CN104482049B - 动压气浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动压气浮轴承，包括定子部分，包括两个子弹型定子，并通过一轴套以子弹型定子的尾部相连接的方式连接为一个整体；转子部分，包括两个与所述定子相匹配形状的帽形转子，并以帽檐部分彼此相对的方式连接在一起，形成转子罩，两个所述帽檐部分之间设置有密封垫圈，每个帽形部分的外端部具有一开口，所述转子部分以可自由旋转的方式罩设在所述定子部分上，转子罩的两个外端部分别与定子部分的两个外端部之间通过篦齿封严，由此在所述定子部分与转子罩之间形成有密闭空间，所述转子部分与所述轴套之间形成有环形气腔，所述气腔充满润滑气体，在每个定子的外周面或所述转子的与每个定子相对的内周面上形成有动压产生槽。本发明由于采用内部气腔，在内部进气，不需要在外部进行封装，尺寸相对于传统的布局可以降低50％。

Description

动压气浮轴承

技术领域

本发明涉及动压气浮轴承，特别是涉及一种径向和轴向复合的动压气浮轴承，属于气体润滑轴承技术领域。

背景技术

气体润滑轴承是一种以气体作为润滑剂的滑动轴承。自20世纪60年代以来，随着核技术、航天技术、微电子技术、信息技术以及生物工程等新兴科学技术而发展起来，加工、检测精度从毫米、微米到亚微米，目前已发展到纳米水平，并向着原子晶格尺寸(亚纳米)水平迈进，所有这些进步都是依赖于超精密加工和超精密检测技术水平的不断提升，现阶段科学技术的发展对超精密加工和超精密检测技术提出了更高的要求，如高精度、大载荷、高刚度、低流量，高分辨率、高稳定性、低振动、爬行、低成本等。气体润滑轴承以其巨大的优势在超精密加工和超精密检测领域得到了广泛的应用。1939年，美国对陀螺仪上的气体润滑轴承进行了第一次试验。1939年，德国为了提高导弹精度，将动压气体润滑轴承应用于惯性导航领域替代机械轴承。1959年，美国在其第一颗人造地球卫星上成功应用了动压气体润滑轴承。在民用领域、气体润滑技术也得到了广泛的应用，如高速空气涡轮、高速牙钻、精密磨床主轴、精密镗床导轨、测力计、天平、高速摄影机等。

动压气浮轴承又称为自作用轴承。动压气浮轴承的先决条件是工作面之间存在高速的相对运动，同时又存在楔形间隙或台阶(莱利轴承)，由于黏性作用，将气体带入润滑间隙，产生气膜压力，形成动压气膜。这种轴承无需供气设备，***简单。其主要缺点是承载能力低、刚度小，在启动和停止过程中存在干摩擦现象，有接触磨损，寿命有限，需采用高抗磨材料并进行必要的表面处理以提高寿命。常用气浮轴承结构，如图1(a)、图1(b)、图1(c)和图1(d)所示。

目前动压气浮轴承结构主要采用两侧进气气动布局，图1(a)、图1(b)、图1(c)和图1(d)所给出的动压气浮轴承结构均采用两侧进气，以图1(b)为例，图中，两个半球形部分为两个定子，外侧阴影部分为转子，箭头所指示的位置为进气位置。上述设计存在刚度小，有效载荷低，不易封装，润滑气体易受影响，造成轴承进气堵塞、载荷能力下降等问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种通过内置气腔供气，使润滑气体不受环境影响，具有径向和轴向复合的高承载能力，且封装简单的动压气浮轴承。

