气体浮环动静压混合轴承及超高速空气精密主轴

摘要

本发明采用双膜气体轴承和用此轴承支承、小型冷气涡轮驱动的精密主轴，高速稳定性好，支承精度高，摩擦功耗低，寿命长，精密主轴用于精密磨削加工时，速度达30万r/min仍稳定工作。本发明可用作各行业的精密加工重要设备。

说明书

本发明涉及一种轴承结构和采用了此轴承的机械产品，适用于超高速精密支承和机械制造领域里精密加工的重要设备，可广泛应用于精密机械，仪器仪表，宇航、电子、医疗器械等行业。

目前，用于高速支承的轴承主要是单膜气体轴承，这种结构的轴承在速度超过20万r/min时，便会出现高速不稳定现象，而且轴承摩擦功耗大，为提高轴承稳定性和支承精度，往往要提高轴承部件的加工精度，使制造工艺变差，不利于推广生产及使产品商品化，国际通用的滚动轴承主轴，最高转速只有20万r/min，轴承寿命200小时左右，而且振动大、噪声大。

本发明的目的在于避免现有技术中上述不足之处而提供一种产品，以满足30万r/min以至更高的高速精密支承的需求，寻求一种结构合理、工艺简单的轴承，采用此结构轴承的超高速空气精密主轴在速度达30万r/min时仍能稳定工作。

本发明与现有技术相比具有如下优点：1、高速稳定性好;2、支承精度高;3、摩擦功耗低;4、寿命长。超高速空气精密主轴在速度达30万r/min时仍稳定工作。

本发明采用这样一种结构，即由外套、浮环、轴及止推板组成，轴与浮环构成内膜，浮环与外套构成外膜，在外套表面及浮环表面上沿周向均布数个浅腔，腔内有供气孔数个，在浮环两端面上制有扇形槽或螺旋槽，止推板在浮环两侧与浮环构成轴向间隙，作为浮环的轴向支承，超高速空气精密主轴采用了气体浮环动静压混合轴承支承，小型冷气涡轮驱动，外部加压气体由控制阀控制，确保轴承先于涡轮供气，后于涡轮断气。

本发明有如下附图：

图1是本发明的轴向剖视图，其中W₁、W₂为轴、浮环的旋转角速度，1外套，2浮环，3轴，7外膜，8内膜;

图2是本发明的径向剖视图，其中1外套，2浮环，3轴，4止推板，5外套供气孔，6浮环供气孔，7外膜，8内膜，9止推间隙;

图3是外套剖视图，其中5外套供气孔，10台区，11浅腔。

图4是外套上浅腔及供气孔分布图，其中5外套供气孔，10台区，11浅腔;

图5是浮环端面视图，其中20扇形槽，21螺旋槽。

图6是超高速空气精密主轴的剖视图，其中1外套，2浮环，12尾座，13壳体，14上止推板，15喷嘴环，16控制阀，17下止推轴承，18涡轮轴;

图7是超高速空气精密主轴的A-A剖视图，其中12尾座，15喷嘴环，19气涡轮;

图8是本发明的径向剖视图，其中1外套，2浮环，3轴，5外套供气孔，7外膜，8内膜，9止推间隙，22环形槽，23供气孔;

图9是外套上浅腔分布图，其中5外套供气孔，10台区，11浅腔，22环形槽，23供气孔;

图10是浮环上浅腔分布图，其中6浮环供气孔，10台区，11浅腔。

本发明将结合以上附图中的实施例作进一步详述：本发明由外套（1），浮环（2），轴（3）及止推板（4）组成，如图1、2、3、4、5，轴（3）与浮环（2）构成内膜（8），浮环（2）与外套（1）构成外膜（7），在外套（1）内表面及浮环（2）内表面沿周向均布3个浅腔（11），腔内有供气孔（5、6），在两端有止推板（4），与浮环（2）构成轴向间隙，作为浮环（2）的轴向止推气体轴承，轴（3）直径Φ9（单位mm），浮环（2）内外径分别为Φ9，Φ12，宽9，外套（1）直径Φ12，内膜（8）厚度平均值为8μm，外膜（7）平均厚度为10μm，浮环（2）止推间隙总值为30μm，浅腔（11）每腔内有一供气孔空（5、6），直径为Φ0.8，浅腔面积为浮环（2）单面面积的1/2，深度为15μm，如图6、7，尾座（12），壳体（13）上制有气路，与外套（1）和浮环（2）上的供气孔（5，6）相通，控制阀（16）安装在精密主轴进气端尾座（12）上，涡轮轴（18）一端固接气涡轮（19），另一端连接砂轮杆或钻头，下止推轴承（17）与上止推板（14）在浮环（2）上下两侧，外部加压气体由控制阀（16）控制，通过轴承外套（1）上的供气孔（5）及浮环（2）上的供气孔（6）进入外膜（7）和内膜（8），由于气体静压作用形成静压气膜，继而驱动轴（3）使之高速旋转，随之，浮环（2）在外膜（7）的粘带摩擦作用下，也跟着旋转，此时，轴承内外两膜（7、8）均有静、动压混合润滑效果，速度达30万r/min时仍稳定，此时环速比Ω＝W₂/W₁≈0.3，功耗比单膜气体轴承小30-40%，寿命超过10000h，超高速空气精密主轴用于Φ1小孔精密磨削，线速度达11m/s，表面粗糙度可达Ra0.2μm，停止工作时，控制阀（16）使涡轮（19）气先切断，然后停供轴承（1，2，14，17，18）气。

浅腔也可以制在轴（3）及浮环（2）的外表面上，沿周向均布。浅腔（11）的个数可以是3-8个，每个浅腔内供气孔（5，6）个数可以是1-2个。

实施例2如图8，9，10所示，轴承外套（1）尺寸为Φ14×20（单位mm），浮环（2）尺寸Φ14×20×Φ10，轴（3）直径为Φ10，外套（1）内表面上制有2排浅腔（11），每排3个，周向均布，每腔内有一供气孔（5），两排浅腔（11）之间开一环形槽（22），宽×深＝2×1，槽内设一供气孔（23）直径Φ2，与气源相通，浮环（2）内表面制有6个浅腔（11），一排沿周向均布，每腔内设一供气孔（6），沿轴向位于外套环形槽（22）同一轴截面内，轴（3）与浮环（2）及浮环（2）与外套（1）分别构成轴承内外气膜（8，7），本例供气孔（5，6）直径均为Φ0.6，浅腔（11）深度为6μm，内膜（8）厚度为8μm，外膜（7）厚度为6μm，浮环（2）两端面开有螺旋沟，端面与止推板（4）构成轴向间隙，承受轴向止推作用，总轴的间隙为24μm，本实施例内、外膜（8，7）均具有二次节流静压效果。

每排浅腔（11）的个数可以是3-8个，供气孔（5，6）每个浅腔内个数可以是1-2个。