公開的實(shí)施例涉及增壓氣體軸承領(lǐng)域，更特別地，涉及帶有氣體通孔的旋轉(zhuǎn)增壓氣體軸承領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在機(jī)械軸承中經(jīng)常選擇尤其是流體軸承和氣體軸承是有多方面原因的。例如，氣體軸承可以具有幾乎為零的摩擦，即使在極低速時(shí)以及當(dāng)啟動(dòng)或停止時(shí)，顯示出軸承表面上的近零磨損以及提供優(yōu)良的機(jī)械振動(dòng)隔離。因此，氣體軸承的一個(gè)應(yīng)用是提供具有幾乎為零的摩擦旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)接合處以及優(yōu)良的有效載荷振動(dòng)隔離。然而，難以跨過氣體軸承將增壓氣體供給到旋轉(zhuǎn)側(cè)的氣體陷阱。傳統(tǒng)地，有三種方式來實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)：使軟管從氣體供給直接延伸到氣體陷阱，通過使用滑環(huán)，以及通過在氣體軸承的旋轉(zhuǎn)側(cè)上包含額外的氣體供給源。軟管的使用將氣體軸承的運(yùn)動(dòng)范圍限制到在軟管變得纏結(jié)或扭絞之前至多幾個(gè)完整圈?；h(huán)引入了跨軸承的摩擦和機(jī)械振動(dòng)，可能抵消氣體軸承所提供的一些優(yōu)點(diǎn)。在氣體軸承的旋轉(zhuǎn)側(cè)上的單獨(dú)的氣體供給源引入了額外的機(jī)械復(fù)雜度以及額外的重量，并且如果使用壓縮機(jī)還會引入機(jī)械振動(dòng)以及向氣體軸承的旋轉(zhuǎn)側(cè)供給電力的需求。發(fā)明概述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，描述了在供給通過軸承的增壓氣體的同時(shí)允許繞單軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)氣體軸承。氣體軸承構(gòu)造為與增壓氣體供給源和氣體陷阱流體連通。氣體軸承包括限定了氣體供給軸承表面的氣體供給部件和限定了氣體陷阱軸承表面的氣體陷阱部件。限定了氣體供給軸承表面和氣體陷阱軸承表面中的一個(gè)的筒狀凹陷部，位于所述氣體供給部件和所述氣體陷阱部件中的一個(gè)中。筒狀突起從所述氣體供給部件和所述氣體陷阱部件中的另一個(gè)突出，并且其尺寸適于以預(yù)定間隙裝配在筒狀凹陷部內(nèi)。所述筒狀突起限定了氣體供給軸承表面和所述氣體陷阱軸承表面中的另一個(gè)。所述氣體供給軸承表面與所述氣體陷阱軸承表面相對。適于經(jīng)由氣體供給部件而在饋給壓力下與增壓氣體供給源流體連通的至少一個(gè)開口，位于所述氣體供給軸承表面中。多孔涂層覆蓋所述氣體供給軸承表面的圍繞開口的部分。所述多孔涂層適于經(jīng)由所述氣體供給部件而與所述增壓氣體供給源流體連通，用于維持所述多孔涂層與所述氣體陷阱軸承表面之間的軸承壓力，所述軸承壓力大于所述饋給壓力。位于所述氣體陷阱軸承表面中的環(huán)狀通道與所述開口對準(zhǔn)且相對地定位，并且適于經(jīng)由所述氣體陷阱部件而與氣體陷阱流體連通。在另一實(shí)施例中，所述多孔涂層包括燒結(jié)材料。在另一實(shí)施例中，所述多孔涂層包括黃銅和碳中的至少之一。在另一實(shí)施例中，所述多孔涂層包括石墨。在另一實(shí)施例中，選擇所述預(yù)定間隙而使得所述多孔涂層與所述氣體陷阱軸承表面之間的空隙在5μm與50μm之間。在另一實(shí)施例中，選擇所述預(yù)定間隙而使得所述多孔涂層與所述氣體陷阱軸承表面之間的空隙在12μm與25μm之間。在另一實(shí)施例中，所述增壓氣體包括空氣。在另一實(shí)施例中，所述增壓氣體包括氧氣、氮?dú)狻⒑?、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中的至少之一。在另一?shí)施例中，所述饋給壓力比軸承壓力小大約30kPa。在另一實(shí)施例中，所述軸承壓力在600kPa與1000kPa之間，且所述饋給壓力在570kPa與970kPa之間。在另一實(shí)施例中，所述通道的寬度大于所述至少一個(gè)開口的寬度。在另一實(shí)施例中，所述環(huán)狀通道繞著所述筒狀突起的周緣延伸。在另一實(shí)施例中，所述筒狀凹陷部位于所述氣體供給部件中，并且所述筒狀突起從所述氣體陷阱部件突出。根據(jù)另一實(shí)施例，描述了在供給通過軸承的增壓氣體的同時(shí)允許繞單軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)氣體軸承。所述氣體軸承構(gòu)造為與增壓氣體供給源和氣體陷阱流體連通。所述氣體軸承包括限定氣體供給軸承表面的氣體供給部件以及限定氣體陷阱軸承表面的氣體陷阱部件。