专利名称：气体推力轴承及其轴承衬套的制作方法
技术领域：
本发明涉及权利要求1的前序部分所述的气体推力轴承以及所述 气体推力轴承应用在其中的直线压縮机。
背景技术：
径向作用的气体推力轴承接收径向力，所述径向力作用于轴承衬 套内可移动地被保持的本体例如轴或活塞上，这是将通过轴承衬套的 壁内的小孔的加压的气体均匀地引导到本体与轴承衬套之间的间隙内 而实现的，从而所产生的气垫防止本体与轴承衬套的彼此相互接触。
如果所述本体通过径向作用的力相对于轴承衬套被移动，则本体 与轴承衬套之间的间隙沿力的方向缩窄，并且间隙的縮窄的区域内的 气垫被压縮，而在本体的相反侧上的间隙的区域加宽并且所述气垫在 所述区域内相应地扩展。通过这种压力差产生回复力，所述回复力越 大，则本体的径向偏移变得更强烈并且因此间隙的这两个区域之间的
压差也变得更大(弹性效应)。气体推力轴承的弹性效应的强度(刚度) 基本上由供气孔的横截面(面积)确定。这些供气孔越小，则越有效 地防止气体的回流。回流影响越小，则通过本体的径向移位所造成的 压力升高就越明显，并且因此回复力(刚度)就越高。
供气孔的直径越小，则足以用于令人满意的承载作用的需要通过 该供气孔的气体输送量就越少。气体输送量的最小化尤其对于诸如压 縮机活塞的承载的应用而言是非常重要的，其中由压縮机本身压縮的 气体被用于气体推力轴承的操作，并且较高的气体消耗负面地影响了 压縮机的效率。
出于不同的理由所期望的是，在气体推力轴承中将供气孔的直径 制造得尽可能小。
目前，小于一百分之一毫米范围内的孔直径可以有效地利用脉冲激光束或利用电火花烧蚀被制成。然而，孔的径长比(直径d比孔长
度L之比)对于孔的质量以及成本节约起到了重要的作用。对于工业
制造而言，现有技术采用最大l: 20的径长比。最大至l: 40的较高 的径长比在某些情况下利用合适选择的材料也是可以实现的，但却是 以孔的重复精度为代价。
如果采用30 pm的供气孔的实际可实现的直径d以及1: 20的径 长比，则轴承衬套的壁厚L不可超过0.6mm。这种薄壁的轴承衬套的 机械加工是极其困难的，这是因为安装与机加工(切削)所需的力使 得高精度的轴承衬套非常容易地变形。改进轴承衬套的尺寸稳定性的 并使得可以形成狭窄的供气孔的技术方案是车削在最初厚壁的轴承衬 套上的外侧表面周围延伸的凹槽(其中衬套的壁厚在凹槽所在的区域 内被减小)并且随后供气孔在凹槽的底部内被形成。然而，这所产生 的问题是凹槽所在的区域内的非常薄壁的衬套具有由于在机加工的过 程中出现的力而导致变形的危险。在实际中所产生的结果是，其余高 壁厚仍可以在凹槽的区域内得到保留，从而可以以大约1: 20的径长 比重复制造的供气孔具有不期望的大直径或者孔具有更高的径长比并 产生受到限制的重复性，这导致了轴承衬套与在其中所支承的本体之 间的不均匀的气垫分布，因而导致了可靠性受到限制的承载效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种轴承衬套，其具有可复现的窄供气孔 以及较髙的尺寸稳定性，并且提出用于这种轴承衬套的应用。
该目的得以实现在于一种具有壳体的气体推力轴承，其中所述壳 体设有轴承衬套，所述轴承衬套具有衬套本体，所述衬套本体限定一 纵向轴线和多个凹部和多个毛细孔，所述凹部在衬套本体的外侧表面 上形成，所述毛细孔分别从这些凹部中的一个的底部通过所述衬套本 体延伸至其内侧表面，其特征在于，所述衬套本体在横贯于纵向轴线 通过其中一个毛细孔延伸的每个横截面内具有比紧邻所述孔周围壁强 度的更高的局部壁强度。而利用传统的轴承衬套，在其周围延伸的凹 槽具有较低的壁强度，其在整个横截面内是相同的，本发明的局部增加的壁强度使得可以增加轴承衬套上的负载，尤其相对于与纵向轴线 平行的转矩矢量的转矩。
