复合轴承及工作方法与流程

本发明属于静压空气轴承、滚动轴承技术领域，具体涉及一种静压气浮复合轴及工作方法。

背景技术：

静压空气轴承是气体轴承的常见形式之一，静压空气轴承由于运转速度高、回转精度高、润滑洁净环保等优点，逐渐被广泛应用于精密加工行业，低温压缩行业、食品工业、医疗卫生行业、核工业、航空航天等领域。但是静压空气轴承运行时必须有一专用压缩气源，一旦气源出现故障停气，静压空气轴承将彻底损坏。在静压空气轴承启动时，必须先先开启压缩气源，当压力达到一定值时才可启动。在静压空气轴承停止工作时，气源必须延时关闭。这种苛刻的要求使得在特殊场合使用静压空气轴承受到了极大的限制。

目前在涡轮增压器、燃气发动机、燃气发电机、氢燃料电池等行业，急需一种传动轴，希望具备静压空气轴承的优点或者具备滚动轴承的优点，但同时又没有以上使用条件的苛刻限制。由于使用场合条件有限，所以又不能满足静压空气轴承或滚动轴承的使用条件。为解决这些问题我们设计了一种静压气浮复合轴，这种复合轴分时利用了静压空气轴承和滚动轴承的优点，又避开了静压空气轴承和滚动轴承的缺点。

技术实现要素：

针对所提到的问题，本发明提供了一种复合轴承，包括：

主轴，其一端设置有驱动主轴旋转的动力装置；

两个滚动轴承，其内圈均与所述主轴压紧配合，所述两个滚动轴承间隔一定距离；

气浮轴套，其套设在所述主轴上，其内壁与所述滚动轴承的外圈压紧配合，所述气浮轴套与所述两个滚动轴承构成气浮轴，所述气浮轴套的外壁上设置多个绕着气浮轴套中心轴圆周阵列的多个气流槽，所述气流槽沿着所述气浮轴套端面向内侧延伸，且宽度由外向内逐渐减小，沿着所述气浮轴套的轴向方向上间隔一定距离设置凸起块；

喷气腔，其套设在所述气浮轴套上，其与所述气浮轴套之间具有一定间隙，所述喷气腔内设置有多个喷嘴，所述喷嘴沿着所述喷气腔的圆周内壁径向分布，所述喷嘴的喷气方向与所述气浮轴旋转方向的切线方向一致，所述喷嘴与所述间隙连通，为所述气浮轴悬浮提供压缩空气，当所述间隙内的压缩空气达到一定压力值时，使得所述气浮轴处于悬浮状态且所述气浮轴与所述主轴同转速旋转；当所述间隙无压缩空气时，则所述气浮轴与所述喷气腔直接接触；

端盖，其与所述气浮轴和喷气室的端面连接，用于构建密封空间及对所述气浮轴端面起止推作用；

压气腔，其设置在所述主轴的另一端，所述压气腔内设置有与所述主轴同体旋转的叶轮，所述压气腔内设置有第一排气口、第二排气口和压力传感器，所述第一排气口连接所述喷气腔，所述第二排气口连接发动机或发电机的燃烧室且在连接管路上设置压力单向阀；

气体流量调节器，其设置在所述第一排气口与所述喷气腔连通的管路上，所述气体流量调节器内的阀芯用于控制或改变气流通道的截面积，从而控制气体流量；

速度传感器，其设置在所述气浮轴上，用于感测所述气浮轴的转速；

控制器，其与所述气体流量调节器、压力传感器和速度传感器连接，所述控制器将接收到的所述速度传感器传送的转速与所述主轴的转速进行比对分析后得出速度偏差值，根据所述速度偏差值计算得出压力偏差值，所述控制器根据所述压力偏差值控制所述气体流量调节器内的阀芯开启的幅度来调节所述喷气腔内的压力值，从而将所述气浮轴的转速调至为与所述主轴转速一致；当控制器接收所述压力传感器感测的压力值大于预设压力值时，所述控制器控制所述压力单向阀开启，即开始向发动机或发电机的燃烧室送气。

