CN110617272B

CN110617272B - 一种气浮轴承

Info

Publication number: CN110617272B
Application number: CN201910925739.6A
Authority: CN
Inventors: 尹自强; 庄泽伟
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: CN110617272A

Abstract

本申请涉及轴承技术领域，特别涉及一种气浮轴承，包括气浮轴承本体和节流塞；气浮轴承本体的第一面上设有出气槽，节流塞密封插设于出气槽内；节流塞设有节流槽，节流槽与出气槽相连通，使得气浮轴承本体的第一面形成高压气膜。本申请通过将传统单一的出气孔换成可更换的节流塞和节流槽，不仅可以实现气浮轴承在气浮面能够形成高压气膜，又可以在切换到不同承载力的工作场景时，更换具有不同的节流塞，通过调整节流槽的开口大小来调整节流槽出口处的压力，有效地解决现有技术存在出气孔大小无法调节和承载能力低的技术问题，以使得在提高气浮轴承的承载力的同时，也不会出现“气锤”现象干扰气浮轴承的正常工作。

Description

一种气浮轴承

技术领域

本申请涉及轴承技术领域，特别涉及一种气浮轴承。

背景技术

气浮轴承具有摩擦小，回转精度高的特点，在高速运动下，几乎不产生摩擦热，功率低，并且能在非常伪劣的环境下工作，因此在高精度测量仪器、高精度机床、大规模集成电路加工设备、航空航天和核工程等领域中得到广泛应用。但气浮轴承的缺点同样明显，对供气压力的限制，一直没有得到有效解决。

而现有的平面气浮轴承主要结构如图1所示，竖直方向气孔排出的气体为气浮轴承提供向上的气浮力，其气浮面的俯视图如图2所示。图2中各个孔的出气方向如箭头所示，各个孔均匀出气在轴承平面形成气膜。由于现有的气浮轴承都是由固定大小的出气孔出气，在相同供气条件下出气孔处的压力无法调节，而出气孔处的压力大小直接影响到气浮面的平均压力，所以导致现有气浮轴承的承载能力也相对有限。一旦轴承承载的重量偏大，往往需要采用增大供气压力方法来提高其承载能力，而突然增速的气体在通道内流动时突然受阻会释放出动能，容易引起气浮轴承产生振荡，也就是会引起“气锤”现象，导致气浮轴承不能正常工作。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种气浮轴承，有效地解决现有技术存在承载能力低的技术问题，以使得在提高气浮轴承的承载力的同时，也不会出现“气锤”现象干扰气浮轴承的正常工作。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种气浮轴承，包括气浮轴承本体和节流塞；所述气浮轴承本体的第一面上设有出气槽，所述节流塞密封插设于所述出气槽内；所述节流塞设有节流槽，所述节流槽与所述出气槽相连通，使得所述气浮轴承本体的第一面形成高压气膜。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述节流槽为弧形槽或多边形槽。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述节流槽为多个，多个所述节流槽沿所述节流塞的周缘均匀分布。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述节流塞外周套设有密封圈，以使得所述节流塞的非节流槽部分与所述出气槽密封连接。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述气浮轴承本体的第一面上设有导流槽，所述导流槽环绕所述出气槽设置。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述气浮轴承本体的第一面上设有至少两个所述出气槽，相邻两个所述出气槽之间设有隔流板和两条所述导流槽，所述隔流板用于将两条所述导流槽相互隔开。

优选地，在上述的气浮轴承中，各条所述导流槽之间相互连通。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述导流槽的宽度为1mm～2mm，所述导流槽的深度为0.15mm～0.30mm。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述气浮轴承本体设有供气孔，所述供气孔与所述出气槽连通。