根据本发明的第一实施例，凹部是沉孔，其直径大于毛细孔的直 径，并且毛细孔分别从每个沉孔的底侧表面开始延伸。
对于该实施例而言，实现了轴承衬套的非常高的尺寸稳定性，这 是因为沉孔外侧的衬套本体的高的壁强度可以按照需要被选择。然而， 这种轴承衬套的制造是相对复杂的，这是因为延伸通过衬套本体的每 个供气孔必须以两个步骤被制造，首先，产生沉孔，并且随后，产生 毛细孔，并且在产生沉孔的过程中，必须高精度地监测孔深度。
根据简单制造的实施例，凹部是在衬套的圆柱形外侧表面上的扇 段形切口。这些切口容易制造具有相同的深度，这是因为例如轴承衬 套安置在加工桌上并利用圆锯片或切削头被加工，它们高于桌表面的 高度稍微小于衬套本体的壁厚。
在该实施例中，该毛细孔分别优选在横贯于纵向轴线的横截面内 居中从切口的底侧表面开始延伸，这是因为其余的壁厚是最小的。
还有利的是，多个所述切口分别会聚到在外侧表面周围延伸的凹 槽内，这是因为与凹槽连通的单个供应入口足以将压縮气体供应至从 凹槽延伸出的所有毛细孔。
在横截面内，切口的底侧表面优选形成正多边形。
不仅在如上所述的扇段形切口的情况中，有利的是，凹部是在外 侧表面周围延伸的至少一个凹槽的一部分，其具有沿周向变化的深度， 从而使得可以将共用的压縮气体输送至从凹槽延伸出的所有毛细孔。
根据另一实施例，衬套本体在横贯于纵向轴线的横截面内具有带 有齿的轮的形状，其中一个毛细孔从所述带有齿的轮的形状的齿隙开 始延伸。
在横截面内，所述齿和齿隙优选形成一弯曲轮廓。
带有齿的轮的形状、尤其具有弯曲轮廓的带有齿的轮的形状通过 利用往复旋转切削工具进行车削而获得。
对于具有上述类型的轴承衬套以及容纳轴承衬套的壳体的气体推 力轴承而言，至少一个通道优选在壳体的内侧表面上设置，其中多个凹部经由所述通道连通，从而使得可以将共用的压缩气体供应至多个 凹部。
通道优选沿纵向轴线的方向延伸，并且经由通道彼此相互连通的 凹部沿纵向轴线的方向间隔。特别地，连通的凹部可属于不同的周向 凹槽。
本发明的技术主题还在于一种直线压縮机，其中使用了如上所述 的轴承衬套和/或气体推力轴承。
参照附图，通过一下给出的示意性实施例的说明可以清楚本发明 的其它特征和优点。这些附图如下
图l示出了根据本发明的直线压縮机的示意性轴向剖视图； 图2示出了沿图1中的线ii-ii的平面的直线压縮机的径向剖视图3示出了根据第一实施例的沿图i中的线iii-iii的直线压縮机
的轴承衬套的剖视图4示出了根据第二实施例的直线压缩机的径向剖视图； 图5示出了根据第二实施例的轴承衬套的局部透视图； 图6示出了根据第三实施例的与图4类似的视图。
具体实施例方式
如图1所示的直线压縮机包括具有圆柱形罩2的壳体1，其中所 述罩在一端由端壁3封闭。带有单向阀5的抽吸连接部4通过端壁3 延伸到壳体1的内部容腔中。在该容腔内靠近罩2的内侧表面布置圆 柱形轴承衬套6，所述圆柱形轴承衬套与端壁3 —起限定了工作室7。 在该室内，活塞8可以沿轴承衬套6的纵向轴线9的方向移动。活塞 8远离端壁3的移动使得通过抽吸连接部4被压缩的气体抽吸到工作 室7内。活塞8朝向端壁3的移动使得气体压縮，并且最终将气体推 入到压力出口10中，在所述压力出口中设置第二单向阀11。
