專利名稱：高剛度靜壓氣體徑向軸承的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械技術領域，主要涉及精密加工的氣體靜壓軸承，涉及 靜壓氣體徑向軸承，具體就是一種高剛度靜壓氣體徑向軸承。
背景技術：
氣體軸承技術是一種隨著高科技的出現而發展起來的先進的實用技術，氣 體軸承是用氣體代替油作為潤滑劑，在軸與軸承套之間構成氣膜，使活動面和靜 止面避免直接接觸的理想的支承元件，它具有幾乎沒有摩擦、無磨損、無污染、 回轉精度高，能在高溫和低溫工況下工作等特點。氣體軸承作為高速回轉主軸或 超精密主軸用的軸承其實用性十分引人注目，近幾年來在機床行業，高速和精密 機械工業、電子工業和醫療器械工業等得到了十分廣泛的應用。
空氣靜壓軸承有著自身獨特的優勢，但是現有的氣體靜壓軸承在實際運用中 也存在有明顯的不足之處，如承載能力小，剛度低，對各種工況的適應能力不強。 所以如何設法提高氣體靜壓軸承的剛度就成為工程應用中迫切需要解決的問題， 這也正是本實用新型要解決的主要問題。
普通的氣體靜壓軸承所承載的剛度是由它的節流孔決定的，一旦生產制造成 型其所能承載的剛度的不可變的。目前，對于提高氣體靜壓軸承剛度的研究主要 從兩個方面展開 一是壓力反饋自控制。就是ZbyszkoKaximierski在《Journal of Tribology》1992年第4期的P270 - P273上發表的論文《Gas Bear of Infinite Stiffness》(無窮剛度氣體軸承)里面所采用的控制方法。二是氣膜間隙反饋主動 控制。是在2001年由哈爾濱工業大學博士生在博士生論文《自主式高剛度精密 氣體徑向軸承的研究》里面所采用方法。
這兩種方法都是在氣體靜壓軸承上加一個反饋系統，包括傳感器、閉環控制 系統、以及執行機構，大多采用計算機控制。這種外加反饋系統的方法可以獲得 比較大的反饋控制量，特別適用于負載較大的系統和設備，但是這樣諸多的外加 機構，僅僅控制系統的機構就遠遠大于并多于氣體靜壓軸承本身，使得氣體靜壓 軸承在不影響其精度要求的前提下，加工制造更為復雜，成本也越高。因此，對于負載不是很大的情況，以及超精密系統中，無論是氣體靜壓軸承的生產、測試 以及使用均存在環節多，成本高，配套機構繁雜，生產、安裝、制造均較麻煩， 費時和不方便。
本實用新型項目組近期通過互聯網以及圖書館現有的資料就本實用新型的 主題對國內外專利文獻和公開發表的期刊論文檢索，尚未發現與本實用新型密切 相關的和一樣的報道或文獻。
發明內容
本實用新型的目的是克服現有技術中靜壓軸承尤其是徑向靜壓軸承的剛度 低的缺點，提供一種可用于精密機械的并適于工程大量應用的、剛度可調、結構 精巧、簡單、無需任何附加機構、可方便應用的髙剛度靜壓氣體徑向軸承。 下面對本實用新型進行詳細說明
本實用新型是一種高剛度靜壓氣體徑向軸承，包括彈性薄板，過渡圈和基座， 其特征在于基座與過渡圈，過渡圈與彈性薄板之間均為過盈配合，過渡圈和基 座兩端有密封槽。沿過渡圈的圓周外表面上對稱均勻分布有槽型氣腔，槽型氣腔 間相互溝通?；显O有進氣孔，彈性薄板壁上開有節流孔，節流孔為通孔。槽 型氣腔與進氣孔以及節流孔相通；當承載壓力變化時，彈性薄板的內外表面形成 壓力差，使彈性薄板變形，由于彈性薄板和過渡圈內槽型氣腔聯合作用，在承載 面上形成相應可變截面積的均壓槽，在均壓槽軸向中心線上的環面節流面積即節 流器的節流面積隨均壓槽的高度變化而變化，從而實現了通過軸承自身結構來調 整靜壓軸承剛度。
近年來，在氣體靜壓軸承領域，對于推力軸承方面，已有不少研究成果，但 對于徑向軸承，目前研究的還較少。徑向軸承主要應用于與軸配合的場合，這在 機械、機電結合、自動控制領域比較普遍。
本實用新型利用自身結構來控制承載面上彈性均壓槽截面積和節流器節流 面積的變化，從而提高軸承的剛度。解決徑向靜壓軸承剛度小以及不可調節的問 題，提供了能在實際生產、測試以及科研中應用的高剛度靜壓氣體徑向軸承，滿 足了工業生產的客觀需要。
