CN201106631Y - 内流道自润滑结构的动压气浮轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种内流道自润滑结构的动压气浮轴承，涉及轴承技术，其转子轴颈表面光滑，在轴承体内表面开设增压流道槽结构；轴承体内表面选用耐磨、耐高温、高强度及固体自润滑性能的材料；采用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料减振措施的结构设计。本实用新型的轴承不仅极大地提高了启停等短时间对接触表面的耐磨性能，而且还降低了对工质含杂质、温度等指标的要求，能够有效地提高气浮轴承承载稳定性与可靠性，进一步拓宽了气浮轴承应用的范围。

Description

内流道自润滑结构的动压气浮轴承

技术领域

本实用新型涉及轴承技术领域，用于高速旋转机械，是一种内流道自润滑结构的动压气浮轴承。

背景技术

气浮轴承是20世纪中期迅速发展起来的一项高新技术产品，它与常规油质润滑轴承(滚动轴承或油质滑动轴承)相比，具有很多良好的特性，如高转速、高精度、低功耗、无污染和寿命长、环境适应性强等优点。因此广泛应用于国防、能源、机床及医疗等行业，尤其是在高速回转机械和超精密仪器技术领域更有明显的优越性。

目前，动压气浮轴承润滑主要有两种最基本的结构形式，一种是轴流槽式，如图1所示，是现有轴流槽式动压气浮轴承剖视图，图中，转子轴颈1、轴承体2、转子轴颈1外圆表面的增压流道槽3、弹性圈4。另一种是弹性箔片式，如图2所示，图中，转子轴颈1、轴承体2、弹性耐磨箔片3。

轴流槽式动压气浮轴承是在轴颈表面加工成气流槽道，并且动静间隙成楔状的相对移动表面沿移动方向间隙逐渐变小，利用气体的粘性作用，在相对移动的楔形表面拖带产生压力使轴悬浮起来(见[苏]B.H德洛芝道维奇著，郑丽珠译，《动压气浮轴承》，国防工业出版社，1982)；箔片式动压气浮轴承则是根据气弹结构耦合作用原理设计的轴承，利用动静混合压力气膜和箔片弹性力的耦合作用使轴悬浮起来(池长青著，《流体力学润滑》，国防工业出版社，1998)。这两种气浮轴承的优点是结构简单，便于维护，在许多情况下应用也很有效。但这两种气浮轴承由于结构的特点，都存在启停等短时间对接触面耐磨性能要求高，尤其是在轴颈表面加工成气流槽道的轴流槽式动压气浮轴承，轴颈表面不光滑更易发生动静部件碰撞、摩损，造成轴承的故障。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种内流道自润滑结构的动压气浮轴承。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种内流道自润滑结构的动压气浮轴承，包括转子轴颈、轴承体、增压流道槽、弹性圈；其转子轴颈表面光滑，在轴承体内表面上设置螺旋状增压流道槽，增压流道槽内端封闭、相互间有一距离，外端敞开至轴承体边缘。

所述的动压气浮轴承，其所述轴承体，采用碳石墨合金、碳纤维、氮化硼其中之一材料制作。

所述的动压气浮轴承，其所述增压流道槽，在轴承体内圆表面成八字均匀排列。

所述的动压气浮轴承，其所述弹性圈，为橡胶圈、金属橡胶、弹性复合材料其中之一制作。

所述的动压气浮轴承，其所述轴承体与弹性圈，为流体动压承载密封环结构。

本实用新型的轴承不仅极大地提高了启停等短时间对接触表面的耐磨性能，而且还降低了对工质含杂质、温度等指标的要求，能够有效的提高气浮轴承承载的稳定性与可靠性，进一步拓宽了气浮轴承应用的范围。

附图说明

图1是现有轴流槽式动压气浮轴承示意图；

图2是现有箔片式动压气浮轴承示意图；

图3是本实用新型的内螺旋式流道自润滑结构的动压气浮轴承示意图；其中：图3A为本实用新型动压气浮轴承剖面图；图3B为本实用新型动压气浮轴承承体内表面展开示意图。

具体实施方式

见图3，是本实用新型的内流道自润滑结构的动压气浮轴承示意图，图3A为本实用新型动压气浮轴承剖面示意图，图3B为本实用新型动压气浮轴承轴承体内表面展开示意图。图中，转子轴颈1、轴承体2、增压流道槽3，弹性圈4。转子轴颈1表面光滑，在轴承体2内表面上设置螺旋状增压流道槽3，增压流道槽3内端封闭、相互间有一距离，外端敞开至轴承体2边缘。