定形為第一回轉(zhuǎn)表面且限定所述氣體供給軸承表面和所述氣體陷阱軸承表面中的一個(gè)的凹陷部，位于所述氣體供給部件和所述氣體陷阱部件中的一個(gè)中。定形為第二回轉(zhuǎn)表面且限定所述氣體供給軸承表面和所述氣體陷阱軸承表面中的另一個(gè)的突起，從所述氣體供給部件和所述氣體陷阱部件中的另一個(gè)突出。所述突起被定尺寸為以預(yù)定間隙裝配在所述凹陷部內(nèi)。適于經(jīng)由所述氣體供給部件而在饋給壓力下與所述增壓氣體供給源流體連通的至少一個(gè)開口，位于所述氣體供給軸承表面中。多孔涂層覆蓋所述氣體供給軸承表面的部分。所述多孔涂層適于經(jīng)由所述氣體供給部件而與所述增壓氣體供給源流體連通，用于維持所述多孔涂層與所述氣體陷阱軸承表面之間的軸承壓力，所述軸承壓力大于所述饋給壓力。所述氣體陷阱軸承表面中的環(huán)狀通道與所述開口對準(zhǔn)且與所述開口相對地定位。所述通道適于經(jīng)由所述氣體陷阱部件而與所述氣體陷阱流體連通。在另一實(shí)施例中，所述凹陷部是錐形凹陷部，并且所述突起是錐形突起。在另一實(shí)施例中，所述凹陷部是截頭錐形凹陷部，并且所述突起是截頭錐形突起。在另一實(shí)施例中，所述多孔涂層圍繞所述開口。附圖說明為更好的理解所描述的實(shí)施例以及更清楚地表明它們?nèi)绾螌?shí)施，將通過示例的方式參考附圖，在附圖中：圖1示出了帶有通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。圖2示出了圖1所描繪的帶有通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的實(shí)施例的立體剖開視圖。圖3示出了帶有通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的另一實(shí)施例的剖視圖。圖4示出了帶有通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的另一實(shí)施例的剖視圖。發(fā)明詳述圖1示出了帶有通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。氣體軸承1000允許氣體陷阱(集氣匯，gassink)部件1010相對于氣體供給部件1020繞軸線1005自由旋轉(zhuǎn)，同時(shí)從氣體供給部件1020上的增壓氣體供給源1030向氣體陷阱部件1010上的氣體陷阱1040供給增壓氣體。氣體陷阱1040可以是任何類型的氣體陷阱，包括例如沿著不同旋轉(zhuǎn)軸線對準(zhǔn)的其它氣體軸承。在氣體軸承1000中使用的氣體可以是任何適合的工作氣體。優(yōu)選地，因空氣是易于得到的供給源，工作氣體是空氣。可選地，還可以使用諸如氮?dú)?、氧氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣的其它各種氣體中的一種或混合物。增壓氣體供給源1030包括能夠在氣體軸承1000運(yùn)轉(zhuǎn)期間維持充足壓力(參見下面)的任何合適的增壓氣體供給源。例如，增壓氣體供給源1030可以包括帶有氣體供給源的壓縮機(jī)或者帶有調(diào)節(jié)器的增壓和/或液化氣體罐。優(yōu)選地，工作氣體是空氣，使得可以使用在環(huán)境空氣中抽氣的壓縮機(jī)。繼續(xù)參考圖1，氣體軸承1000包括在氣體供給部件1020中的筒狀凹陷部1025，其內(nèi)表面具有氣體供給軸承表面1050。對應(yīng)的筒狀突起1015從氣體陷阱部件1010延伸出。筒狀突起1015的外表面包括氣體陷阱軸承表面1060。筒狀突起1015被定尺寸為以預(yù)定間隙適配在筒狀凹陷部1025內(nèi)(下文進(jìn)一步詳細(xì)描述)。多孔涂層1070施加到軸承表面1050上，并且經(jīng)由軸承氣體供給導(dǎo)管1080連接到增壓氣體供給源1030。來自增壓氣體供給源1030的增壓氣體從多孔涂層1070逸出到多孔涂層1070與氣體陷阱軸承表面1060之間的空隙1090，在軸承壓力下提供了增壓氣體緩沖，這允許氣體陷阱部件1010繞著氣體軸承1000的軸線1005而關(guān)于氣體供給部件1020旋轉(zhuǎn)。多孔涂層1070可以包括任何適合于構(gòu)造氣體軸承的材料，取決于所選的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力和工作氣體。例如，多孔黃銅或諸如石墨的多孔碳可用于構(gòu)造多孔涂層1070。更一般地，由燒結(jié)材料構(gòu)造而成的多孔涂層是適合的。補(bǔ)充軸承1100優(yōu)選地也包括多孔涂層且連接到增壓氣體供給源1030，可用于防止氣體供給部件1020接觸氣體陷阱部件1010。選擇預(yù)定間隙以平衡所需增壓氣體的量與制造氣體軸承的難度。多孔涂層1070與氣體陷阱軸承表面1060之間的較小的空隙導(dǎo)致較低的氣體損失以維持增壓氣體緩沖，但是也更難以制造。