本實用新型的實現還在于槽型氣腔的個數為6 12個。槽型氣腔的個數與 可變均壓槽面積有關，同時也會影響到可變均壓槽高度的變化，氣腔個數過多或者太少都會影響到軸承的剛度。對于精密機械應用的高剛度靜壓氣體徑向軸承其 槽型氣腔的個數以6 12個為佳。根據氣腔的結構和位置來實現彈性薄板上的可
變均壓槽的結構，以可變均壓槽的凸凹和數量變化改變軸承承載面的氣膜厚度， 從而提高了軸承的剛度。
本實用新型彈性薄板上節流孔的位置和數目以及大小均與剛度相關。
本實用新型的實現還在于彈性薄板的厚度為0.2mm 0.6mm。通過彈性變 化實現控制。
本實用新型的實現還在于彈性薄板上節流孔沿軸向對稱均勻分布，同時沿 徑向對稱分布。節流孔沿軸向和徑向對稱分布可以保證其軸承承載力在軸向方向 保持穩定，可以有效的避免軸承在軸向上產生偏載，這在精密機械加工中尤其重 要，有效的降低軸承產生的偏心，同時也提高了軸承的剛度。
由于本實用新型在科研實踐中不斷試驗了探索，反復修改，設計了利用軸承 本身構件彈性薄板，過渡圈和基座，槽孔結合相互溝通，聯合作用實現可變均壓 槽的結構，利用自身結構來控制承載面上彈性均壓槽截面積和節流器節流面積的 變化，提高軸承的剛度。有效地解決了提高徑向靜壓軸承剛度以及結構成型后剛 度可控的技術問題。提供了一種適于工程大量應用的、剛度可調、結構精巧、簡 單、無需任何附加機構、可方便應用的高剛度靜壓氣體徑向軸承。


圖1是本實用新型的裝配剖面示意圖2是圖l所示裝置的左視圖3是本實用新型彈性薄板的結構示意圖-,
圖4是圖3所示彈性薄板的左視圖5是過渡圈的結構示意圖6是圖5所示過渡圈的左視圖7是本實用新型基座的結構示意圖8是圖7所示基座的左視圖。
為了清晰顯示本實用新型的構成與關系，附圖中結構比例與實際比例不一 致，均為示意圖。
具體實施方式
5
以下結合附圖進行詳細說明
實施例l:如圖1所示，本實用新型是一種高剛度靜壓氣體徑向軸承，為了 克服現有氣體靜壓徑向軸承本身剛度低的弱點，同時又不需要依附繁雜的控制系 統，本實用新型利用自身結構進行統一設計，使得各個構件均為提高靜壓徑向軸 承的剛度而合理設計。高剛度靜壓氣體徑向軸承包括有彈性薄板l，過渡圈2和
基座3。軸承過渡圈2上對稱均勻分布有槽型氣腔5，槽型氣腔5的個數為8個， 見圖2。基座3上設有進氣孔4，見圖7和圖8，彈性薄板1壁上開有節流孔6， 節流孔6為通孔，對稱均勻分布于承載面上。見圖3和圖4，彈性薄板l的厚度 為0.5mm。槽型氣腔5、進氣孔4、節流孔6三者相通。為保證軸承節流器的氣 密性，在軸承兩端設有密封槽7， 8， 9。見圖5和圖6。安裝時基座3與軸承過 渡圈2、過渡圈2與彈性薄板1均采用過盈配合，相互配合以保證軸承的氣密性。 安裝完成后，在軸承過渡圈2上分布有8個氣腔5。于是就形成了 8個矩形彈性 薄板l，薄板1上分布有16個節流孔6，見圖3所示。當承載壓力變化時，彈性 薄板的內外表面形成壓力差，使彈性薄板變形，由于彈性薄板1和過渡圈2內槽 型氣腔5聯合作用，參見圖1和圖2，形成相應可變截面積的均壓槽，在均壓槽 中心線上的環面節流器節流面積隨均壓槽的高度變化而變化。即當外載荷變化 時，壓力使彈性薄板1變形，在承載面上形成可變均壓槽，均壓槽的槽寬與軸承 過渡圈2的槽型氣腔5寬度一致，槽深即為彈性薄板1的凸凹深度，彈性薄板1 上節流孔6的面積也隨之改變。通過該薄板l，將節流孔6與均壓槽的變化結合 在一起來提高軸承的剛度。
實施例2:整體構成和具體結構同實施例1，槽型氣腔5的個數12個；彈性 薄板的厚度為0.2mm;節流孔6沿軸向和徑向對稱均勻分布。
實施例3:整體構成和具體結構同實施例1，槽型氣腔5的個數10個。彈性 薄板的厚度為0.3mm。節流孔6沿軸向和徑向對稱均勻分布。
實施例4:整體構成和具體結構同實施例1，槽型氣腔5的個數10個。彈性 薄板的厚度為0.4mm。節流孔6沿軸向和徑向對稱均勻分布。
實施例5:整體構成和具體結構同實施例1，槽型氣腔5的個數8個。彈性 薄板的厚度為0.4mm。節流孔6沿軸向和徑向對稱均勻分布。