在单向阀11的下游形成有端壁3内的分配室12。较大部分压縮气 体经由压力连接部13从分配室12离开。较小部分压縮气体在通道14内流动，其中所述通道沿轴向沿罩2的内侧表面延伸并且分别与多个 供气孔15连通，其中所述供气孔延伸通过轴承衬套6的本体。供气孔 15分别由外侧沉孔(blindhole) 16形成，其中所述沉孔的深度的尺寸 准确地设置成，将每个沉孔16的底部与衬套的内侧之间的间距确保为 例如0.6 mm的剩余壁厚。具有例如30 pm直径的毛细孔17从每个沉 孔16的底部通过轴承衬套6的本体延伸到工作室7内。压缩气体经由 毛细孔17从分配室12向回移动到工作室7中，在那里所述气体形成 了气垫，其中所述气垫将活塞8保持浮动，而并不与轴承衬套6接触， 并因而实现了活塞8的基本上无摩擦的运动。
图2示出了在分配室12的高度处的压缩机的端壁3的剖视图。从 该室延伸出的任何数量的通道14基本上可以被提供用于向所有供气 孔15输送压縮气体，这正如虚线所示。
图3示出了沿图1的平面III-in的轴承衬套6的径向剖视图。多 个供气孔15 (在图中为十二个)在轴承衬套6的整个周边上均匀地分 布。为了向这些供气孔以及位于与该剖切平面平行的其它平面内的供 气孔15供气，通道14以合适的数量在罩2的内侧上分布，并且连接 至分配室12。
图4示出了根据本发明的第二实施例的沿平面ni-m的剖视图。 多个窄圆扇段形状的凹部18通过在轴承衬套6的外侧表面上进行铣削 或锯切而被形成，其中一个出于示意性的目的通过点-虚线被着重示 出。 一起绕周边形成凹槽21的重叠的凹部18减小了轴承衬套6的横 截面，其在剖视平面中示出为正多边形，这里为十二边形，而毛细孔 17分别从多边形的每个边的中央通过轴承衬套6的本体延伸到工作室 7。多边形的形状导致了剖切平面内的轴承衬套6的横截面表面，并因 而导致了其刚度高于传统的轴承衬套的刚度，其中在传统的轴承衬套 中，毛细管从恒定深度的外周凹槽延伸出。横截面表面的增加越多， 则多边形的角的数量就越少，正如出于对比目的的虚线示出的六边形 轮廓所示。因为各个凹部18在多边形的角彼此相互融合并因而形成具 有不同深度的周向凹槽21，所以少数量的通道14足以对所有毛细管 17供气。如图2所示，这些通道沿罩2的内侧表面延伸；在图4中，它们本身在轴承衬套6内形成，像凹部18通过铣削和锯切而被形成。 除了图4中所示的两个通道14以外，单个通道也是满足要求的。
图5出于示意性的目的示出了轴承衬套6的透视图，横截面中具 有在一个凹部18的高度处形成的周向凹槽21。可以看出多个轴向间 隔的周向凹槽21以及将所述周向凹槽彼此相连的并将其连接至分配 室12的通道14。
根据如图6所示的第三实施例，轴向间隔的周向凹槽21 (其中一 个在剖视图中可见)在轴承衬套6的外侧表面上通过利用旋转铣削工 具的旋转加工而被形成，其中所述旋转铣削工具沿轴承衬套6的径向 往复运动。通过将铣削工具的往复运动频率设定为轴承衬套6的旋转 频率的十二倍，获得具有十二个齿19和十二个齿隙20的齿轮形横截 面形状。在轴承衬套6的壁厚已经通过在齿隙20的最低点进行的旋转 加工而被减小至0.6 mm的期望的尺寸之后，毛细孔17在这些点被嵌 入。对应的中间齿19确保轴承衬套6在横截面内的更大的横截面表面 以及因而确保了更高程度的尺寸稳定性。用于向毛细孔17供应压縮气 体的通道14如图2所示沿罩2的内侧表面延伸或者作为通过罩2的孔 延伸或者如图4和5所示在轴承衬套6内被铣削或锯切。还可以想到 的是利用往复切割工具在轴承衬套6的整个长度内加工轴承衬套的外 侧表面，从而以这种方式分别在仍未加工的条之间产生纵向通道14， 其中所述通道将周向凹槽21连接至分配室。
权利要求
