带有阿基米德螺旋均压槽的腰型止推用气体静压节流器

摘要

本发明涉及一种带有阿基米德螺旋均压槽的腰型止推用气体静压节流器。传统的节流器难以同时满足系统的超稳定和高刚度的要求。本发明的节流器整体呈腰型，其上表面和下表面平行，上表面上沿纵轴线对称开有节流孔和N道阿基米德螺旋均压槽，每道阿基米德螺旋均压槽始于节流孔，N道阿基米德螺旋均压槽以节流孔为中心呈中心对称分布；该上表面纵轴线上开有导流槽；节流器一对平行侧面上开有贯穿节流器的进气孔；所述的进气孔与所述的节流孔连通；从进气孔进入的气体由节流孔射出后沿阿基米德螺旋均压槽螺旋散开，使上表面压强分布均匀，并形成均匀稳定的气膜。本发明可以有效减小气膜振动、提高静压系统的刚度和稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及气体静压润滑领域，尤其是涉及一种带有阿基米德螺旋均压槽的腰型止推用气体静压节流器。

背景技术

在超精密加工及超精密检测技术领域，与其他类型的轴承相比，气体静压润滑技术速度高、精度高、功率低、寿命长，具有广泛的应用前景。但气体静压系统的主要缺点是承载能力低、刚度小及稳定性差，已成为制约其进一步发展的重要因素。

提高气体静压系统的刚度是气体静压轴承研究领域的难点和热点之一，属于前沿问题。由于气体本身具有可压缩性，对提高气体润滑的刚度带来很大的困难。尽管有很多学者做了相关研究，但此问题尚未得到很好的解决，主要障碍表现在难以同时满足系统的超稳定和高刚度的要求。事实上，气体静压系统中刚度与稳定性是一对矛盾。因此，对气体静压系统进行的刚度和稳定性研究，是关系到气体静压技术的进步与实用化的重大课题。在对气体静压技术进行研究时，节流器微流场的研究是核心问题。传统的节流器多采用小孔节流，气源压力会造成节流孔出口处的流速过高，形成的射流在润滑气膜中产生湍流和微旋涡，成为主要振源。采用多孔质节流原理时因微孔材料的自然状态而使气流从微孔中流出的方向存在随机性，也会产生局部微小的湍流。以上均难以同时满足系统的超稳定和高刚度的要求。

发明内容

为了克服传统气体静压止推节流器承载面积小、刚度低、气膜流场不稳定等问题，本发明的目的在于提供一种带有阿基米德螺旋均压槽的腰型止推用气体静压节流器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

该节流器整体呈腰型，其上表面和下表面平行，上表面上沿纵轴线对称开有节流孔和N道阿基米德螺旋均压槽，每道阿基米德螺旋均压槽始于节流孔，N道阿基米德螺旋均压槽以节流孔为中心呈中心对称分布；该上表面纵轴线上开有导流槽，其中1≤N≤12；

节流器一对平行侧面上开有贯穿节流器的进气孔；所述的进气孔与所述的节流孔连通；从进气孔进入的气体由节流孔射出后沿阿基米德螺旋均压槽螺旋散开，使上表面压强分布均匀，并形成均匀稳定的气膜。

所述的节流孔直径为0.05～0.2mm。

所述的导流槽截面为矩形，宽度为8～10mm，深度为0.05～0.2mm。

所述的均压槽截面可以为矩形，宽度为0.05～0.2mm，深度为0.05～0.2mm或是半圆形，半径为0.05～0.2mm。

本发明具有的有益效果是：本发明由于采用腰型，一定程度上增大了承载面积，也提高了刚度。工作面上开设阿基米德螺旋均压槽与导流槽，既保证了气体流速不致过高，也可及时将气体导入大气，防止了气膜湍动造成的不稳定，又改善了气体流向的随机性和不确定性。同时采用双节流孔进行节流，可以保证稳定的气体微流场，进而有效减小气膜振动、提高静压系统的刚度和稳定性。与传统止推节流器相比，由本发明所形成的静压系统气膜具有较大的刚度和较高的稳定性。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的仰视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的左视图；