實施例6:整體構成和具體結構同實施例1，槽型氣腔5的個數6個。彈性薄板的厚度為0.5mm。節流孔6沿軸向和徑向對稱均勻分布。
實施例7:整體構成和具體結構同實施例1,槽型氣腔5的個數6個。彈性
薄板的厚度為0.6mm。節流孔6沿軸向和徑向對稱均勻分布。 實施例8:本實用新型的構成及工作過程
如圖1所示，本實用新型由彈性薄板l，軸承過渡圈2，基座3組成。同時 在彈性薄板1上還均布有節流孔6，基座3上有進氣孔4。安裝完成后，在軸承 上形成了槽型氣腔5。槽型氣腔5、進氣孔4、節流孔6三者相通。彈性薄板1 的厚度為0.5mm，內徑為0>60，與主軸配合。制造過程中軸承內的槽型氣腔5
中充滿壓力為A的氣體，使承載面上形成的軸向彈性薄板外凸，見圖1中節流
器均壓槽中的薄板剖面。平面加工完成后的自然狀態下，軸承的承載面上的彈性 變形部分就出現了凹下去的初始軸向均壓槽。槽寬與軸承內的槽型氣腔5寬度一
致，槽深與A的大小及位置有關。軸承工作時，軸承內的軸向槽型氣腔5中供
氣壓力為A(A、 > A)。在載荷逐漸增大的過程中，軸向彈性薄板所承受的分布載 荷使均壓槽進一步內凹，軸承的承載能力隨均壓槽的變化提高；節流環面的高度 增加，節流孔6的口徑即節流口面積增大，節流后的壓力&進一步增加，軸承
的承載能力繼續提高；同時，軸承未承載的那邊隨著載荷減小，均壓槽幾乎消失， 承載能力明顯下降；節流環面的高度減小，節流口面積減小，節流后的壓力/7。進
一步減小，承載能力繼續減弱。這一正、 一反的作用使軸承承載能力迅速提高。 在載荷逐漸減小的過程中，彈性薄板l所承受的分布載荷使均壓槽內凹減小，軸 承的承載能力隨均壓槽的變化減??；節流環面的高度減小，節流口面積減小，節 流后的壓力p。進一步減小，軸承的承載能力繼續降低；同時，軸承承載的那邊
隨著載荷增加，使均壓槽進一步內凹，承載能力明顯上升；節流環面的高度增加， 節流口面積增大，節流后的壓力p。進一步增大，承載能力繼續增加。這一正、
一反的作用使軸承承載能力迅速降低。最終的結果是載荷變化時軸心的位置變化 很小，甚至不動，即靜剛度可達到很高。
權利要求1. 一種高剛度靜壓氣體徑向軸承，包括彈性薄板，過渡圈和基座，其特征在于基座與過渡圈(2)，過渡圈(2)與彈性薄板(1)之間均為過盈配合，沿過渡圈(2)的圓周外表面上對稱均勻分布有槽型氣腔(5)，槽型氣腔間相互溝通，基座(3)上設有進氣孔(4)，彈性薄板(1)壁上開有節流孔(6)，槽型氣腔(5)與進氣孔(4)以及節流孔(6)相通；當承載壓力變化時，彈性薄板(1)和過渡圈(2)內槽型氣腔(5)聯合作用，在承載面上形成相應可變截面積的均壓槽，在均壓槽軸向中心線上的環面節流面積隨均壓槽的高度變化而變化。
2. 根據權利要求1所述的高剛度靜壓氣體徑向軸承，其特征在于槽型氣腔(6)的個數為6 12個。
3. 根據權利要求2所述的高剛度靜壓氣體徑向軸承，其特征在 于所說的彈性薄板的厚度為0.2mm 0.6mm。
4. 根據權利要求3所述的高剛度靜壓氣體徑向軸承，其特征在于: 彈性薄板(1)上的節流孔(6)沿徑向、軸向對稱分布。
專利摘要本實用新型是一種高剛度靜壓氣體徑向軸承，結構非常簡潔，不需附加外加反饋系統，利用自身結構來控制承載面上彈性均壓槽截面積和節流器節流面積的變化，從而提高軸承的剛度。軸承過渡圈上對稱分布有槽型氣腔，基座上設有進氣孔，彈性薄板的承載面上分布有節流孔，槽型氣腔與進氣孔以及節流孔相通；當承載壓力變化時，彈性薄板和過渡圈內槽型氣腔聯合作用，形成相應可變截面積的均壓槽，在均壓槽中心線上的環面節流器節流面積隨均壓槽的高度變化而變化。提高軸承的剛度。有效地解決了提高徑向靜壓軸承剛度的技術問題。提供了一種適于工程大量應用的、剛度可調、結構精巧、簡單、無需任何附加機構、可方便應用的高剛度靜壓氣體徑向軸承。
文檔編號F16C32/06GK201306383SQ20082022220
公開日2009年9月9日 申請日期2008年10月31日 優先權日2008年10月31日
發明者波 劉, 盧志偉, 波 廖, 張君安, 舟 方, 李啟明, 赫東鋒, 魏明明 申請人:西安工業大學