专利名称:内π形气楔槽动静压复合气浮轴承的制作方法
技术领域:
本发明属于轴承技术领域,涉及一种支承高速旋转机械的一种内形气楔槽动
静压复合气浮轴承。
背景技术:
气浮轴承是20世纪中期迅速发展起来的一项高科技产品,它与传统的滚动轴承 或油质滑动轴承相比,具有高转速、高精度、低功耗、无污染、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,尤其是在超高速旋转机械和 超精密仪器技术领域更有明显的优越性。 目前,气浮轴承润滑主要有两种基本的润滑方式, 一种是静压气浮轴承,如图l 所示;另一种是动压气浮轴承或者动静压混合式气浮轴承。动压气浮轴承可以分为两种 方式,其一是在气浮轴承支承的转子上开槽,其二是在气浮轴承内表面上开槽;附图2 是一种轴流槽式动压气浮轴承的剖视图,图中,转子轴颈l、轴承体2、转子轴颈l外圆 表面的增压流道槽3、弹性圈4,增压流道槽位人字形;专利申请n形槽动静压混合式 气体轴承,申请号94207681.8,见图3所示,其核心是在转子轴颈上开设n形增压流道 槽。 无论是静压气浮轴承还是动压气浮轴承,其原理都是依靠气体润滑,轴承就是 利用气体的粘度,提高间隙中的气体压力,从而将轴悬浮起来的轴承(见[日]十合晋一 著,韩焕臣译《气动轴承抓设计、制作与应用》,宇航出版社,1988)。轴流槽式动压 气浮轴承是在轴颈表面加工成气流槽道,并且动静间隙呈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);上述静压、动压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;但是,静压气浮轴承的承载力低,被支承的旋转体重量不能过高;上述两种动压 气浮轴承,由于转子轴颈上开槽的结构特点,都存在起停等短时间对接触面耐磨性能要 求高,轴颈表面不光滑更易发生动静部件碰摩、磨损,造成轴承的故障。
专利申请内槽道自润滑动静压耦合气浮轴承,申请号200720177830.7,见 图4A、图4B。所示,其主要内容如下它由转子轴颈l、轴承体2、增压流道槽3、减 振弹性圈4、供气孔5、供气喷嘴6组成;供气孔5和供气喷嘴6构成静压系统,增压流 道槽为动压系统。其主要存在两个问题 一是静压系统的供气喷嘴6位于动压系统的增 压流道槽3内,当静压系统供气不均匀或转子存在振动时,供气喷嘴6进来的空气形成 的流场产生扰动,轴承两端支撑刚度不再相等,从而会导致高速旋转机械振动超标或失 稳;二是动压系统的轴承两端的两个增压流道槽没有贯通,在转子出现振动或静压供气 压力不等的情况下,轴承两端的动压效应不再对等,从而降低了气浮轴承的承载力,即 降低了高速旋转机械的可靠性。 专利申请内流道自润滑结构的动压气浮轴承,申请号200720177829.4,见
3图5A、图5B所示,其主要内容如下它由转子轴颈l、轴承体2、增压流道槽3、弹性
圈4组成;其主要存在两个问题 一是由于是纯动压气浮轴承,在启动阶段和低速阶段
(如2万转/分以下),该气浮轴承的动压效果较差,轴颈不能有效浮起,轴承润滑不畅, 导致短时间碰摩和振动较为严重;二是轴承两端的两个增压流道槽没有贯通,在转子出 现振动或局部碰摩或外界扰动下,轴承两端的动压效应不再对等,从而降低了动压气浮 轴承的承载力,即降低了高速旋转机械的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种内Ji形气楔槽动静压复合气浮轴承,克服
了上述现有静压气浮轴承、动压气浮轴承及动静压耦合气浮轴承的存在的不足。 —种内Ji形气楔槽动静压复合气浮轴承,所述复合, 一是指轴承由静压系统和
动压系统构成,二是指轴承同时具有径向和轴向(止推)支承能力。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是 静压系统是在轴承止推面和内表面分别开设贯通的静压供气孔,包括止推面静 压进气孔、止推面静压垂向喷嘴、内表面静压供气孔和内表面静压切向喷嘴;止推面静 压垂向喷嘴方向与止推面垂直,喷嘴有两排,每排沿止推面中心呈中心对称均匀分布; 内表面静压切向喷嘴有一排,喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交。 动压系统包括止推面动压螺旋槽和内表面动压Ji形气楔槽;止推面动压螺旋槽 深度一致,顶部带有尖角,沿止推面与止推面静压喷嘴间隔均匀分布;内表面动压n形 气楔槽,其形状为n形,槽宽均匀,有气楔角,即沿旋转方向槽的深度由深变浅,n行 槽沿内表面与内表面静压喷嘴间隔均匀分布。 径向支承由轴承内表面的静压系统和动压系统构成,止推由轴承止推面上的静 压系统和动压系统构成。 本发明的有益效果是轴承内表面采用Ji形气楔槽设计、动静压混合设计和止推 面动静压设计,提高了轴承的低速、高速阶段的承载力,贯通的n形气楔槽设计有效提 高了支承的稳定、可靠性;止推面可以极大的降低被支承轴颈的轴向振动,进一步拓宽 了气浮轴承的使用范围。
