本發(fā)明涉及軸承，尤其涉及一種帶加強熱傳導的空氣軸承。

背景技術：

旋轉(zhuǎn)機械的軸承所承受的載荷除了機械力外，由于動靜相對的高速轉(zhuǎn)動將不可避免地產(chǎn)生大量的熱量，并由此導致高溫和熱應力問題。溫度過高將“燒毀”軸承，所以必須將熱傳導出去，對軸承進行冷卻。同時，溫度場的不均勻所形成的溫度梯度將形成熱應力，熱應力的過載也會損壞軸承，包括造成塑性變形和產(chǎn)生裂紋等。

空氣軸承由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙一般為幾十微米。因為空氣介質(zhì)的熱容量很小，空氣軸承的傳熱和冷卻比潤滑油軸承更難。對于高轉(zhuǎn)速工況下，軸承內(nèi)將產(chǎn)生大量熱量，受熱膨脹將使空氣軸承轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙減小，可能造成軸承的碰磨，甚至抱死；或者在溫度梯度較大時結(jié)構內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應力。因此，高轉(zhuǎn)速空氣軸承的冷卻和傳熱設計非常有挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)有技術通常是采用散熱片進行散熱，例如中國專利《201410806019.5，絕熱軸承構造》，但散熱片的散熱均勻性較差，而且這種技術不能使軸承內(nèi)部的溫度梯度明顯下降。增材制造技術的快速發(fā)展，使得零部件在結(jié)構內(nèi)部和微觀尺度上的設計提供了前所未有的條件，包括軸承的一體化制造和微熱管結(jié)構等。但是，現(xiàn)有空氣軸承中尚沒有采用微熱管原理加強換熱的設計。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術中的問題，本發(fā)明提供了一種帶加強熱傳導的空氣軸承。

本發(fā)明提供了一種帶加強熱傳導的空氣軸承，包括定子和與所述定子旋轉(zhuǎn)連接的轉(zhuǎn)子，所述定子內(nèi)設有定子內(nèi)微熱管，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)設有轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述空氣軸承采用增材制造一體化成型。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述定子內(nèi)微熱管、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管均填充有導熱工作介質(zhì)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述定子上設有沿其徑向貫穿的進氣通道，所述進氣通道包括位于所述定子內(nèi)側(cè)的節(jié)氣孔、位于所述定子外側(cè)的進氣孔和位于所述節(jié)氣孔、進氣孔之間的均壓槽。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述定子、轉(zhuǎn)子之間設有轉(zhuǎn)動間隙，所述轉(zhuǎn)子間隙與所述節(jié)氣孔相連通。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述定子、轉(zhuǎn)子之間設有封嚴篦齒，所述封嚴篦齒位于所述轉(zhuǎn)動間隙的兩側(cè)。

本發(fā)明的有益效果是：通過上述方案，可通過定子內(nèi)微熱管、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管來提高熱量在空氣軸承內(nèi)的傳導，可以更好的平衡結(jié)構內(nèi)部的溫度梯度和溫度應力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種帶加強熱傳導的空氣軸承的示意圖。

圖2是本發(fā)明一種帶加強熱傳導的空氣軸承的軸向剖面示意圖。

圖3是本發(fā)明一種帶加強熱傳導的空氣軸承的徑向剖面示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖說明及具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1至圖3所示，一種帶加強熱傳導的空氣軸承，包括定子3和與所述定子3旋轉(zhuǎn)連接的轉(zhuǎn)子6，所述定子3內(nèi)設有定子內(nèi)微熱管2，所述轉(zhuǎn)子6內(nèi)設有轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4，所述定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4的回路形狀和排布方式不受制造工藝限制，可根據(jù)定子3和轉(zhuǎn)子6的形狀和工作環(huán)境要求設計，所述定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4的橫截面形狀和位置不受約束，可根據(jù)定子3和轉(zhuǎn)子6的形狀要求設計。

如圖1至圖3所示，工作時，所述定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4能夠加強轉(zhuǎn)子6或定子3內(nèi)部的熱傳導，減小其內(nèi)部溫度梯度，可以改善定子3和轉(zhuǎn)子6內(nèi)的熱應力。

