專利名稱：縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承及設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承及制造方法。
背景技術(shù)：
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氣體潤滑技術(shù)起源于19世紀(jì)中葉,氣體潤滑軸承作為高速、低功耗、高精密支承技術(shù)，廣泛應(yīng)用于陀螺儀表、電子計算機(jī)記憶裝置、高速機(jī)床、離心機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。在一些超高溫、超低溫及強(qiáng)輻射等環(huán)境下，氣體軸承具有無潤滑劑、無污染、軸承本身無運(yùn)動部件、無接觸運(yùn)動等獨(dú)特的優(yōu)勢。氣體動壓軸承是粘性氣體在兩相對運(yùn)動表面間的收斂楔形中產(chǎn)生壓力場，形成氣膜力支承轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，即動壓效應(yīng)。其產(chǎn)生承載力的實質(zhì)是流體為了保持質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒，對于兩相對運(yùn)動表面間內(nèi)氣膜的厚度不等時:厚度沿著運(yùn)動方向減小時，間隙中會有超過環(huán)境氣壓的正壓產(chǎn)生；厚度沿運(yùn)動方向增大時，間隙中產(chǎn)生負(fù)壓。因此，軸承內(nèi)表面的型線好壞直接影響著氣膜的厚度，進(jìn)而影響軸承的承載能力。
另一方面，氣體動壓軸承由于自身結(jié)構(gòu)的屬性，即氣膜壓力的合力不是沿著承載力的方向，一部分分量即為渦動力，使軸承易出現(xiàn)失穩(wěn)，影響軸承的穩(wěn)定性。因此，動壓軸承的關(guān)鍵技術(shù)即軸承型線設(shè)計。合理設(shè)計的動壓軸承型線一方面會增加氣膜分布的有用部分一承載力，提高了軸承的承載能力；另一方面可以減小無用部分一渦動力，即增加了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)定性。在以往的動壓軸承專利中，例如:內(nèi)流道自潤滑結(jié)構(gòu)的動壓氣浮軸承，申請?zhí)?200720177829.4，見圖1。采用傳統(tǒng)簡單的矩形內(nèi)槽道，槽道的型線不能發(fā)揮動壓的最佳效應(yīng)，從而會導(dǎo)致承載不足以及氣動不穩(wěn)定的問題。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明的目的是提供一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承及制造中的特定參數(shù)。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承，其組成包括:軸承體，所述的軸承體內(nèi)表面具有動壓結(jié)構(gòu)，所述的動壓結(jié)構(gòu)為縮放形線增壓流道槽。所述的縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承，所述的縮放形線增壓流道槽為拉法爾噴管型線增壓流道槽或魚頭型線增壓流道槽。一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承的制造方法，其特征是:該方法包括如下步驟:
(1)軸承體選用軸承應(yīng)用溫度T< 500°C、工作介質(zhì)為環(huán)境壓力下的空氣，選擇具有耐磨、耐高溫寄自潤滑性能的碳石墨合金作為氣浮軸承體材料；
(2)氣浮軸承所承擔(dān)的靜載荷為3飛公斤、轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為100000rpnTl50000rpm，內(nèi)表面開設(shè)縮放結(jié)構(gòu)型增壓流道槽的結(jié)構(gòu)；
(3)氣動軸承體管局流體動力密封環(huán)所承擔(dān)的載荷性質(zhì)、穩(wěn)定性的要求,采用彈性橡膠圈為減振技術(shù)措施，保證流體動力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動穩(wěn)定性；
(4)氣動軸承的加工與制造根據(jù)流體動力密封環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝要求，能夠滿足精度要求的數(shù)控設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備進(jìn)行制造、加工及裝配。
有益效果:
