缩放结构型线动压气浮轴承及设计方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种缩放结构型线动压气浮轴承及制造方法。

背景技术：

气体润滑技术起源于19世纪中叶，气体润滑轴承作为高速、低功耗、高精密支承技术，广泛应用于陀螺仪表、电子计算机记忆装置、高速机床、离心机、压缩机、风机和泵等旋转机械中。在一些超高温、超低温及强辐射等环境下，气体轴承具有无润滑剂、无污染、轴承本身无运动部件、无接触运动等独特的优势。

气体动压轴承是粘性气体在两相对运动表面间的收敛楔形中产生压力场，形成气膜力支承转子高速旋转，即动压效应。其产生承载力的实质是流体为了保持质量守恒、动量守恒和能量守恒，对于两相对运动表面间内气膜的厚度不等时：厚度沿着运动方向减小时，间隙中会有超过环境气压的正压产生；厚度沿运动方向增大时，间隙中产生负压。因此，轴承内表面的型线好坏直接影响着气膜的厚度，进而影响轴承的承载能力。

 [0004] 另一方面，气体动压轴承由于自身结构的属性，即气膜压力的合力不是沿着承载力的方向，一部分分量即为涡动力，使轴承易出现失稳，影响轴承的稳定性。

因此，动压轴承的关键技术即轴承型线设计。合理设计的动压轴承型线一方面会增加气膜分布的有用部分——承载力，提高了轴承的承载能力；另一方面可以减小无用部分——涡动力，即增加了旋转机械的稳定性。

在以往的动压轴承专利中，例如：内流道自润滑结构的动压气浮轴承，申请号：200720177829.4，见图1。采用传统简单的矩形内槽道，槽道的型线不能发挥动压的最佳效应，从而会导致承载不足以及气动不稳定的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种缩放结构型线动压气浮轴承及制造中的特定参数。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种缩放结构型线动压气浮轴承，其组成包括：轴承体，所述的轴承体内表面具有动压结构，所述的动压结构为缩放形线增压流道槽。

所述的缩放结构型线动压气浮轴承，所述的缩放形线增压流道槽为拉法尔喷管型线增压流道槽或鱼头型线增压流道槽。

一种缩放结构型线动压气浮轴承的制造方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）轴承体选用轴承应用温度T < 500℃、工作介质为环境压力下的空气，选择具有耐磨、耐高温寄自润滑性能的碳石墨合金作为气浮轴承体材料；

（2）气浮轴承所承担的静载荷为3~5公斤、转子工作转速为100000rpm~150000rpm，内表面开设缩放结构型增压流道槽的结构；

（3）气动轴承体管局流体动力密封环所承担的载荷性质、稳定性的要求，采用弹性橡胶圈为减振技术措施，保证流体动力承载密封环结构、强度及运动稳定性；

（4）气动轴承的加工与制造根据流体动力密封环的结构设计的工艺要求，能够满足精度要求的数控设备或专用设备进行制造、加工及装配。

有益效果：

1.本发明缩放结构型线气浮动压轴承是一种新结构形式的气浮轴承。这种动压气浮轴承的结构特征是在轴承内表面开设缩放结构（拉法尔喷管型线和鱼头型线）增压流道槽结构；轴承体采用耐磨、耐高温及自润滑性能的材料，并用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等减振技术措施进行的结构设计。这种动压轴承采用合理设计的内表面型线，一方面增加气膜压力分布的有效分量，提高了轴承的承载能力；另一方面减小有害分量即涡动力，增加了旋转机械的稳定性。因此，这种纯动压气浮轴承具有承载力高，运行稳定、可靠性高，进一步拓宽了气浮轴承产品工程应用的范围。

本发明通过合理设计的轴承内表面型线，从结构上改变轴承压力分布：气体进入槽中，沿径向因气膜厚度不同形成气膜压力；沿轴向因为槽的缩放结构形成不同的压力分布。两个方向均形成有效的承载力，能够提高气浮轴承承载的稳定性与可靠性，进一步拓宽了气浮轴承应用的范围。

本发明提出一种新结构形式的气体动压轴承，即：缩放结构型线气浮轴承，主要形式包括拉法尔喷管型线和鱼头型线。通过合理设计的轴承内表面型线，从结构上改变轴承压力分布：气体进入槽中，沿径向因气膜厚度不同形成气膜压力；沿轴向因为槽的缩放结构形成不同的压力分布。两个方向均形成有效的承载力，能够提高气浮轴承承载的稳定性与可靠性，进一步拓宽了气浮轴承应用的范围。

附图说明：

附图1是内流道自润滑结构的动压气浮轴承结构示意图。

附图2是缩放形线增压流道槽为鱼头型线的轴承体的展开示意图。

附图3是缩放形线增压流道槽为拉法尔喷管型线的轴承体的展开示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种缩放结构型线动压气浮轴承，其组成包括：轴承体1，所述的轴承体内表面具有动压结构，所述的动压结构为缩放形线增压流道槽。

实施例2：

根据实施例1所述的缩放结构型线动压气浮轴承，所述的缩放形线增压流道槽为拉法尔喷管型线增压流道槽或鱼头型线增压流道槽槽型线通过不同的角度，调节气膜沿径向和轴向的压力分布：当槽型线与轴向夹角较大时，径向气膜力较大；夹角较小时，轴向气膜力较大。

鱼头结构型线槽宽分布不对称，先减小后增大，减小与增大的斜率不同；拉法尔喷管结构型线槽宽呈对称分布，先减小后增大。根据形成气膜力的特点，分别应用于长轴承和短轴承中。

实施例3：

一种缩放结构型线动压气浮轴承的制造方法，该方法包括如下参数：

（1）气浮轴承体材料的选择，即根据气浮轴承应用的温度、压力及工质等条件，合理选择耐磨、耐高温及自润滑的性能材料作为气浮轴承体材料；

（2）气浮轴承的流体动压结构设计，即根据气浮轴承应用的温度、压力及工质等条件，以及轴颈旋转、涡动转速与承担载荷性质，合理确定缩放结构型线形状；

（3）气浮轴承的本体结构设计，即根据气浮轴承所承担的载荷性质、稳定性的要求及工质等条件，采用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等措施，完成流体动力承载密封环结构、强度及运动稳定性的设计；

（4）气浮轴承的加工与制造，即根据气浮轴承结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的设备进行制造、加工及装配。

实施例4：

根据实施例3所述的缩放结构型线动压气浮轴承的设计方法，具体包括如下步骤:

（1）轴承体的选择：根据轴承应用温度T < 500℃、工作介质为环境压力下的空气，选择具有耐磨、耐高温寄自润滑性能的碳石墨合金作为气浮轴承体材料；

（2）气体静压的结构、气动轴承的动压结构设计：根据气浮轴承所承担的静载荷为3~5公斤、转子工作转速为100000rpm~150000rpm，内表面开设缩放结构型增压流道槽的结构设计；

（3）气动轴承体的结构设计：根据流体动力密封环所承担的载荷性质、稳定性的要求，采用弹性橡胶圈为减振技术措施，完成流体动力承载密封环结构、强度及运动稳定性的设计；

（4）气动轴承的加工与制造：根据流体动力密封环的结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的数控设备或专用设备进行制造、加工及装配。