CN101691879A - 内π形气楔槽动静压复合气浮轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明一种内π形气楔槽动静压复合气浮轴承，涉及轴承技术，是支承超高速旋转机械的一种新结构形式的气浮轴承。其结构特征是轴承内表面采用π形气楔槽设计、动静压复合设计和止推面动静压设计，止推面采用螺旋形增压槽设计，且内表面和止推面上分别有静压供气孔。本发明的气浮轴承，避免了静压和动压之间的耦合和相互干扰弊端、避免轴承两端动压效果不一致的弊端，不仅显著地提高了轴承的承载能力和转速，极大地降低了转子轴颈的轴向和横向振动，提高了转子***的稳定性、可靠性。因此，本发明结构简单、承载力高，运行稳定、可靠性高，进一步拓宽了气浮轴承的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于轴承技术领域，涉及一种支承高速旋转机械的一种内π形气楔槽动静压复合气浮轴承。
背景技术
气浮轴承是20世纪中期迅速发展起来的一项高科技产品，它与传统的滚动轴承或油质滑动轴承相比，具有高转速、高精度、低功耗、无污染、寿命长、环境适应性强等优点。因此广泛应用于国防、能源、机床及医疗等行业，尤其是在超高速旋转机械和超精密仪器技术领域更有明显的优越性。
目前，气浮轴承润滑主要有两种基本的润滑方式，一种是静压气浮轴承，如图1所示；另一种是动压气浮轴承或者动静压混合式气浮轴承。动压气浮轴承可以分为两种方式，其一是在气浮轴承支承的转子上开槽，其二是在气浮轴承内表面上开槽；附图2是一种轴流槽式动压气浮轴承的剖视图，图中，转子轴颈1、轴承体2、转子轴颈1外圆表面的增压流道槽3、弹性圈4，增压流道槽位人字形；专利申请：π形槽动静压混合式气体轴承，申请号94207681.8，见图3所示，其核心是在转子轴颈上开设π形增压流道槽。
无论是静压气浮轴承还是动压气浮轴承，其原理都是依靠气体润滑，轴承就是利用气体的粘度，提高间隙中的气体压力，从而将轴悬浮起来的轴承(见[日]十合晋一著，韩焕臣译《气动轴承枛设计、制作与应用》，宇航出版社，1988)。轴流槽式动压气浮轴承是在轴颈表面加工成气流槽道，并且动静间隙呈楔状的相对移动表面沿移动方向间隙逐渐变小，利用气体的粘性作用，在相对移动的楔形表面拖带产生压力使轴悬浮起来(见[苏]B.H德洛芝道维奇著，郑丽珠译，《动压气浮轴承》，国防工业出版社，1982)；上述静压、动压气浮轴承的优点是结构简单，便于维护，在许多情况下应用也很有效；但是，静压气浮轴承的承载力低，被支承的旋转体重量不能过高；上述两种动压气浮轴承，由于转子轴颈上开槽的结构特点，都存在起停等短时间对接触面耐磨性能要求高，轴颈表面不光滑更易发生动静部件碰摩、磨损，造成轴承的故障。
专利申请：内槽道自润滑动静压耦合气浮轴承，申请号：200720177830.7，见图4A、图4B。所示，其主要内容如下：它由转子轴颈1、轴承体2、增压流道槽3、减振弹性圈4、供气孔5、供气喷嘴6组成；供气孔5和供气喷嘴6构成静压***，增压流道槽为动压***。其主要存在两个问题：一是静压***的供气喷嘴6位于动压***的增压流道槽3内，当静压***供气不均匀或转子存在振动时，供气喷嘴6进来的空气形成的流场产生扰动，轴承两端支撑刚度不再相等，从而会导致高速旋转机械振动超标或失稳；二是动压***的轴承两端的两个增压流道槽没有贯通，在转子出现振动或静压供气压力不等的情况下，轴承两端的动压效应不再对等，从而降低了气浮轴承的承载力，即降低了高速旋转机械的可靠性。
专利申请：内流道自润滑结构的动压气浮轴承，申请号：200720177829.4，见图5A、图5B所示，其主要内容如下：它由转子轴颈1、轴承体2、增压流道槽3、弹性圈4组成；其主要存在两个问题：一是由于是纯动压气浮轴承，在启动阶段和低速阶段(如2万转/分以下)，该气浮轴承的动压效果较差，轴颈不能有效浮起，轴承润滑不畅，导致短时间碰摩和振动较为严重；二是轴承两端的两个增压流道槽没有贯通，在转子出现振动或局部碰摩或外界扰动下，轴承两端的动压效应不再对等，从而降低了动压气浮轴承的承载力，即降低了高速旋转机械的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种内π形气楔槽动静压复合气浮轴承，克服了上述现有静压气浮轴承、动压气浮轴承及动静压耦合气浮轴承的存在的不足。
一种内π形气楔槽动静压复合气浮轴承，所述复合，一是指轴承由静压***和动压***构成，二是指轴承同时具有径向和轴向(止推)支承能力。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
静压***是在轴承止推面和内表面分别开设贯通的静压供气孔，包括止推面静压进气孔、止推面静压垂向喷嘴、内表面静压供气孔和内表面静压切向喷嘴；止推面静压垂向喷嘴方向与止推面垂直，喷嘴有两排，每排沿止推面中心呈中心对称均匀分布；内表面静压切向喷嘴有一排，喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交。