优选地，在上述的气浮轴承中，所述节流塞设有限流杆。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请提供的一种气浮轴承，包括气浮轴承本体和节流塞；所述气浮轴承本体的第一面上设有出气槽，所述节流塞密封插设于所述出气槽内；所述节流塞设有节流槽，所述节流槽与所述出气槽相连通，使得所述气浮轴承本体的第一面形成高压气膜。本申请中，供气气体由气浮轴承本体内部的气路进入到出气槽中，由于节流塞的阻挡导致气体只能从细小的节流槽喷出，从出气槽到节流槽的这一过程，由于气体的流通空间骤然变小使得供气气体被压缩，从而提高节流槽出口处的压力；当供气气体从节流塞出来时，气体向四周扩散形成高压气膜。在需要不同承载力的工作场景中，由于传统的出气孔为固定大小，其承载力相对有限，在切换到需要更高承载力的工作场景中，往往需要增大供气压力方法来提高其承载能力，但这不仅会牺牲轴承的动态性能，同时也会引起“气锤”现象，导致气浮轴承不能正常工作；而本申请通过将传统单一的出气孔换成可更换的节流塞和节流槽，不仅可以实现气浮轴承在气浮面能够形成高压气膜，而且还可以在切换到不同承载力的工作场景时，更换具有不同节流槽的节流塞，通过调整节流槽的开口大小来调整节流槽出口处的压力，从而实现在提高气浮轴承的承载力的同时，也不会出现“气锤”现象干扰气浮轴承的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有气浮轴承的结构示意图；

图2为现有气浮轴承的气浮面俯视图；

图3为本申请实施例提供的一种气浮轴承的气浮面俯视图；

图4为本申请实施例提供的气浮轴承的立体接管示意图；

图5为本申请实施例提供的节流塞的立体结构示意图；

图6为本申请实施例提供的气浮轴承安装供气接管时的俯视图；

图7为本申请实施例提供的气浮轴承沿A-A方向的剖视图；

图8为本申请实施例提供的气浮轴承安装供气接管时的左视图。

图中：

1为气浮轴承本体、11为出气槽、12为导流槽、2为节流塞、21为节流槽、22为限流杆、3为密封圈、4为隔流板、5为供气接管。

具体实施方式

本申请还提供了一种气浮轴承，有效地解决现有技术存在承载能力低的技术问题，以使得在提高气浮轴承的承载力的同时，也不会出现“气锤”现象干扰气浮轴承的正常工作。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图3-图8，本申请实施例提供了一种气浮轴承，包括气浮轴承本体1和节流塞2；气浮轴承本体1的第一面上设有出气槽11，节流塞2密封插设于出气槽11内；节流塞2设有节流槽21，节流槽21与出气槽11相连通，使得气浮轴承本体1的第一面形成高压气膜。

本申请中，供气气体由气浮轴承本体1内部的气路进入到出气槽11中，由于节流塞2的阻挡导致气体只能从细小的节流槽21喷出，从出气槽11到节流槽21的这一过程，由于气体的流通空间骤然变小使得供气气体被压缩，从而提高节流槽21出口处的压力；当供气气体从节流塞2出来时，气体向四周扩散形成高压气膜。

在需要不同承载力的工作场景中，由于传统的出气孔为固定大小，其承载力相对有限，在切换到需要更高承载力的工作场景中，往往需要增大供气压力方法来提高其承载能力，但这不仅会牺牲轴承的动态性能，同时也会引起“气锤”现象，导致气浮轴承不能正常工作；而本申请通过将传统单一的出气孔换成可更换的节流塞2和节流槽21，不仅可以实现气浮轴承在气浮面能够形成高压气膜，而且还可以在切换到不同承载力的工作场景时，更换具有不同节流槽21的节流塞2，通过调整节流槽21的开口大小来调整节流槽21出口处的压力，从而实现在提高气浮轴承的承载力的同时，也不会出现“气锤”现象干扰气浮轴承的正常工作。

此外，本申请发现，本身请的气浮轴承还可以具有加工工艺简单的优点。如图2所示，现有的气浮轴承需要在表面挖小孔来达到形成轴向气流的效果，但是由于现有加工技术的限制，小孔的深径比在10:1左右；而本申请在气浮轴承的表面挖设宽度较大的出气槽11，通过节流塞2塞住出气槽11，在节流塞2的侧面挖设节流槽21，将在节流塞2侧面开设的节流槽21代替了现有技术的小孔，没有了小孔的深径比加工难度限制，相比于现有技术在平面挖深度较大的小孔，本申请在侧面挖设槽的工艺相对简单。