图5是图1中I处放大示意图；

图6是图1中II处放大示意图；

图7是图3中III处放大示意图；

图中：1、节流器；2、节流孔；3、导流槽；4、均压槽；5、进气孔；6、工艺孔；7、球窝；8、燕尾槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1、图3和图5所示，带有阿基米德螺旋均压槽的腰型止推用气体静压节流器1整体呈腰型，其上表面和下表面平行，上表面即工作面上沿纵轴线对称开有节流孔2和三道阿基米德螺旋均压槽4，节流孔2可防止气体倒流引起气膜振动。每道阿基米德螺旋均压槽4始于节流孔2，三道阿基米德螺旋均压槽4以节流孔2为中心呈中心对称分布。

上表面即工作面纵轴线上开有导流槽3，导流槽3位于节流孔中心连线的中间位置，该导流槽3可以及时将气体导入大气，降低气体湍动造成的气膜不稳定。

本实施例中采用两个节流孔2，围绕两节流孔2各开有三道阿基米德螺旋均压槽4，保证了气体由节流孔2射出后，沿阿基米德螺旋均压槽4螺旋散开，使工作面压强分布均匀，并在工作面间均匀地散开而形成气膜，防止气体射流产生气膜湍动和微漩涡，减小气膜微振动。节流器1一对平行侧面上开有贯穿节流器的进气孔5；

从进气孔5进入的气体由节流孔2射出后沿阿基米德螺旋均压槽4螺旋散开，使上表面即工作面压强分布均匀，并形成均匀稳定的气膜。由阿基米德螺旋均压槽4出口段射出的气体经由导流槽3排至周围大气，可以避免两股气流相互干扰而产生湍流和微振动。整个过程不仅有效地降低了节流孔2出口处的气体流速，预防了射流产生的气体湍动和微漩涡，减小了气膜的微尺度振动，而且实现了气体出射时的多方向螺旋支承，保证了气膜润滑的稳定性，提高了气膜的承载能力与刚度。

由于节流孔2孔径较小，仅有0.05～0.2mm，现有钻孔工艺仅能保证钻孔深度0.2～0.3mm，故在设计中要考虑钻工艺孔。本实施例中的首先由节流器下表面由下至上钻一个孔径稍大的工艺孔，该工艺孔与进气孔连通，然后通过一段过段段连通至孔径稍小的工艺孔，而该孔径稍小工艺孔是与节流孔2相同的，故节流孔2也是与进气孔5相通的。

节流孔2直径为0.05～0.2mm，导流槽3截面为矩形，宽度为2～10mm，深度为0.05～0.2mm。均压槽4截面为矩形，宽度为0.05～0.2mm，深度为0.05～0.2mm；当然均压槽4截面也可以为半圆形，半径为0.05～0.2mm。

工作前，将下表面一侧的工艺孔6封死，防止通气时有气体从工艺孔6渗出。

将球头螺栓的球头部分顶入气体静压节流器1下底面的球窝7中，再将锥形支架嵌入燕尾槽8内，保证球头螺栓的中轴线垂直于节流器1的下底面，从而保证了气体静压节流器处于工作轴的轴向方向，完成气体静压节流器的轴向止推功能。

工作时，将压力为0.1～1Mpa的气体通过进气孔5送入气体静压节流器，气体通过上表面即工作面的节流孔2喷射，经由阿基米德螺旋均压槽4在工作面间形成均匀的气膜，使得气体节流器悬浮于其相应的工作面，达到气膜润滑作用，实现工作轴的气浮运动。

由于该种节流器使用阿基米德螺旋均压槽节流，可以提高气体流场的稳定性及刚度，实现气膜流场的低湍动。