动压***包括止推面动压螺旋槽和内表面动压π形气楔槽；止推面动压螺旋槽深度一致，顶部带有尖角，沿止推面与止推面静压喷嘴间隔均匀分布；内表面动压π形气楔槽，其形状为π形，槽宽均匀，有气楔角，即沿旋转方向槽的深度由深变浅，π行槽沿内表面与内表面静压喷嘴间隔均匀分布。
径向支承由轴承内表面的静压***和动压***构成，止推由轴承止推面上的静压***和动压***构成。
本发明的有益效果是轴承内表面采用π形气楔槽设计、动静压混合设计和止推面动静压设计，提高了轴承的低速、高速阶段的承载力，贯通的π形气楔槽设计有效提高了支承的稳定、可靠性；止推面可以极大的降低被支承轴颈的轴向振动，进一步拓宽了气浮轴承的使用范围。
附图说明
图1是现有静压气浮轴承结构示意图。
图2是现有轴流槽式动压气浮轴承示意图。
图3是现有π形槽动静压混合式气体轴承结构示意图。
图4A是现有内槽道自润滑动静压耦合气浮轴承结构示意图。
图4B是图4A的气浮轴承内表面增压流道槽结构示意图。
图5A是现有内流道自润滑结构的动压气浮轴承结构示意图。
图5B是图5A的气浮轴承内表面增压流道槽结构示意图。
图6是本发明的内π形气楔槽动静压复合气浮轴承横截面示意图。
图7是图6的止推面示意图。
图8是图6的纵截面示意图。
图9A、图9B、图9C是轴承内表面π形气楔槽形状及深度变化示意图。
图中：01止推面静压供气孔；02内表面静压供气孔；03止推面静压垂向喷嘴；04内表面静压切向喷嘴；05内表面动压π形气楔槽；06止推面动压螺旋槽07密封圈。
具体实施方式
以下结合技术和附图详细叙述实施例。
如图所示，本发明的内π形气楔槽动静压复合气浮轴承由止推面静压供气孔01、内表面静压供气孔02、止推面静压垂向喷嘴03、内表面静压切向喷嘴04、内表面动压π形气楔槽05、止推面动压螺旋槽06、密封圈07组成。内π形气楔槽动静压复合气浮轴承主要通过静压***和动压***为转子轴颈提供支承刚度，其中，
静压***包括止推面静压进气孔01、止推面静压垂向喷嘴03、内表面静压供气孔02、内表面静压切向喷嘴组成04；止推面静压垂向喷嘴03方向与止推面垂直，喷嘴有两排，每排沿止推面中心呈中心对称均匀分布；内表面静压切向喷嘴04有一排，分别位于内表面动压π形气楔槽05之间，喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交。
动压***包括止推面动压螺旋槽06、内表面动压π形气楔槽05；止推面动压螺旋槽06深度一致，顶部带有尖角，沿止推面与止推面静压喷嘴间隔均匀分布；内表面动压π形气楔槽05形状为π形，槽宽均匀，有气楔角，即沿旋转方向槽的深度由深变浅。π形槽沿内表面且与内表面静压喷嘴间隔均匀分布。
同时，请参见附图，本发明的核心技术是采用π形气楔槽设计、动静压混合设计和止推面动静压设计。其原理是根据气浮轴承与被支承转子轴颈动静部件的结构特点，首先利用静压***使转子轴颈在轴承内表面和止推面悬浮起来，并为转子轴颈的在一定转速范围内的旋转提供支承刚度和阻尼；当转子轴颈的转速增大到一定程度后，动压***开始发挥更大的支承刚度，即止推面动压螺旋槽06、内表面动压π形气楔槽05中的空气被高速旋转的转子轴颈带动起来，形成气体增压的效果。密封圈07除了具有密封高压气体的功能之外，还可以减小气浮轴承在被支承转子启动阶段的碰摩和磨损。
气浮轴承的这种动压、静压复合设计可以为转子轴颈提供由低速到高速旋转过程中的支承刚度，避免了静压和动压之间的耦合和相互干扰作用；贯通的π形气楔槽设计可以避免“八”字形或“人”字形增压流道槽(或叫动压槽)两端动压效果不一致的严重弊端，贯通的设计使轴承两端增压效果或支承刚度一致，使转子轴颈运行更稳定、可靠。止推面动静压设计可以使转子轴颈悬浮于两轴承之间，起到止推轴承的效果，极大地降低了转子轴颈的轴向振动，同时对于径向振动也具有很好的抑制作用，因此，显著提高了转子轴颈运行的稳定性，拓宽了气浮轴承的使用范围。
Claims (1)
1.一种内π形气楔槽动静压复合气浮轴承，包括止推面静压供气孔(01)、内表面静压供气孔(02)、止推面静压垂向喷嘴(03)、内表面静压切向喷嘴(04)、内表面动压π形气楔槽(05)、止推面动压螺旋槽(06)和密封圈(07)；其特征在于：包括静压***和动压***，其中，
静压***是在轴承止推面和内表面分别开设贯通的静压供气孔，止推面静压垂向喷嘴(03)方向与止推面垂直，喷嘴有两排，每排沿止推面中心呈中心对称均匀分布；内表面静压切向喷嘴(04)有一排，分别位于内表面动压π形气楔槽(05)之间，喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交；
动压***是在轴承止推面和内表面分别开设动压螺旋槽(06)、内表面动压π形气楔槽(05)；止推面动压螺旋槽(06)深度一致，顶部带有尖角，沿止推面与止推面静压喷嘴间隔均匀分布；内表面动压π形气楔槽(05)；
槽的形状为π形，槽宽均匀，有气楔角，即沿旋转方向槽的深度由深变浅。π形气楔槽(05)沿内表面整圈均匀分布，且与内表面静压喷嘴间隔分布。
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