1.本發(fā)明縮放結(jié)構(gòu)型線氣浮動壓軸承是一種新結(jié)構(gòu)形式的氣浮軸承。這種動壓氣浮軸承的結(jié)構(gòu)特征是在軸承內(nèi)表面開設(shè)縮放結(jié)構(gòu)(拉法爾噴管型線和魚頭型線)增壓流道槽結(jié)構(gòu)；軸承體采用耐磨、耐高溫及自潤滑性能的材料，并用橡膠圈、金屬橡膠及彈性復(fù)合材料等減振技術(shù)措施進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計。這種動壓軸承采用合理設(shè)計的內(nèi)表面型線，一方面增加氣膜壓力分布的有效分量，提高了軸承的承載能力；另一方面減小有害分量即渦動力，增加了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)定性。因此，這種純動壓氣浮軸承具有承載力高，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高，進(jìn)一步拓寬了氣浮軸承產(chǎn)品工程應(yīng)用的范圍。本發(fā)明通過合理設(shè)計的軸承內(nèi)表面型線，從結(jié)構(gòu)上改變軸承壓力分布:氣體進(jìn)入槽中，沿徑向因氣膜厚度不同形成氣膜壓力；沿軸向因為槽的縮放結(jié)構(gòu)形成不同的壓力分布。兩個方向均形成有效的承載力，能夠提高氣浮軸承承載的穩(wěn)定性與可靠性，進(jìn)一步拓寬了氣浮軸承應(yīng)用的范圍。本發(fā)明提出一種新結(jié)構(gòu)形式的氣體動壓軸承，即:縮放結(jié)構(gòu)型線氣浮軸承，主要形式包括拉法爾噴管型線和魚頭型線。通過合理設(shè)計的軸承內(nèi)表面型線，從結(jié)構(gòu)上改變軸承壓力分布:氣體進(jìn)入槽中，沿徑向因氣膜厚度不同形成氣膜壓力；沿軸向因為槽的縮放結(jié)構(gòu)形成不同的壓力分布。兩個方向均形成有效的承載力，能夠提高氣浮軸承承載的穩(wěn)定性與可靠性，進(jìn)一步拓寬了氣浮軸承應(yīng)用的范圍。


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附圖1是內(nèi)流道自潤滑結(jié)構(gòu)的動壓氣浮軸承結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是縮放形線增壓流道槽為魚頭型線的軸承體的展開示意圖。附圖3是縮放形線增壓流道槽為拉法爾噴管型線的軸承體的展開示意圖。
具體實施方式
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實施例1:
一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承，其組成包括:軸承體1，所述的軸承體內(nèi)表面具有動壓結(jié)構(gòu)，所述的動壓結(jié)構(gòu)為縮放形線增壓流道槽。實施例2:
根據(jù)實施例1所述的縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承，所述的縮放形線增壓流道槽為拉法爾噴管型線增壓流道槽或魚頭型線增壓流道槽槽型線通過不同的角度，調(diào)節(jié)氣膜沿徑向和軸向的壓力分布:當(dāng)槽型線與軸向夾角較大時，徑向氣膜力較大；夾角較小時，軸向氣膜力較大。魚頭結(jié)構(gòu)型線槽寬分布不對稱，先減小后增大，減小與增大的斜率不同；拉法爾噴管結(jié)構(gòu)型線槽寬呈對稱分布，先減小后增大。根據(jù)形成氣膜力的特點(diǎn)，分別應(yīng)用于長軸承和短軸承中。實施例3:
一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承的制造方法，該方法包括如下參數(shù):
(1)氣浮軸承體材料的選擇，即根據(jù)氣浮軸承應(yīng)用的溫度、壓力及工質(zhì)等條件，合理選擇耐磨、耐高溫及自潤滑的性能材料作為氣浮軸承體材料；
(2)氣浮軸承的流體動壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，即根據(jù)氣浮軸承應(yīng)用的溫度、壓力及工質(zhì)等條件，以及軸頸旋轉(zhuǎn)、渦動轉(zhuǎn)速與承擔(dān)載荷性質(zhì)，合理確定縮放結(jié)構(gòu)型線形狀； (3)氣浮軸承的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計，即根據(jù)氣浮軸承所承擔(dān)的載荷性質(zhì)、穩(wěn)定性的要求及工質(zhì)等條件，采用橡膠圈、金屬橡膠及彈性復(fù)合材料等措施，完成流體動力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動穩(wěn)定性的設(shè)計；
(4)氣浮軸承的加工與制造，即根據(jù)氣浮軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝要求，選擇能夠滿足精度要求的設(shè)備進(jìn)行制造、加工及裝配。 實施例4:
根據(jù)實施例3所述的縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承的設(shè)計方法，具體包括如下步驟:
(1)軸承體的選擇:根據(jù)軸承應(yīng)用溫度T< 500°C、工作介質(zhì)為環(huán)境壓力下的空氣，選擇具有耐磨、耐高溫寄自潤滑性能的碳石墨合金作為氣浮軸承體材料；
(2)氣體靜壓的結(jié)構(gòu)、氣動軸承的動壓結(jié)構(gòu)設(shè)計:根據(jù)氣浮軸承所承擔(dān)的靜載荷為3 5公斤、轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為100000rpnTl50000rpm,內(nèi)表面開設(shè)縮放結(jié)構(gòu)型增壓流道槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
(3)氣動軸承體的結(jié)構(gòu)設(shè)計:根據(jù)流體動力密封環(huán)所承擔(dān)的載荷性質(zhì)、穩(wěn)定性的要求，采用彈性橡膠圈為減振技術(shù)措施，完成流體動力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動穩(wěn)定性的設(shè)計；
(4)氣動軸承的加工與制造:根據(jù)流體動力密封環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝要求，選擇能夠滿足精度要求的數(shù)控設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備進(jìn)行制造、加工及裝配。
權(quán)利要求
1.一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承，其組成包括:軸承體，其特征是:所述的軸承體內(nèi)表面具有動壓結(jié)構(gòu)，所述的動壓結(jié)構(gòu)為縮放形線增壓流道槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承，其特征是:所述的縮放形線增壓流道槽為拉法爾噴管型線增壓流道槽或魚頭型線增壓流道槽。
3.一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承的制造方法，其特征是:該方法包括如下步驟: (1)軸承體選用軸承應(yīng)用溫度T< 500°C、工作介質(zhì)為環(huán)境壓力下的空氣，選擇具有耐磨、耐高溫寄自潤滑性能的碳石墨合金作為氣浮軸承體材料； (2)氣浮軸承所承擔(dān)的靜載荷為3飛公斤、轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為100000rpnTl50000rpm，內(nèi)表面開設(shè)縮放結(jié)構(gòu)型增壓流道槽的結(jié)構(gòu)； (3)氣動軸承體管局流體動力密封環(huán)所承擔(dān)的載荷性質(zhì)、穩(wěn)定性的要求,采用彈性橡膠圈為減振技術(shù)措施，保證流體動力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動穩(wěn)定性； (4)氣動軸承的加工與制造根據(jù)流體動力密封環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝要求，能夠滿足精度要求的數(shù)控設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備進(jìn)行制造、加工及裝配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承及制造方法。氣體潤滑技術(shù)起源于19世紀(jì)中葉，氣體潤滑軸承作為高速、低功耗、高精密支承技術(shù)，廣泛應(yīng)用于陀螺儀表、電子計算機(jī)記憶裝置、高速機(jī)床、離心機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。本發(fā)明的組成包括軸承體(1)，所述的軸承體內(nèi)表面具有動壓結(jié)構(gòu)，所述的動壓結(jié)構(gòu)為縮放形線增壓流道槽，本產(chǎn)品為縮放結(jié)構(gòu)型線動壓氣浮軸承。本發(fā)明用于支承高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械。
文檔編號F16C32/06GK103195808SQ20131014016
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者楊金福, 陳昌婷, 黃鍇, 陳策, 邱敬樂 申請人:哈爾濱耦合動力工程技術(shù)中心有限公司