进一步地，在本实施例中，节流槽21为弧形槽或多边形槽，节流槽21的形状一般不会直接影响到气浮轴承的气浮面平均压力，通常都是节流槽21的开口大小影响到气浮轴承的气浮面平均压力，开口越大节流槽21出口处的气压越小，开口越小节流槽21出口处的气压越大(当然也不能过小，否则容易导致气体难于排出)，因此节流槽21可以为任意形状的槽。当然最佳选是弧形槽的节流槽21，如图3和图5所示，弧形槽的节流槽21可以便于气体向四周扩散，同时加工也较为方便，并且在不同节流塞2上的弧形槽的开口大小变化也比较明显，便于工作人员观察。其中节流槽21为半圆槽时，节流槽21的半径最佳范围为0.1mm～0.5mm，这个范围内的节流槽21可以使得气浮轴承的气浮面具有较高的承载力。

进一步地，在本实施例中，如图3-图5所示，节流槽21为多个，多个节流槽21沿节流塞2的周缘均匀分布，周缘均匀分布的节流槽21可以将出气槽11内的气体分流到不同节流槽21中，有利于节流槽21开口喷出的气体往各个方向扩散，可以提高气体扩散时的均匀性。而且由于节流槽21开口处本身就具备往各个方向扩散的特点，再加上周缘均匀分布的节流槽21可以使得气体扩散得更均匀，提高气浮面边缘出的气体压力，进而可以使得形成的高压气膜各处气体相对均匀，从而可以提高高压气膜的稳定性。

进一步地，在本实施例中，如图6和图7所示，节流塞2外周套设有密封圈3，以使得节流塞2的非节流槽部分与出气槽11密封连接。如果将节流塞2直接塞进出气槽11内，由于节流塞2外壁和出气槽11内壁之间需要保证密封，因为节流塞2和出气槽11需要插接配合，但是节流塞2的外周缘设有节流槽21，在插接配合时节流槽21的边缘容易遭到摩擦损坏，导致节流槽21的出气面积变小，进而影响节流塞2的出气效果。而在节流塞2外周加设密封圈3后，可以将节流槽21的边缘护在内部，进而保证节流塞2和节流槽21的正常工作。当然为了保证连接处之间的密封性，可以在密封圈3外壁与出气槽11内壁之间的缝隙以及密封圈3内壁和节流塞2外壁之间的缝隙涂覆密封胶或者其他密封材料。

进一步地，在本实施例中，如图3所示，气浮轴承本体1的第一面上设有导流槽12，导流槽12环绕出气槽11设置。导流槽12可以容纳节流槽21扩散的部分气体，容纳的气体可以为气浮轴承的气浮面提供部分气浮力，而且环绕节流塞2设置的导流槽12可以容纳节流槽21向各个方向扩散的气体，有效地利用节流槽21扩散的气体。当然最佳选是导流槽12在环绕出气槽11设置的同时，还将导流槽12设置在气浮轴承的边缘，如图3所示，这样可以最合理且最大限度地使用节流槽21扩散出来的气体，从而提高气浮轴承边缘的气体压力，进而增加整个气浮面的平均压力。

进一步地，在本实施例中，气浮轴承本体1的第一面上设有至少两个出气槽11，相邻两个出气槽之11间设有隔流板4和两条导流槽12，隔流板4用于将两条导流槽12相互隔开。由于节流塞2的节流槽21在扩散气体是可以往各个方向扩散时，这样难免会与相邻节流塞2的节流槽21喷出的气体产生对流，造成气体损耗。而隔流板4可以减少相邻两个出气槽4之间的对流气体的消耗，并且隔流板4和出气槽4之间设置有独立的导流槽12，导流槽12可以再次容纳吸走被隔流板4挡回来的气体，可以有效地利用节流槽21扩散出来的气体，进而提高了气浮面的平均压力。如图3和图4所示，图中设有六个出气槽11，出气槽11为圆形，六个出气槽为双层对称设置，导流槽12为矩形环绕，两条导流槽12将相邻的出气槽11隔开，两条导流槽12之间设有隔流板4。而图中只是说明本申请的一种方案，导流槽12也可以为圆形、多边形等等形状环绕出气槽11，而出气槽11也可以为矩形、三角形、梯形等等的多边形，同样也可以起到相同的出气效果。