本实用新型的核心技术是在轴承内表面开设增压流道槽结构，并采用耐磨、耐高温、高强度及固体自润滑性能的材料(如碳石墨合金、碳纤维、氮化硼等材料)。其原理是利用气体的粘性作用，在轴颈旋转动静间隙流道处，气体产生动压力使其轴悬浮起来。这里在气浮轴承内表面开设增压流道槽，则是利用轴颈旋转带动气体增压的效果，为转子的浮起提供了动压承载作用；针对气浮轴承的应用条件，合理选择耐磨、耐高温性能的自润滑材料作为气浮轴承内表面材料，强化了动静部件接触表面摩擦的适应能力，有效地解决了轴颈气流槽动静部件短时间接触，轴承内表面相对高速运动的摩损问题；采用弹性橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等减振技术措施，也进一步提高了其气浮轴承运行的稳定性。

本实用新型通过如下步骤实现：

1.轴承体材料的选择，即根据气浮轴承应用的温度、压力及工质等条件，合理选择耐磨、耐高温、高强度级固体自润滑性能的材料作为气浮轴承及内表面材料；

2.轴承内表面开设增压流道槽的结构设计，即根据气浮轴承所承担的载荷、轴颈旋转及涡动的转速条件，合理确定增压流道槽的压比，完成内表面开设增压流道槽的结构设计；

3.轴承的结构设计，即根据气浮轴承所承担的载荷性质、稳定性的要求及工质等条件，采用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等措施，完成气浮轴承结构、强度及运动稳定性的设计；

4.轴承的加工与制造，即根据气浮轴承的结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的设备进行制造、加工及装配。

实施例

1.轴承体材料的选择：根据气浮轴承应用温度T＞400℃、工质为环境压力下的空气的工作条件，选择具有耐磨、耐高温、高强度及固体自润滑性能的碳石墨合金作为气浮轴承体及内表面材料；

2.轴承内表面开设增压流道槽的结构设计：根据气浮轴承所承担的静载荷为3公斤、转子工作转速为40000rpm，确定内螺旋式增压流道槽形线，完成内表面开设增压流道槽的结构设计；

3.轴承本体的结构设计：根据气浮轴承所承担的载荷性质、稳定性的要求，采用弹性橡胶圈减振技术措施，完成气浮轴承结构、强度及运动稳定性的设计；

4.轴承的加工与制造：根据气浮轴承的结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的数控设备或专用设备进行制造、加工及装配。

5.动压气浮轴承碰摩实验测试结果：

本实用新型通过动压气浮轴承碰摩实验检测的结果，即振动幅值-时间-频率三维谱图。横坐标是转子的旋转频率，纵坐标是运行时间，色谱图的颜色深度表示振幅大小，颜色越亮表示振幅越大。整个实验过程，轴颈在D、E区域发生短时间接触碰摩，并且产生高、低频谱结构，分别为(F、G)与(B、C)区域。通过实验可知，启停阶段振动很小，而在D、E碰摩区域中，碰摩时间很短，振幅也小于规定值，说明轴承材料的干摩擦润滑特性和轴承内表面的螺旋槽结构设计，减小了启停过程的碰摩作用，同时在较高转速发生碰摩的时候，也能保持良好的摩擦润滑特性，减轻了碰摩对于系统运行的影响。

Claims (5)

1. 一种内流道自润滑结构的动压气浮轴承，包括转子轴颈、轴承体、增压流道槽、弹性圈；其特征在于：转子轴颈表面光滑，在轴承体内表面上设置螺旋状增压流道槽，增压流道槽内端封闭、相互间有一距离，外端敞开至轴承体边缘。

2. 如权利要求1所述的动压气浮轴承，其特征在于：所述轴承体，采用碳石墨合金、碳纤维、氮化硼其中之一材料制作。

3. 如权利要求1所述的动压气浮轴承，其特征在于：所述增压流道槽，在轴承体内圆表面成八字均匀排列。

4. 如权利要求1所述的动压气浮轴承，其特征在于：所述弹性圈，为橡胶圈、金属橡胶、弹性复合材料其中之一制作。

5. 如权利要求1所述的动压气浮轴承，其特征在于：所述轴承体与弹性圈，为流体动压承载密封环结构。