优选方案是：所述喷气腔位于所述复合轴轴套内。

优选方案是：在所述喷气腔与复合轴轴套之间设置压缩空气分配腔，所述喷嘴其进气端与所述压缩空气的分配腔连通，出口端与所述气浮轴轴套和喷气腔的间隙连通。

优选方案是：所述设置在所述主轴一端驱动所述主轴旋转的动力配置可为电机、齿轮构成或电机、带轮、传动带构成，也可在主轴的一端设置由气体驱动、与主轴同轴的涡轮。

优选方案是：所述驱动装置为电机

复合轴承的工作方法，步骤包括：

1)驱动主轴旋转，由滚动轴承支承所述主轴旋转；

2)压气腔内与主轴同体旋转的叶轮产生气流，并在所述压气腔内集存产生高压气体，所述高压气体通过第一排气口进入喷气腔内，由喷嘴喷出的气体作用于气浮轴上；

3)所述气浮轴在气体的作用下处于悬浮状态，控制器将接收到的速度传感器传送的转速与所述主轴的转速进行比对分析后得出速度偏差值，根据所述速度偏差值计算得出压力偏差值，所述控制器根据所述压力偏差值控制气体流量调节器内的阀芯的开启的幅度来调节所述喷气腔内的压力值，从而将所述气浮轴的转速调至为与所述主轴转速一致；当控制器接收所述压力传感器感测的压力值大于预设压力值时，所述控制器控制所述压力单向阀开启，即开始向发动机或发电机的燃烧室提供压缩空气；

4)所述主轴的驱动动力关闭，所述压气腔内的压力低于预设压力值时，所述压力单向阀关闭，停止向发动机或发电机的燃烧室提供压缩空气，随着所述压气腔内的气体压力逐渐降低，所述气浮轴由悬浮状态逐渐恢复为运动初始状态，与喷气腔接触，所述主轴的惯性能量在所述滚动轴承支承下继续旋转，直到完全停止。

