一種微型箔片氣體動(dòng)壓軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型箔片氣體動(dòng)壓軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]作為微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanicalsystem(MEMS))的重要分支，微旋轉(zhuǎn)機(jī)械不但可以為MEMS提供能源，而且是非常重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如遠(yuǎn)程機(jī)器人用微型燃?xì)廨啓C(jī)、微型燃料電池用微型空壓機(jī)、兒童人工心藏、微型無(wú)人機(jī)的推進(jìn)器、微型機(jī)器人和微小衛(wèi)星的發(fā)電系統(tǒng)等。近年來(lái)隨著3D打印、激光加工、Mold SDM等技術(shù)的發(fā)展，為微轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持和發(fā)展契機(jī)。然而，軸承作為機(jī)電系統(tǒng)中的基礎(chǔ)核心部件，一直滯后于其他技術(shù)的發(fā)展，已成為限制微旋轉(zhuǎn)機(jī)械高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)。微型機(jī)械中的摩擦、磨損、潤(rùn)滑問(wèn)題相比宏觀旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言更為突出，因此對(duì)微觀軸承的要求更高。然而，在微觀尺度下由于各種限制可供選擇的軸承形式是十分有限的。目前主要采用的軸承形式有微型陶瓷球軸承、氣體靜壓軸承、磁軸承。但這些方案要么尺寸過(guò)大，要么需要外部氣源，都只能算是僅適用于實(shí)驗(yàn)室的中間方案。
[0003]氣體軸承具有速度高、精密度高、耐高溫、摩擦損耗小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)最近幾十年的迅速發(fā)展，氣體軸承已經(jīng)在高速支承、高精密支承等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。目前氣體軸承已經(jīng)發(fā)展出多種類型，主要分為動(dòng)壓型和靜壓型。動(dòng)壓型中又有箔片式、人字槽式和側(cè)傾瓦式等多種結(jié)構(gòu)。其中箔片氣體軸承憑借其優(yōu)異性能得到了廣泛的關(guān)注和研宄。在箔片氣體軸承中，箔片是主要的支承結(jié)構(gòu)，它應(yīng)該具有一定的剛度和阻尼，使軸承相應(yīng)獲得一定的承載能力和緩和沖擊振動(dòng)的能力?，F(xiàn)有的箔片軸承已經(jīng)具有一定的剛度值，其承載能力較最初的結(jié)構(gòu)已經(jīng)提高了三到四倍。然而軸承的阻尼值卻沒(méi)有大的提高，這導(dǎo)致軸承的臨界轉(zhuǎn)速較低，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易失穩(wěn)甚至卡死。
[0004]LIGA 是德文 Lithographie，Galvanoformung 和 Abformung 三個(gè)詞，即光刻、電鑄和注塑的縮寫(xiě)。LIGA工藝是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)(工藝流程如圖所示)，主要包括X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模復(fù)制三個(gè)工藝步驟。由于X射線有非常高的平行度、極強(qiáng)的輻射強(qiáng)度、連續(xù)的光譜，使LIGA技術(shù)能夠制造出高寬比達(dá)到500、厚度大于1500 μ m、結(jié)構(gòu)側(cè)壁光滑且平行度偏差在亞微米范圍內(nèi)的三維立體結(jié)構(gòu)。這是其它微制造技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。LIGA技術(shù)被視為微納米制造技術(shù)中最有生命力、最有前途的加工技術(shù)。利用LIGA技術(shù)，不僅可制造微納尺度結(jié)構(gòu)，而且還能加工尺度為毫米級(jí)的Meso結(jié)構(gòu)。
[0005]大尺寸的空氣箔片經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其工藝和性能分析已趨近成熟，但是如果將大尺寸的空氣箔軸承進(jìn)行微型化，那么將是極為困難的。首先是波箔具有極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，很難用非常薄的金屬薄片去制作，同時(shí)又能保證良好的表面光潔度。其次微型空氣所應(yīng)用的波箔是極為微小的，安裝如此小的波箔到軸承上是極為困難的。而且對(duì)于微型空氣軸承而言，連續(xù)的波箔結(jié)構(gòu)使得對(duì)軸承的性能分析是非常困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明正是為了至少部分地解決上述技術(shù)問(wèn)題，而提供一種微型箔片氣體動(dòng)壓軸承，以在一定程度上解決了波箔難加工，難以裝配到軸承上和軸承性能分析困難等問(wèn)題，提高現(xiàn)有微型氣體軸承的穩(wěn)定性。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的提供了一種微型箔片氣體動(dòng)壓軸承，包括軸承體、頂層箔片和和復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)通過(guò)連接頂層箔片進(jìn)行圓周定位，所述復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)包括外彈性波箔和內(nèi)彈性波箔，所述復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)凸面與所述頂層箔片的外表面相切處連接，所述復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)的外側(cè)凸面與所述軸承體的內(nèi)表面接觸，所述軸承體起安裝、保護(hù)和支撐的作用；所述頂層箔片內(nèi)表面形成軸承與轉(zhuǎn)軸的配合面。
[0008]進(jìn)一步，所述復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)中的外彈性波箔和內(nèi)彈性波箔采用整體式結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步，所述頂層箔片與轉(zhuǎn)軸接觸的表面設(shè)置有鍍層。
[0010]進(jìn)一步，所述復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)在圓周方向上均勻分布，所對(duì)應(yīng)的的中心角度為β，其個(gè)數(shù) N = 3600/β ο
[0011]進(jìn)一步，所述復(fù)合波箔結(jié)構(gòu)可進(jìn)行小幅度的變形。
[0012]進(jìn)一步，復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)采用多足式波箔結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0014]本發(fā)明提出的方案是通過(guò)仿生學(xué)原理提出一種復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)以用在微型箔片氣體軸承上來(lái)改善軸承的工藝性和承載能力。本發(fā)明通過(guò)改變傳統(tǒng)空氣箔片軸承微型化中波箔的結(jié)構(gòu)，采用獨(dú)立的復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)來(lái)代替連續(xù)的波箔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)阻尼大、自適應(yīng)好，便于安裝和制造；使用LIGA加工技術(shù)，可以加工出理想的結(jié)構(gòu)和表面光潔度，根據(jù)性能需要加工出不同的性能參數(shù)的獨(dú)立的復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)，以提供不同的剛度和阻尼特性，提高了軸承承載能力和緩和沖擊振動(dòng)的能力。軸承在正常工作時(shí)，頂層箔片受到來(lái)自轉(zhuǎn)軸的力，壓迫復(fù)合彈性波箔產(chǎn)生微小的變形，隨著變形量的增加，復(fù)合彈性波箔產(chǎn)生的反作用力也增加，當(dāng)兩個(gè)力平衡時(shí)，不再產(chǎn)生變形。由于復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)的阻尼特性較好，所以對(duì)外界擾動(dòng)的反應(yīng)不敏感，因此軸承具有較好的沖擊振動(dòng)的能力。
[0015]與現(xiàn)有的微型箔片氣體軸承相比，本軸承的復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)使用LIGA加工技術(shù)，提高了波箔的表面質(zhì)量和性能參數(shù)；復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)變形改善氣體的潤(rùn)滑特性，使轉(zhuǎn)子更加容易起飛，軸承的承載能力更大；獨(dú)立的復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)則改善了軸承阻尼和剛度特性，顯著提高軸承的承載能力和緩和沖擊振動(dòng)的能力，提高了軸承的壽命和穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施方式中復(fù)合彈性波箔結(jié)構(gòu)的安裝位置示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明第一實(shí)施方式中