本发明的技术方案为：

一种动压气浮轴承，包括：定子部分，包括两个子弹型定子，并通过一轴套以子弹型定子的尾部相连接的方式连接为一个整体，转子部分，包括两个与所述定子相匹配形状的帽形转子，并以帽檐部分彼此相对的方式连接在一起，形成转子罩，两个所述帽檐部分之间设置有密封垫圈，每个帽形部分的外端部具有一开口，所述转子部分以可自由旋转的方式罩设在所述定子部分上，转子罩的两个外端部分别与定子部分的两个外端部之间通过篦齿封严，由此在所述定子部分与转子罩之间形成有密闭空间，所述转子部分与所述轴套之间形成有环形气腔，所述气腔充满润滑气体，在每个定子的外周面或所述转子的与每个定子相对的内周面上形成有动压产生槽。

优选的是，所述的动压气浮轴承中，每个定子的外周面形成有若干螺旋状的动压产生槽；两个定子的动压产生槽的螺旋线方向相反。

优选的是，所述的动压气浮轴承中，每个定子上的动压产生槽的个数为40个，任一动压产生槽的槽深为2μm，螺旋角为30°，一条动压产生槽的槽宽与相邻的一个无槽带宽度之比为0.2。

优选的是，所述的动压气浮轴承中，所述转子的长度为26mm，任一帽檐部分的直径为26mm，任一帽形部分的帽体部分的最大直径为20mm。

本发明的技术效果为：

(1)本发明相比其它气浮轴承具有更强的环境适应能力，采用内部设计的气腔，润滑气体不受外界的影响。相比传统动压气浮轴承两侧进气，不易造成堵塞，载荷能力稳定，磨损小，寿命长。本发明由于采用内部气腔，在内部进气，不需要在外部进行封装，尺寸相对于传统的布局可以降低50％。本发明结构紧凑，封装采用胶粘和销钉固定，结构强度大。

(2)本发明采用两侧“子弹型”定子，外侧“帽子型”转子的设计，气浮轴承同时具有较高的径向、轴承载荷能力。

(3)定子上采用螺旋状的动压产生槽，槽深为2μm，槽宽比为0.2，槽数40个，相比同外径的常规动压轴承布局增大径向载荷增加50％，轴向载荷能力增加20％。

附图说明

图1(a)为现有技术中的一种动压气浮轴承的结构示意图；

图1(b)为现有技术中的另一种动压气浮轴承的结构示意图；

图1(c)为现有技术中的又一种动压气浮轴承的结构示意图；

图1(d)为现有技术中的又一种动压气浮轴承的结构示意图；

图2为本发明所述的动压气浮轴承的外观图；

图3为本发明所述的动压气浮轴承的定子的结构示意图；

图4为本发明所述的动压气浮轴承的结构示意图；

图5为本发明所述的转子的结构示意图；

图6为图5的侧视图；

图7为图4的局部A处放大图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参阅图2至图6，本发明提供了一种动压气浮轴承，包括：至少一个定子2；转子1，所述转子1的内部是中空的，所述转子可自由旋转地套设在所述至少一个定子2上，在每个定子2的外周面或所述转子的与每个定子相对的一部分的内周面上形成有动压产生槽6；气腔7，其为由所述转子1的另一部分限定出的空间，所述气腔充满润滑气体，在所述转子旋转时向所述动压产生槽6供入润滑气体以在所述动压产生槽中的润滑气体中产生动压。

传统气浮轴承结构一般需要在转子外部进行封装，以延长其恶劣环境的使用寿命时间，造成尺寸较大。本发明通过在轴承内部设计气腔，在气腔内部存储一定的润滑气体，轴承运行时直接从气腔吸气，避免从外界吸入润滑气体，不受外界恶劣环境的影响。另外，本发明不需要在外部进行封装，尺寸相对于传统的结构可以降低50％。请参阅图5和图6，优选地，所述转子的长度为26mm，任一帽檐部分9的直径为26mm，任一帽形部分的帽体部分8的最大直径为20mm。本发明结构紧凑，封装采用胶粘和销钉固定，结构强度大。

