專利名稱：漸開線內(nèi)流道自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓氣浮軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械氣浮軸承的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。適用于轉(zhuǎn)子質(zhì)量在IOkg以上，轉(zhuǎn)速在40000rpm以上的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。
背景技術(shù)：
氣浮軸承是20世紀(jì)中期迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品，它與常規(guī)油質(zhì)潤(rùn)滑軸承(滾動(dòng)軸承或油質(zhì)滑動(dòng)軸承)相比，具有很多良好的特性，如高轉(zhuǎn)速、高精度、 低功耗、無污染和壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于國(guó)防、能源、機(jī)床及醫(yī)療等行業(yè)，尤其是在高速回轉(zhuǎn)機(jī)械和超精密儀器技術(shù)領(lǐng)域更有明顯的優(yōu)越性。目前，動(dòng)壓氣浮軸承潤(rùn)滑的主要結(jié)構(gòu)形式是軸流槽式，如圖1。軸流槽式動(dòng)壓氣浮軸承是在軸頸表面加工成氣流槽道，并且動(dòng)靜間隙成楔狀的相對(duì)移動(dòng)表面沿移動(dòng)方向間隙逐漸變小，利用氣體的粘性作用，在相對(duì)移動(dòng)的楔形表面拖帶產(chǎn)生壓力使軸懸浮起來。這兩種氣浮軸承的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，在輕載小質(zhì)量轉(zhuǎn)子的許多情況下得到廣泛應(yīng)用。但這種結(jié)構(gòu)仍然存在一些不足。一是在高速重載的情況下，存在啟停短時(shí)間內(nèi)接觸面承載不夠而導(dǎo)致動(dòng)靜部件碰摩損壞軸承的問題。二是傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的內(nèi)槽道型線， 未采取任何型線優(yōu)化措施，存在低轉(zhuǎn)速下承載不足而高轉(zhuǎn)速下氣動(dòng)不穩(wěn)定的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種新結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)壓氣浮軸承如圖2，即漸開線內(nèi)流道自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓氣浮軸承。這種軸承改變了傳統(tǒng)內(nèi)槽道軸承在徑向軸承和推力面上的內(nèi)槽道流道子午面不變性設(shè)計(jì)，改善了周向壓力分布，能夠有效的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)明的核心技術(shù)是在軸承徑向內(nèi)表面和推力面開設(shè)漸開線增壓流道槽結(jié)構(gòu)，流道槽沿著流線子午面，從外向內(nèi)流道槽深度和寬度都逐漸收斂，如圖3。推力軸承的推力面與徑向軸承的軸向端面一致，也就是形成徑向-推力一體化的H型聯(lián)合軸承，推力面上采用漸開線槽道設(shè)計(jì)，沿著周向均勻分布，如圖4 ；這里在氣浮軸承徑向內(nèi)表面開設(shè)漸開線增壓流道槽，是利用軸頸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氣體增壓的效果，為轉(zhuǎn)子的浮起提供了動(dòng)壓承載作用；針對(duì)氣浮軸承的應(yīng)用條件，合理選擇耐磨、耐高溫性能的自潤(rùn)滑材料作為氣浮軸承內(nèi)表面材料，強(qiáng)化了動(dòng)靜部件接觸表面摩擦的適應(yīng)能力，有效地解決了軸頸氣流槽動(dòng)靜部件短時(shí)間接觸， 軸承內(nèi)表面相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的摩損問題；采用彈性復(fù)合材料等減振技術(shù)措施，也進(jìn)一步提高了其浮軸承運(yùn)行的穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案主要通過如下步驟實(shí)現(xiàn)1.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、高強(qiáng)度的自潤(rùn)滑材料作為氣體軸承體材料；2.氣浮軸承的流體動(dòng)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即根據(jù)氣浮軸承所承擔(dān)的轉(zhuǎn)子質(zhì)量為10kg、轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為40000rpm以上，以及軸頸旋轉(zhuǎn)、渦動(dòng)轉(zhuǎn)速與承擔(dān)載荷性質(zhì)，合理確定漸開線增壓流道槽的型線，和軸承徑向內(nèi)表面和推力面增壓流道槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3.軸承的加工與制造，即根據(jù)氣浮軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。


附圖是軸承結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1轉(zhuǎn)子軸頸、2軸承體、3增壓流道槽、4彈性圈。圖1是軸流槽式動(dòng)壓氣浮軸承。圖2是漸開線流道自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓氣浮軸承。圖3是內(nèi)槽道沿著流線子午面從外向內(nèi)逐漸收斂的結(jié)構(gòu)。圖4是采用漸開線槽道設(shè)計(jì)的推力面結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.漸開線內(nèi)流道自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓氣浮軸承，其特征在于(1)在徑向軸承內(nèi)表面開設(shè)周向均勻分布的漸開線增壓流道槽結(jié)構(gòu)；流道槽沿著流線子午面，從外向里流道槽深度和寬度都逐漸收斂。(2)推力軸承的推力面與徑向軸承的軸向端面一致，也就是形成徑向-推力一體化的H 型聯(lián)合軸承。(3)推力面上也采用漸開線槽道設(shè)計(jì)，沿著周向均勻分布。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的結(jié)構(gòu)、方法及特征進(jìn)行的一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的結(jié)構(gòu)與方法，其特征在于軸承徑向內(nèi)表面和推力面開設(shè)漸開線增壓流道槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4.氣動(dòng)軸承的動(dòng)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以滿足轉(zhuǎn)子質(zhì)量為IOkg以上，工作轉(zhuǎn)速為40000rpm以上旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作條件。
全文摘要
漸開線內(nèi)流道自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓氣浮軸承是一種新結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)壓氣浮軸承。這種軸承的結(jié)構(gòu)特征是在軸承內(nèi)表面和推力面開設(shè)漸開線增壓流道槽結(jié)構(gòu)；流道槽沿著流線子午面，從外向里流道槽深度和寬度都逐漸收斂。軸承內(nèi)表面選用耐磨、耐高溫、高強(qiáng)度的自潤(rùn)滑材料。這種軸承不僅解決了啟停短時(shí)間內(nèi)接觸面承載不夠而導(dǎo)致動(dòng)靜部件碰摩損壞軸承的問題，而且克服了傳統(tǒng)動(dòng)壓軸承低轉(zhuǎn)速下承載不足而高轉(zhuǎn)速下氣動(dòng)不穩(wěn)定的問題。能夠有效地提高氣浮軸承穩(wěn)定性與可靠性，進(jìn)一步拓寬了氣浮軸承應(yīng)用的范圍。可以滿足轉(zhuǎn)子質(zhì)量為10kg以上，工作轉(zhuǎn)速為40000rpm以上旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作條件。
文檔編號(hào)F16C32/06GK102261380SQ201010181250
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者于達(dá)仁, 岳鳳山, 崔穎, 楊金福, 樓建偉, 陳策, 黃鍇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所, 北京福潤(rùn)宏達(dá)渦輪動(dòng)力科技有限責(zé)任公司, 楊金福