如圖1至圖3所示，所述空氣軸承采用增材制造一體化成型，可實現(xiàn)對任意形狀和排布要求的空氣軸承的一體化構型。

如圖1至圖3所示，所述定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4均填充有導熱工作介質(zhì)，所述導熱工作介質(zhì)不受約束，可根據(jù)空氣軸承的工作環(huán)境要求改變。

如圖1至圖3所示，所述定子3上設有沿其徑向貫穿的進氣通道，所述進氣通道包括位于所述定子3內(nèi)側(cè)的節(jié)氣孔1、位于所述定子3外側(cè)的進氣孔8和位于所述節(jié)氣孔1、進氣孔8之間的均壓槽7。

如圖1至圖3所示，所述定子3、轉(zhuǎn)子6之間設有轉(zhuǎn)動間隙，所述轉(zhuǎn)子間隙與所述節(jié)氣孔1相連通。

如圖1至圖3所示，所述定子3、轉(zhuǎn)子6之間設有封嚴篦齒5，所述封嚴篦齒5位于所述轉(zhuǎn)動間隙的兩側(cè)。

本發(fā)明提供的一種帶加強熱傳導的空氣軸承，可結(jié)合實際使用工況和工作環(huán)境的不同選擇合適的微熱管回路分布、微熱管工作介質(zhì)、微熱管橫截面形狀、微熱管尺寸、微熱管排布方式等參數(shù)，以便最大限度保證高轉(zhuǎn)速條件下空氣軸承的正常工作。

本發(fā)明提供的一種帶加強熱傳導的空氣軸承，從供氣口進入的高壓空氣，先進入均壓槽7，在均壓槽7表面附近將大部分熱量帶走，然后由均壓槽7流入空氣軸承的節(jié)氣孔1；從節(jié)氣孔1流出的空氣從間隙流出，最后由排氣口排出，將空氣軸承內(nèi)的熱量帶走。為了更好的平衡結(jié)構內(nèi)部的溫度梯度和溫度應力，本發(fā)明將利用熱管原理對軸承的定子3和轉(zhuǎn)子6進行各自的溫度均衡。通過嵌入在轉(zhuǎn)子6和定子3內(nèi)的微熱管結(jié)構加強結(jié)構內(nèi)部的換熱，使得溫度重新分布。由于轉(zhuǎn)子6、定子3、均壓槽7、進氣孔8、節(jié)氣孔1、封嚴篦齒5、定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4等內(nèi)部結(jié)構的復雜，本發(fā)明可采用增材制造技術成形。通過微熱管加強對流的空氣軸承，能夠保證空氣軸承在高轉(zhuǎn)速條件下的合理工作溫度分布,解決高轉(zhuǎn)速空氣軸承內(nèi)定子和轉(zhuǎn)子高溫和溫度分布不均勻的問題。

本發(fā)明提供的一種帶加強熱傳導的空氣軸承，可用于高速轉(zhuǎn)動（每分鐘幾萬至幾十萬轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)軸的支撐。

本發(fā)明提供的一種帶加強熱傳導的空氣軸承的顯著優(yōu)點在于以下幾點：

1.所述定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4的形狀和排布方式不受制造工藝約束，可根據(jù)定子3和轉(zhuǎn)子6的形狀要求設計。

2.所述定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4的橫截面尺寸大小和數(shù)量不受約束，可根據(jù)工況和工作環(huán)境要求設計。

3.所述定子內(nèi)微熱管2、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管4內(nèi)的導熱工作介質(zhì)不受約束，可根據(jù)空氣軸承的工作環(huán)境要求改變。

4.最終利用增材設計制造技術可實現(xiàn)空氣軸承的一體化設計制造。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。

技術特征：

技術總結(jié)
本發(fā)明提供了一種帶加強熱傳導的空氣軸承，包括定子和與所述定子旋轉(zhuǎn)連接的轉(zhuǎn)子，所述定子內(nèi)設有定子內(nèi)微熱管，所述轉(zhuǎn)子內(nèi)設有轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管。本發(fā)明的有益效果是：可通過定子內(nèi)微熱管、轉(zhuǎn)子內(nèi)微熱管來提高熱量在空氣軸承內(nèi)的傳導，可以更好的平衡結(jié)構內(nèi)部的溫度梯度和溫度應力。

技術研發(fā)人員：韓品連;魏佐君;張坤;宋潤華
受保護的技術使用者：南方科技大學
技術研發(fā)日：2017.03.29
技術公布日：2017.08.18