图1是现有静压气浮轴承结构示意图。 图2是现有轴流槽式动压气浮轴承示意图。 图3是现有Ji形槽动静压混合式气体轴承结构示意图。 图4A是现有内槽道自润滑动静压耦合气浮轴承结构示意图。 图4B是图4A的气浮轴承内表面增压流道槽结构示意图。 图5A是现有内流道自润滑结构的动压气浮轴承结构示意图。 图5B是图5A的气浮轴承内表面增压流道槽结构示意图。 图6是本发明的内Ji形气楔槽动静压复合气浮轴承横截面示意图。 图7是图6的止推面示意图。 图8是图6的纵截面示意图。
图9A、图犯、图9C是轴承内表面Ji形气楔槽形状及深度变化示意图。 图中Ol止推面静压供气孔;02内表面静压供气孔;03止推面静压垂向喷
嘴;04内表面静压切向喷嘴;05内表面动压JI形气楔槽;06止推面动压螺旋槽07密封圈。
具体实施例方式
以下结合技术和附图详细叙述实施例。 如图所示,本发明的内Ji形气楔槽动静压复合气浮轴承由止推面静压供气孔 01、内表面静压供气孔02、止推面静压垂向喷嘴03、内表面静压切向喷嘴04、内表面动 压n形气楔槽05、止推面动压螺旋槽06、密封圈07组成。内Ji形气楔槽动静压复合 气浮轴承主要通过静压系统和动压系统为转子轴颈提供支承刚度,其中,
静压系统包括止推面静压进气孔Ol、止推面静压垂向喷嘴03、内表面静压供气 孔02、内表面静压切向喷嘴组成04 ;止推面静压垂向喷嘴03方向与止推面垂直,喷嘴有 两排,每排沿止推面中心呈中心对称均匀分布;内表面静压切向喷嘴04有一排,分别位 于内表面动压n形气楔槽05之间,喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交。
动压系统包括止推面动压螺旋槽06、内表面动压形气楔槽05;止推面动压 螺旋槽06深度一致,顶部带有尖角,沿止推面与止推面静压喷嘴间隔均匀分布;内表面 动压n形气楔槽05形状为Ji形,槽宽均匀,有气楔角,即沿旋转方向槽的深度由深变 浅。n形槽沿内表面且与内表面静压喷嘴间隔均匀分布。 同时,请参见附图,本发明的核心技术是采用Ji形气楔槽设计、动静压混合设 计和止推面动静压设计。其原理是根据气浮轴承与被支承转子轴颈动静部件的结构特 点,首先利用静压系统使转子轴颈在轴承内表面和止推面悬浮起来,并为转子轴颈的在 一定转速范围内的旋转提供支承刚度和阻尼;当转子轴颈的转速增大到一定程度后,动 压系统开始发挥更大的支承刚度,即止推面动压螺旋槽06、内表面动压Ji形气楔槽05中 的空气被高速旋转的转子轴颈带动起来,形成气体增压的效果。密封圈07除了具有密封 高压气体的功能之外,还可以减小气浮轴承在被支承转子启动阶段的碰摩和磨损。
气浮轴承的这种动压、静压复合设计可以为转子轴颈提供由低速到高速旋转过 程中的支承刚度,避免了静压和动压之间的耦合和相互干扰作用;贯通的n形气楔槽设 计可以避免"八"字形或"人"字形增压流道槽(或叫动压槽)两端动压效果不一致的 严重弊端,贯通的设计使轴承两端增压效果或支承刚度一致,使转子轴颈运行更稳定、 可靠。止推面动静压设计可以使转子轴颈悬浮于两轴承之间,起到止推轴承的效果,极 大地降低了转子轴颈的轴向振动,同时对于径向振动也具有很好的抑制作用,因此,显 著提高了转子轴颈运行的稳定性,拓宽了气浮轴承的使用范围。
权利要求
一种内π形气楔槽动静压复合气浮轴承,包括止推面静压供气孔(01)、内表面静压供气孔(02)、止推面静压垂向喷嘴(03)、内表面静压切向喷嘴(04)、内表面动压π形气楔槽(05)、止推面动压螺旋槽(06)和密封圈(07);其特征在于包括静压系统和动压系统,其中,静压系统是在轴承止推面和内表面分别开设贯通的静压供气孔,止推面静压垂向喷嘴(03)方向与止推面垂直,喷嘴有两排,每排沿止推面中心呈中心对称均匀分布;内表面静压切向喷嘴(04)有一排,分别位于内表面动压π形气楔槽(05)之间,喷嘴方向与轴承内表面呈切向相交;动压系统是在轴承止推面和内表面分别开设动压螺旋槽(06)、内表面动压π形气楔槽(05);止推面动压螺旋槽(06)深度一致,顶部带有尖角,沿止推面与止推面静压喷嘴间隔均匀分布;内表面动压π形气楔槽(05);槽的形状为π形,槽宽均匀,有气楔角,即沿旋转方向槽的深度由深变浅。π形气楔槽(05)沿内表面整圈均匀分布,且与内表面静压喷嘴间隔分布。
全文摘要
本发明一种内π形气楔槽动静压复合气浮轴承,涉及轴承技术,是支承超高速旋转机械的一种新结构形式的气浮轴承。其结构特征是轴承内表面采用π形气楔槽设计、动静压复合设计和止推面动静压设计,止推面采用螺旋形增压槽设计,且内表面和止推面上分别有静压供气孔。本发明的气浮轴承,避免了静压和动压之间的耦合和相互干扰弊端、避免轴承两端动压效果不一致的弊端,不仅显著地提高了轴承的承载能力和转速,极大地降低了转子轴颈的轴向和横向振动,提高了转子系统的稳定性、可靠性。因此,本发明结构简单、承载力高,运行稳定、可靠性高,进一步拓宽了气浮轴承的应用范围。
文档编号F16C32/06GK101691879SQ20091030812
公开日2010年4月7日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者刘艳, 杨勇, 王晓放, 赵广, 邱豪凯 申请人:大连理工大学