本发明有益效果如下：

(1)稳定工作状态具有静压空气轴承的优点，即低摩擦、低能耗、高精度、稳定性好等；

(2)气浮复合轴的主轴启动时由滚动轴承支承，启动扭矩小且易于启动；

(3)气浮复合轴启动时由滚动轴承支承，启动时不会损坏气浮轴；

(4)当驱动动力消失，气浮压力逐渐减小后，气浮轴停止工作，主轴的惯性能量带动滚动轴承继续旋转，直到完全停止，不会损坏气浮轴；

(5)气浮复合轴两端装有端面止推轴承，可以有效的防止主轴轴向窜动。

附图说明

图1为本发明中气浮轴的结构示意图；

图2为本发明静压气浮复合轴的结构示意图；

图3为发明中气浮轴的部件图；

图4为发明中气浮轴轴套的部件图；

图5为发明静压气浮复合轴的部件图。

图中：1、滚动轴承，2、气浮轴轴套，3、端盖，4、主轴，5、喷气腔，6、复合轴轴套，7、涡轮，8、叶轮，9、外壳，10、反丝螺母，11、喷嘴，12、压气腔，13、压力单向阀，14、进气口，15、第二排气口，16、第一排气口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明提供了一种复合轴承，包括：主轴4，其一端设置有驱动主轴旋转的动力装置，所述动力装置可为电机、齿轮构成或电机、带轮、传动带构成，也可在主轴的一端设置由气体驱动、与主轴同轴的涡轮；两个滚动轴承1，其内圈均与所述主轴4压紧配合，所述两个滚动轴承1间隔一定距离；气浮轴套2，其套设在所述主轴4上，其内壁与所述滚动轴承1的外圈压紧配合，所述气浮轴套2与所述两个滚动轴承1构成气浮轴，所述气浮轴套2的外壁上设置多个绕着气浮轴套2中心轴圆周阵列的多个气流槽，所述气流槽沿着所述气浮轴套2端面向内侧延伸，且宽度由外向内逐渐减小，沿着所述气浮轴套2的轴向方向上间隔一定距离设置凸起块；喷气腔5，其套设在所述气浮轴套2上，其与所述气浮轴套2之间具有一定间隙，所述喷气腔5内设置有多个喷嘴11，所述喷嘴11沿着所述喷气腔5的圆周内壁径向分布，所述喷嘴11的喷气方向与所述气浮轴旋转方向的切线方向一致，所述喷嘴11与所述间隙连通，为所述气浮轴悬浮提供压缩空气，当所述间隙内的压缩空气达到一定压力值时，使得所述气浮轴处于悬浮状态且所述气浮轴与所述主轴4同转速旋转；当所述间隙无压缩空气时，则所述气浮轴与所述喷气腔5直接接触；端盖3，其与所述气浮轴和喷气腔5的端面连接，用于构建密封空间及对所述气浮轴端面起止推作用；压气腔12，其设置在所述主轴4的另一端，所述压气腔12内设置有与所述主轴4同体旋转的叶轮8，所述压气腔12内设置有第一排气口16、第二排气口15和压力传感器，所述第一排气口16连接所述喷气腔5，所述第二排气口15连接发动机或发电机的燃烧室且在连接管路上设置压力单向阀13；气体流量调节器，其设置在所述第一排气口16与所述喷气腔5连通的管路上，所述气体流量调节器内的阀芯用于控制或改变气流通道的截面积，从而控制气体流量；速度传感器，其设置在所述气浮轴上，用于感测所述气浮轴的转速；控制器，其与所述气体流量调节器、压力传感器和速度传感器连接，所述控制器将接收到的所述速度传感器传送的转速与所述主轴4的转速进行比对分析后得出速度偏差值，根据所述速度偏差值计算得出压力偏差值，所述控制器根据所述压力偏差值控制所述气体流量调节器内的阀芯开启的幅度来调节所述喷气腔5内的压力值，从而将所述气浮轴的转速调至为与所述主轴4转速一致；当控制器接收所述压力传感器感测的压力值大于预设压力值时，所述控制器控制所述压力单向阀13开启，即开始向发动机或发电机的燃烧室送气。所述喷气腔5位于所述复合轴轴套6内，在所述喷气腔5与复合轴轴套6之间设置压缩空气分配腔，所述喷嘴11其进气端与所述压缩空气的分配腔连通，出口端与所述气浮轴轴套2和喷气腔5的间隙连通。

在一些实施例中，还可设置多于两个的滚动轴承，以使主轴4获得更为稳定的滚动支撑。

本发明提出了一种复合轴承的工作方法，步骤包括：

1)驱动主轴4旋转，由滚动轴承1支承所述主轴4旋转；

2)压气腔12内与主轴4同体旋转的叶轮8产生气流，并在所述压气腔12内集存产生高压气体，所述高压气体通过第一排气口16进入喷气腔内，由喷嘴11喷出的气体作用于气浮轴上；

3)所述气浮轴在气体的作用下处于悬浮状态，控制器将接收到的速度传感器传送的转速与所述主轴4的转速进行比对分析后得出速度偏差值，根据所述速度偏差值计算得出压力偏差值，所述控制器根据所述压力偏差值控制气体流量调节器内的阀芯的开启的幅度来调节所述喷气腔内5的压力值，从而将所述气浮轴的转速调至为与所述主轴4转速一致；当控制器接收所述压力传感器感测的压力值大于预设压力值时，所述控制器控制所述压力单向阀开启，即开始向发动机或发电机的燃烧室提供压缩空气；

4)所述主轴4的驱动动力关闭，所述压气腔12内的压力低于预设压力值时，所述压力单向阀13关闭，停止向发动机或发电机的燃烧室提供压缩空气，随着所述压气腔12内的气体压力逐渐降低，所述气浮轴由悬浮状态逐渐恢复为运动初始状态，与喷气腔5接触，所述主轴4的惯性能量在所述滚动轴承1支承下继续旋转，直到完全停止。

以涡轮增压器为例说明工作原理如下：汽车点火后，发动机将持续排出燃烧后的尾气，汽车尾气作为启动动力源，通过吹动与主轴同轴的涡轮来启动主轴4，主轴4由滚动轴承1支承旋转。主轴4带动另一端的叶轮8工作，叶轮8持续旋转时，压气腔12体内将会产生压缩空气。当压缩空气压力达到一定值的时候，气浮轴在喷气腔5体内处于旋转状态；滚动轴承1、气浮轴轴套2随主轴4同体旋转，此时主轴4与滚动轴1承、气浮轴轴套3之间处于相对静止状态；压气腔12内的气体一部分供给气浮轴，另一部分供给发动机；这样在汽车尾气的带动下，叶轮8就可以持续旋转，为发动机提供源源不断的压缩空气。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。