在一个实施例中，所述至少一个定子2包括两个定子，两个定子通过一轴套连接；所述气腔为所述转子的另一部分与所述轴套之间的空间。

优选地，所述定子2为子弹形。

优选地，所述转子1包括两个帽形部分，两个帽形部分的帽檐部分9彼此相对，连接在一起。转子罩覆在两个定子2(也就是图3中左定子和右定子)的外侧，并且转子与定子相对的一部分(也就是图中的左半部分和右半部分)应与定子具有相匹配的形状，以便左半部分与左定子之间可以形成轴承间隙，同时右半部分与右定子之间可以形成轴承间隙。转子的左半部分和右半部分之间的部分正对应于轴套，形成一环形的气腔7。转子旋转时，润滑气体从气腔流出，并向两侧流动，以在两侧的动压产生槽中分别产生动压作用(箭头所示出位气体流动的方向)。

在一个实施例中，每个定子2的外周面形成有若干螺旋状的动压产生槽6；两个定子的动压产生槽的螺旋线方向相反。

气浮轴承作为一种以气体作为润滑剂的滑动轴承，润滑气体常为空气、氦气，氮气或者惰性气体。由于气浮轴承的间隙非常小，一般在几个微米至几十个微米之间。动压气浮轴承工作时，间隙的润滑气体流量通常非常小，经过优化动压产生槽的槽道等参数，还可以进一步减小润滑气体的流量，从而有助于减小气腔的体积，降低轴承的尺寸。优选地，请参阅图4和图7，每个定子上的动压产生槽的个数为40个，任一动压产生槽的槽深为2μm，螺旋角B为30°，槽宽比为0.2(即一条动压产生槽6的槽宽与相邻的一个无槽带12宽度之比为0.2)。

另外，气浮轴承承载通常能力低，刚度小，传统的气浮轴承一般都是只考虑径向或者是轴向承载能力。本发明提出“子弹形”定子，动压产生槽采用等角螺旋线，并结合上述优化的槽参数，相比传统的气浮轴承，径向载荷增加50％，轴向载荷增加20％。

在一个实施例中，两个帽檐部分9之间设置有密封垫圈4，通过四个螺栓10将两个帽檐部分9链接。另外，每个帽形部分的外端部11具有一开口，该帽形部分外端部11与一个定子的外端部之间通过篦齿封严，从而在轴承工作时保持其气密性，保证载荷稳定。

本发明在不增加动压气浮轴承复杂性的基础上，提高轴承的载径向和轴向载荷能力，减小轴承的磨损，增加轴承的寿命时间。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种动压气浮轴承，其特征在于，包括：

定子部分，包括两个子弹型定子，并通过一轴套以子弹型定子的尾部相连接的方式连接为一个整体，

转子部分，包括两个与所述定子相匹配形状的帽形转子，并以帽檐部分彼此相对的方式连接在一起，形成转子罩，两个所述帽檐部分之间设置有密封垫圈，每个帽形部分的外端部具有一开口，所述转子部分以可自由旋转的方式罩设在所述定子部分上，转子罩的两个外端部分别与定子部分的两个外端部之间通过篦齿封严，由此在所述定子部分与转子罩之间形成有密闭空间，所述转子部分与所述轴套之间形成有环形气腔，所述气腔充满润滑气体，

在每个定子的外周面或所述转子的与每个定子相对的内周面上形成有动压产生槽。

2.如权利要求1所述的动压气浮轴承，其特征在于，每个定子的外周面形成有若干螺旋状的动压产生槽；两个定子的动压产生槽的螺旋线方向相反。

3.如权利要求2所述的动压气浮轴承，其特征在于，每个定子上的动压产生槽的个数为40个，任一动压产生槽的槽深为2μm，螺旋角为30°，一条动压产生槽的槽宽与相邻的一个无槽带宽度之比为0.2。

4.如权利要求1所述的动压气浮轴承，其特征在于，所述转子的长度为26mm，任一帽檐部分的直径为26mm，任一帽形部分的帽体部分的最大直径为20mm。