專利名稱：縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)壓氣浮軸承及設(shè)計(jì)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(dòng)壓氣浮軸承及制造方法。
背景技術(shù)：
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氣體潤(rùn)滑技術(shù)起源于19世紀(jì)中葉,氣體潤(rùn)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(jì)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(wú)潤(rùn)滑劑、無(wú)污染、軸承本身無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)接觸運(yùn)動(dòng)等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。氣體動(dòng)壓軸承是粘性氣體在兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的收斂楔形中產(chǎn)生壓力場(chǎng)，形成氣膜力支承轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，即動(dòng)壓效應(yīng)。其產(chǎn)生承載力的實(shí)質(zhì)是流體為了保持質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒，對(duì)于兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間內(nèi)氣膜的厚度不等時(shí):厚度沿著運(yùn)動(dòng)方向減小時(shí)，間隙中會(huì)有超過(guò)環(huán)境氣壓的正壓產(chǎn)生；厚度沿運(yùn)動(dòng)方向增大時(shí)，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(dòng)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(dòng)力，使軸承易出現(xiàn)失穩(wěn)，影響軸承的穩(wěn)定性。因此，動(dòng)壓軸承的關(guān)鍵技術(shù)即軸承型線設(shè)計(jì)。合理設(shè)計(jì)的動(dòng)壓軸承型線一方面會(huì)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(wú)用部分一渦動(dòng)力，即增加了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)定性。在以往的動(dòng)壓軸承專利中，例如:內(nèi)流道自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓氣浮軸承，申請(qǐng)?zhí)?200720177829.4，見(jiàn)圖1。采用傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的矩形內(nèi)槽道，槽道的型線不能發(fā)揮動(dòng)壓的最佳效應(yīng)，從而會(huì)導(dǎo)致承載不足以及氣動(dòng)不穩(wěn)定的問(wèn)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(dòng)壓氣浮軸承及制造中的特定參數(shù)。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)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(dòng)壓結(jié)構(gòu)，所述的動(dòng)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(dòng)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(yú)頭型線增壓流道槽。一種縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)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(rùn)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(kāi)設(shè)縮放結(jié)構(gòu)型增壓流道槽的結(jié)構(gòu)；
(3)氣動(dòng)軸承體管局流體動(dòng)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(dòng)力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性；
(4)氣動(dòng)軸承的加工與制造根據(jù)流體動(dòng)力密封環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)壓軸承是一種新結(jié)構(gòu)形式的氣浮軸承。這種動(dòng)壓氣浮軸承的結(jié)構(gòu)特征是在軸承內(nèi)表面開(kāi)設(shè)縮放結(jié)構(gòu)(拉法爾噴管型線和魚(yú)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(rùn)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(jì)。這種動(dòng)壓軸承采用合理設(shè)計(jì)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(dòng)力，增加了旋轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)定性。因此，這種純動(dòng)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(guò)合理設(shè)計(jì)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?yàn)椴鄣目s放結(jié)構(gòu)形成不同的壓力分布。兩個(gè)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(dòng)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(yú)頭型線。通過(guò)合理設(shè)計(jì)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?yàn)椴鄣目s放結(jié)構(gòu)形成不同的壓力分布。兩個(gè)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(rùn)滑結(jié)構(gòu)的動(dòng)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(yú)頭型線的軸承體的展開(kāi)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(kāi)示意圖。
具體實(shí)施方式
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實(shí)施例1:
一種縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)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(dòng)壓結(jié)構(gòu)，所述的動(dòng)壓結(jié)構(gòu)為縮放形線增壓流道槽。實(shí)施例2:
根據(jù)實(shí)施例1所述的縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)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(yú)頭型線增壓流道槽槽型線通過(guò)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(shí)，徑向氣膜力較大；夾角較小時(shí)，軸向氣膜力較大。魚(yú)頭結(jié)構(gòu)型線槽寬分布不對(duì)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(duì)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(zhǎng)軸承和短軸承中。實(shí)施例3:
一種縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)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(rùn)滑的性能材料作為氣浮軸承體材料；
(2)氣浮軸承的流體動(dòng)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即根據(jù)氣浮軸承應(yīng)用的溫度、壓力及工質(zhì)等條件，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(jì)，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(dòng)力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)；
(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(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。 實(shí)施例4:
根據(jù)實(shí)施例3所述的縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)壓氣浮軸承的設(shè)計(jì)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(rùn)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(dòng)軸承的動(dòng)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):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(kāi)設(shè)縮放結(jié)構(gòu)型增壓流道槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
(3)氣動(dòng)軸承體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):根據(jù)流體動(dòng)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(dòng)力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)；
(4)氣動(dòng)軸承的加工與制造:根據(jù)流體動(dòng)力密封環(huán)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(dòng)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(dòng)壓結(jié)構(gòu)，所述的動(dòng)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(dòng)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(yú)頭型線增壓流道槽。
3.一種縮放結(jié)構(gòu)型線動(dòng)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(rùn)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(kāi)設(shè)縮放結(jié)構(gòu)型增壓流道槽的結(jié)構(gòu)； (3)氣動(dòng)軸承體管局流體動(dòng)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(dòng)力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性； (4)氣動(dòng)軸承的加工與制造根據(jù)流體動(dòng)力密封環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)壓氣浮軸承及制造方法。氣體潤(rùn)滑技術(shù)起源于19世紀(jì)中葉，氣體潤(rùn)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(jì)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(dòng)壓結(jié)構(gòu)，所述的動(dòng)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(dòng)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(hào)F16C32/06GK103195808SQ20131014016
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)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(lè) 申請(qǐng)人:哈爾濱耦合動(dòng)力工程技術(shù)中心有限公司