導引轨（6)上滑動。 7 201033491 ，該材科要 軸或軌的枒科可為金屬或玻璃或其他材科 〃有所需之振盪機械性質。 m ,,""'田知道，迫些技術揭示包含所有的運動架上的 變化’例如一料AΛΑ It：名 向激發的振動的空心軸，一根軸支承在該 中心車由中。 【圖式簡單說明】 圖1係該軸承結構的一軸的一第一實施例； 圖2係該轴承結構的一 I*的-第二實施例； 圖3係該軸承結構的一軸的一第三實施例； 圖4係依圖丨的一軸，具有一轉子； 圖5係一錐形軸承構造； 圖6係一導引軌，具有一滑架。 【主要元件符號說明】 (1) 超音波振盪器 (2) 止擋部 (3) 放大器制0八 (4) 軸 (5) 環形轉子 (6) 導引轨 (7) 支持位置 (8) 滑架

Claims (1)

1. 201033491 七、申請專利範圍： 1·種軸承結構’具有—軸⑷，有一轉子 (1 22 3上成為可繞該軸⑷轉動的方式，且該軸⑷上設有ί超t 波振盪器（1)以產生一 ίΛ?盔Μ 〇 二虱臈，如此形成一種無接觸式的支 承作用’其特徵在： 該超音波振盪器⑴沿轴向耗合在該軸⑷上，其中該轴 承結構與該超音波振蘯器⑴設計成使得該轴之承載的部段 (轉子在此承載4 &上轉動）振動，如此在該轉子轴承面與該 抽的抽承面之間形成該空氣膜或氣體膜，該空氣膜或氣體 膜承受轴承力量且造成該無接觸式的支承作用。 2.-種軸承結構’具有—導引軌（6)，有—滑架⑻可在 其上導引軌⑹運動’其中該滑架⑹嵌入該導引軌⑹中或 4住此導引軌⑹且有—超音波振i器耗合在該導引軌⑹ 的端侧上’其中該轴承結構與超音波振盈器的度量設計 成使該導引軌（6)的至少一承載部段[滑架⑻在此承載部段 _上移行]振動，如此在導引執⑹與滑架（8)之間形成一空氣膜 或氣體膜，該膜承受該軸承力量且造成-種無接觸式的支 承作用。 9 1 . 如申請專利範圍帛1項之轴承結構，其中： 該軸設計成圓柱形。 2 4. 如申請專利範圍第丨項之軸承結構，其中： 該轴設計成錐形。 3 . 如申請專利範圍第3項之軸承結構，其中： °又有側向止擋部（2)以將轉子止擋住，其中該止擋部 201033491 同樣地振動且與該轉子的側面形成一種無接觸式軸承。