进一步地，在本实施例中，如图3和图4所示，各条导流槽12之间相互连通。由于气体扩散时的方向有不定性，并且往各个方向扩散的气体也不能完全保证一样，从而导致各个方向的导流槽12容纳的扩散气体也是不一样的。而相互连通的导流槽12可以及时补充其他方向容纳过少气体的导流槽12，保证各处的导流槽12容纳的气体相对均匀，可以使得气浮面各处受力相对均匀，降低出现“气锤”的几率。

进一步地，在本实施例中，导流槽12的宽度为1mm～2mm，导流槽12的深度为0.15mm～0.30mm，适宜大小的导流槽12可以具有良好容纳扩散气体的特点，又不会干扰到高压气膜的形成。

进一步地，在本实施例中，气浮轴承本体1设有供气孔，供气孔与出气槽11连通。如图6和图8所示，供气孔最佳设置在气浮轴承本体1的第一面的垂直面上，也就是说供气孔进口和出气槽11出口位于气浮轴承相邻的两个面上，这样设置可以能够在气浮轴承本体1内形成较长的通气通道，特别在气浮轴承表面设置有多个出气槽11时，一个供气孔在内部形成的通气通道可以为同一行的出气槽11供气，进而可以减少供气孔的数量。各个供气孔进气口处均外装有供气接管5。

进一步地，在本实施例中，如图7所示，节流塞2设有限流杆22，限流杆22位于出气槽11内。在没有设置限流杆22时，供气孔内的气体直接传输到出气槽11内，而出气槽11内的气体直接从节流槽21喷出，由通道较大的出气槽11直接进入通道较小节流槽21，气体被一下子压缩相对较难，影响高压气体在节流槽21出口处形成。而限流杆22可以占据出气槽11的通道，可以减小出气槽11和节流槽21之间的流量差，可以引导气体逐渐被压缩，降低气体从节流槽21处排出的压缩难度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种气浮轴承，其特征在于，包括气浮轴承本体和节流塞；

所述气浮轴承本体的第一面上设有出气槽，所述节流塞密封插设于所述出气槽内；

所述气浮轴承本体的第一面上设有导流槽，所述导流槽环绕所述出气槽设置；

所述气浮轴承本体的第一面上设有至少两个所述出气槽，相邻两个所述出气槽之间设有隔流板和两条所述导流槽，所述隔流板用于将两条所述导流槽相互隔开，各条所述导流槽之间相互连通；

所述节流塞设有节流槽，所述节流槽与所述出气槽相连通，使得所述气浮轴承本体的第一面形成高压气膜。

2.根据权利要求1所述的气浮轴承，其特征在于，所述节流槽为弧形槽或多边形槽。

3.根据权利要求1所述的气浮轴承，其特征在于，所述节流槽为多个，多个所述节流槽沿所述节流塞的周缘均匀分布。

4.根据权利要求1所述的气浮轴承，其特征在于，所述节流塞外周套设有密封圈，以使得所述节流塞的非节流槽部分与所述出气槽密封连接。

5.根据权利要求1所述的气浮轴承，其特征在于，所述导流槽的宽度为1mm～2mm，所述导流槽的深度为0.15mm～0.30mm。

6.根据权利要求1所述的气浮轴承，其特征在于，所述气浮轴承本体设有供气孔，所述供气孔与所述出气槽连通。

7.根据权利要求1-6任一项所述的气浮轴承，其特征在于，所述节流塞设有限流杆。