高可靠性长寿命气体动压轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体动压轴承技术领域，尤其是一种高可靠性长寿命气体动压轴承。
【背景技术】
[0002]轴承是陀螺电机的核心部件，陀螺电机的精度和寿命取决于高速旋转的轴承。在航空航天和一些军事应用领域，存在一些陀螺电机启动和工作时电机轴向与重力方向平行或倾斜一定角度的应用场合，这对于陀螺电机提出了更高要求，特别是要求陀螺电机的轴承轴向承载力要高，磨损要小，稳定性要强。
[0003]目前在陀螺电机应用的高速轴承主要是气体动压轴承，该轴承的优点如下:
(I).结构紧凑，不需要辅助仪器；(2).恒定转速下支撑稳定，没有噪声或振动；(3).能够在很大温度范围内工作；(4).长时间工作无需维护。这些优点都非常适合陀螺电机，但气体动压轴承也存在缺陷，如下:(1).气体动压轴承在转速低的情况下承载力很小，特别在电机起停过程中会产生干摩擦，这种摩擦会破坏轴承表面精度，带来污染物，影响其性能和寿命，降低可靠性；针对这个问题，已经采取了各种措施，比如:在轴承表面镀膜，采用更耐磨的材料等，这些措施只是被动的减弱干摩擦的影响，并不能从根本上解决问题；(2).气体动压轴承的角柔量较高，特别在电机斜置启动或在工作时电机轴向不断变化，可能出现轴承表面破坏，造成轴承失效。
[0004]经过检索，发现两篇相关专利文件:1、陀螺电机用气磁混合轴承(专利申请号:201110278269.2)提出了一种结合动压气体轴承和永磁轴承的优点的新结构，该轴承在电机的启动、停止过程中，解决气体动压轴承的摩擦磨损问题和永磁轴承系统稳定性差、刚度小的问题。但该气磁混合轴承结构适用于陀螺电机启动和工作时轴向与重力方向垂直的应用场合，对于轴向与重力方向平行或倾斜一定角度的应用场合，由于永磁轴承设置结构的原因，提供的轴向斥力较小，在启动、停止过程中不能实现完全非接触，这就造成了轴承在启动停止过程中的摩擦磨损，降低了可靠性和使用寿命。
[0005]2、带有永磁磁芯的半球空气动压轴承(专利申请号:201120474163.5)提出了一种半球动压轴承结合永磁轴承的新结构，该结构也是在静态或动态条件下避免接触，提高轴承可靠性。但同样该轴承结构存在缺陷:(1).半球结构相对复杂，加工成本较高；⑵.由于采用半球结构，永磁轴承的外圈巨型磁环和内圈梯形磁环间的间隙较大，提供的支撑力会随间隙的变大而大幅度降低；(3).对于轴向与重力方向平行或倾斜一定角度的应用场合，由永磁轴承设置结构的原因，不能提供轴向斥力，在启动、停止过程中则不能实现完全非接触，这也造成了轴承的摩擦磨损问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种设计合理，结构简单，成本低廉，可靠性高，寿命长的带有4组磁环的气体动压轴承，该轴承既可以克服电机在以任意放置方式启动、停止过程中，气体动压轴承的摩擦磨损问题，又能解决气体动压轴承的角柔量较高的问题，特别是能够提供较大的轴向力和径向力。
[0007]本发明的目的是通过以下技术手段实现的:
[0008]一种高可靠性长寿命气体动压轴承，包括轴套、止推板、轴和螺母，轴同轴插装在轴套的轴孔内，轴的左右两端均安装一个止推板，其特征在于:轴套的左右两端面均嵌装粘接一个轴套端面磁环，两个止推板的内侧壁均嵌装粘接一个止推板磁环，该止推板磁环与轴套端面磁环相对设置；轴套的轴孔内壁的左右两端均嵌装粘接一个外磁环，轴与轴套的轴孔内壁之间具有间隙，在轴的外表面嵌装粘接两个内磁环，该两个内磁环与外磁环的位置相对应；止推板与轴肩配合并通过螺钉紧固；
[0009]上述的轴套端面磁环、止推板磁环、外磁环以及内磁环均采用同种永磁材料制成，止推板磁环和轴套端面磁环采用轴向充磁，且配合面为同种极性；外磁环和内磁环采用径向充磁，且配合面为同种极性。
[0010]而且，所述的永磁材料是钕铁硼、钐钴等高矫顽力永磁材料。
[0011]而且，所述的外磁环和内磁环之间的极性与止推板磁环和轴套端面磁环之间的极性相反。
[0012]本发明的优点和积极效果是:
[0013]1、本气体动压轴承在H型动压气体轴承的基础上，安装了 4组磁环，分别是置于轴和轴套两端的内磁环和外磁环，轴套两端的轴套端面磁环和与之对应的止推板上的止推板磁环。该4组磁环采用同种永磁材料，外磁环和内磁环采取径向充磁的方式，止推板磁环和轴套端面磁环采用轴向充磁的方式，使得每对磁环对应面极性相同，可以获得较大稳定的径向和轴向斥力，该轴承既可以克服电机在以任意放置方式启动、停止过程中，气体动压轴承的摩擦磨损问题，又能解决气体动压轴承的角柔量较高的问题。
[0014]2、本气体动压轴承中的4组磁环采用环形磁环结构，不但容易加工，而且每对磁环的间隙可以加工的很小，可以有效的提高磁环间的斥力。
[0015]3、本气体动压轴承的外磁环和内磁环采取径向充磁的方式，止推板磁环和轴套端面磁环采用轴向充磁的方式，每对磁环对应面极性相同，并且外磁环和内磁环之间的极性与止推板磁环和轴套端面磁环之间的极性相反，这就使得单侧两对磁环形成闭合回路，在增大磁环间斥力的同时，还减小了漏磁。
[0016]4、本气体动压轴承的轴套、止推板、螺母和轴采用同种材料，如:A1、Crl8Ni9T1、lCrl8N1、40Cr，并采用对称结构，因此可以保证环境温度变化时质心稳定。
[0017]5、本发明是一种高可靠性长寿命气体动压轴承，由于各磁环采用对称安置的方式，轴、轴套和止推板会在4组磁环作用下产生较大的径向力和轴向力，在这些力的作用下轴套达到平衡位置，即轴、轴套和止推板处于无接触状态，由于轴向力和径向力较大，能够克服电机在各种安置方式的启停过程中，气体动压轴承的摩擦磨损问题；由于永磁环、轴、轴套、止推板等都是传统的结构形状，因此加工容易、成本低廉；在轴承高速运转中，这种轴承结构又具