1. 一种具有用于容纳轴承衬套的壳体(1)的气体推力轴承，其中所述轴承衬套包括衬套本体(6)，所述衬套本体限定一纵向轴线(9)并设有多个凹部(16、18、20)以及多个毛细孔(17)，其中所述多个凹部在所述衬套本体(6)的外侧表面上形成，而所述毛细孔分别从凹部(16、18、20)的底部通过所述衬套本体(6)延伸至其内侧表面，其特征在于，所述衬套本体(6)在横贯于所述纵向轴线(9)通过其中一个毛细孔(17)延伸的每个横截面内具有比所述毛细孔(17)的紧邻周围的壁厚局部更大的壁厚。
2. 根据权利要求1所述的气体推力轴承，其特征在于，所述凹部 (16)是沉孔(16)，所述沉孔的直径大于所述毛细孔(17)的直径，所述毛细孔(17)中的一个毛细孔从每个沉孔(16)的底侧表面开始 延伸。
3. 根据权利要求l所述的气体推力轴承，其特征在于，所述凹部 (18)是所述衬套(6)的圆柱形外侧表面上的圆扇段形切口 (18)。
4. 根据权利要求3所述的气体推力轴承，其特征在于，毛细孔(17) 在横向于所述纵向轴线(9)的横截面内居中从切口 (18)的底侧表面 延伸出。
5. 根据权利要求3或4所述的气体推力轴承，其特征在于，多个 所述切口 (18)融合到在所述衬套本体(6)的外侧表面周围延伸的凹 槽(21)中。
6. 根据权利要求4、 5或6任一所述的气体推力轴承，其特征在 于，在横截面内，所述切口 (18)的底侧表面形成正多边形。
7. 根据权利要求1所述的气体推力轴承，其特征在于，所述凹部 (18、 20)是在所述衬套本体(6)的外侧表面周围延伸的至少一个凹槽(21)的一部分，其沿周向具有变化的深度。
8. 根据权利要求1或7所述的气体推力轴承，其特征在于，所述 衬套本体(6)在横贯于所述纵向轴线(9)的横截面内具有齿轮的形 状，其中所述齿轮具有齿(19)以及所述齿之间的齿隙(20)，所述毛 细孔(17)中的一个毛细孔从所述齿之间的齿隙(20)中的一个延伸 出。
9. 根据权利要求8所述的气体推力轴承，其特征在于，所述齿(19) 以及所述齿之间的齿隙(20)在横截面中形成弯曲的轮廓。
10. 根据权利要求8或9所述的气体推力轴承，其特征在于，所 述齿轮的形状通过金属切割制造方法、尤其通过利用往复旋转刀具的 车削而被形成。
11. 根据前述权利要求任一所述的气体推力轴承，其特征在于， 至少一个通道(14)在所述壳体(1 )的内侧表面上形成，多个凹部(16、 18、 20)经由所述通道连通。
12. 根据权利要求ll所述的气体推力轴承，其特征在于，所述通 道(14)沿所述纵向轴线(9)的方向延伸，并且经由所述通道(14) 彼此相互连通的凹部(16、 18、 20)沿所述纵向轴线(9)的方向间隔。
13. —种设有根据权利要求1至12任一所述的气体推力轴承的直 线压縮机。
全文摘要
本发明涉及一种气体推力轴承，包括具有轴承本体(6)的轴承衬套，其中所述轴承本体限定一纵向轴线(9)并具有多个凹部(18)以及多个毛细孔(17)，其中所述凹部在衬套本体(6)的外侧表面上形成，每个毛细孔从凹部的地步通过所述衬套本体(6)延伸至所述本体的内侧表面。所述衬套本体(6)相对于纵向轴线(9)成直角延伸通过所述毛细孔(17)的每个横截面具有比所述毛细孔(17)的紧邻区域更大的局部壁厚。
文档编号F16C29/02GK101535666SQ200780041324
公开日2009年9月16日 申请日期2007年10月30日 优先权日2006年11月7日
发明者J-G·舒伯特 申请人:Bsh博世和西门子家用器具有限公司