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)選擇預(yù)定的間隙以使得圖1中的多孔涂層1070與氣體陷阱軸承表面1060之間的空隙，在5μm與50μm之間，優(yōu)選地在12μm與25μm之間。開口1110位于氣體供給軸承表面1050與多孔涂層1070之間。開口1110經(jīng)由饋給氣體供給導(dǎo)管1120和饋給氣體壓力調(diào)節(jié)器1130而連接到增壓氣體供給源1030。饋給氣體供給導(dǎo)管1120在開口1110處的氣體壓力(也稱為“饋給壓力”)，由壓力調(diào)節(jié)器1130調(diào)節(jié)成小于多孔涂層1070與氣體陷阱軸承表面1060之間的軸承壓力。優(yōu)選地，饋給壓力比軸承壓力小近似30kPa(4-5psi)。在一個(gè)實(shí)施例中，饋送壓力維持在570kPa(近似85psi)與970kPa(140psi)之間，而軸承壓力對應(yīng)地維持在600kPa(近似90psi)與1000kPa(近似145psi)之間。繞著筒狀突起1015的周緣以及與開口1110相對，在氣體陷阱軸承表面1060中切割出通道1140。通道1140經(jīng)由氣體陷阱導(dǎo)管1150連接到氣體陷阱1040?？梢允褂迷谕矤钔黄?015的周緣間隔開的額外的氣體陷阱導(dǎo)管1150，使得隨著氣體陷阱部件1010關(guān)于氣體供給部件1020旋轉(zhuǎn)，氣體陷阱1040所經(jīng)歷的壓力變化最小化。優(yōu)選地，開口1110的寬度和通道1140的寬度近似相等。在可選的實(shí)施例中，開口1110可以繞著筒狀凹陷部1025的周緣延伸而在氣體供給軸承表面1050中形成通道，其與氣體陷阱軸承表面1060中的通道1140相對且通過多個(gè)開口1110連接到增壓氣體供給源1030。在操作時(shí)，增壓氣體從增壓氣體供給源1030經(jīng)由軸承氣體供給導(dǎo)管1080供給到多孔涂層1170且任選地供給到補(bǔ)充軸承1100。這維持多孔涂層1070與氣體陷阱軸承表面1060之間的軸承壓力。增壓氣體供給源1030也在小于軸承壓力的調(diào)節(jié)后饋給壓力下將增壓氣體供給到開口1110。處于饋給壓力下的增壓氣體從開口1110傳遞到通道1140中，且傳遞到氣體陷阱1040上。圖2示出了圖1中描繪的帶通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的實(shí)施例的立體剖開視圖。相同的標(biāo)記指代相同的部件。為圖示簡化，未示出增壓氣體供給源、軸承氣體供給導(dǎo)管和增壓氣體陷阱。圖3示出了帶通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的另一實(shí)施例的剖視圖。同樣，相同的標(biāo)記指代相同的構(gòu)件。與先前的實(shí)施例對比而言，多孔涂層1070和補(bǔ)充軸承1100從增壓氣體供給源1030供給，同時(shí)開口1110由增壓氣體供給源1035供給，其中增壓氣體供給源1035的氣體壓力小于軸承壓力。另外，如圖3所示，可以顛倒圖1中的實(shí)施例的幾何結(jié)構(gòu)而在氣體陷阱部件1010中具有筒狀凹陷部1025以及在氣體供給部件1020中具有筒狀突起1015。多孔涂層1070可以定位在類似于圖1的構(gòu)造的軸承表面1050或如圖3所示的軸承表面1060上，只要多孔涂層在氣體供給部件上。圖4示出了帶通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承的另一實(shí)施例的剖視圖，其中相同的標(biāo)記指代相同的構(gòu)件。本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在將理解，筒狀凹陷部1025和突起的先前描述的幾何結(jié)構(gòu)不是唯一可實(shí)施的幾何結(jié)構(gòu)。還可以使用如圖4所示的錐形或截頭錐形的幾何結(jié)構(gòu)。由于氣體供給軸承表面1050和氣體陷阱軸承表面1060是傾斜的，所以錐形或截頭錐形幾何結(jié)構(gòu)將補(bǔ)充軸承的功能與多孔涂層1070相結(jié)合。更一般地，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在將認(rèn)識到，可以根據(jù)本說明書，使用任何回轉(zhuǎn)表面作為基礎(chǔ)形狀，可以構(gòu)造帶通孔的單軸旋轉(zhuǎn)氣體軸承。此處所述的具體實(shí)施例僅為實(shí)例，不意在是帶通孔的單軸氣體軸承的所有可能構(gòu)造的窮盡陳列。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，此處描述的特征可以按不同的方式組合或重新布置而產(chǎn)生相似的結(jié)果。