一种外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承制造技术

本发明专利技术公开了一种外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，包括间隙配合的轴承外圈和轴承内圈；所述轴承外圈的外表面开有周向深槽，内表面沿周向均匀分布若干深腔，所述周向深槽与各所述深腔分别通过短毛细节流器连接；所述轴承内圈的外表面沿轴向分为三个区域，分别为中间段的流体静压形成区和左右侧的浅槽结构区，或为中间段的流体静压形成区和左右侧的微织构区；所述流体静压形成区为光滑表面，与所述深腔对应。本发明专利技术能够提高气体轴承从低速至高速过程的稳定性和精度。速至高速过程的稳定性和精度。速至高速过程的稳定性和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承


[0001]本专利技术属于轴承
，涉及一种气体轴承，特别涉及一种外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，主要用于工况为高转速、低载荷、高稳定性、外部扰动大等的精密仪器设备用转子系统的径向支撑，是整机系统的关键零件，也可以用作高速精密机床、航空航天高速发动机、能源化工高速泵等专用旋转机械的转子系统支撑零件。

技术介绍

[0002]传统液体润滑滑动轴承受供油系统影响，致使其结构复杂和尺寸较大；同时油润滑滑动轴承的相对转速较低、容易造成油污染、功耗大等不足，在一些高速旋转机械设备中的应用较为限制。气体润滑技术的提出满足了高速滑动轴承高精度、高转速、低摩擦要求，由于所采用的气体介质的低粘度，只有高转速下的才更有利于滑动轴承动压效应的形成。
[0003]现有的气体径向滑动轴承主要有三类，即静压气体轴承、动压气体轴承和动静压混合气体轴承。静压气体轴承是外部加高压进气系统，在低速和中速旋转时轴承润滑以静压为主，实现轴承静态载荷需求，静压一般通过油腔形成，高速下的油腔动压效应较弱。动压气体轴承可以满足高速旋转，但是低速时动压气体轴承可能会存在转子和轴承的接触摩擦，进而导致轴承失效；动静压混合气体轴承的提出满足了气体轴承从低速至高速全过程的稳定运转，能兼顾静压和动压效应的稳定形成。动静压混合气体轴承同时兼具静压气体轴承和动压气体轴承的优点，能在低速至高速过程保持稳定的气膜刚度和承载能力。为使得动静压混合气体轴承的动压效应需要满足动压效应产生条件，一般在气体轴承开槽，而槽型的深度对流体动压效应产生的机理影响不同，槽型按深度划分为深槽和浅槽两种。已有文献表明，不同槽深对动压效应的影响机理是不同的，浅槽结构针对高转速工况更为稳定([赵惠清,蔡嵘,国巨发.深槽浅槽机械密封的对比分析[J].北京化工大学学报(自然科学版),1999，26(02):39
‑
42.])。
[0004]同时，现有不少专利也提出在气体轴承外圈内侧加工槽型的结构，如专利授权号CN113431844A提出一种高速螺旋槽小孔节流静压气体轴承，其在轴承外侧壁加工双排供气孔，每个供气孔与小孔节流器配合，内侧壁沿周向中段加工有矩形的轴向微通槽使双排小孔节流器连通，轴承内侧壁加工螺旋槽，螺旋槽均匀分布在轴向微通槽两侧。但这种开槽的方式会提高加工难度和加工成本，并且会影响加工精度。
[0005]乔玉晶等公开的孔式切向进气的立式动静压混合气体润滑轴承装置(CN204213175U)，其结构包括中心转轴以及光滑圆柱体，在中心转轴侧壁开螺旋槽，在光滑圆柱体中心位置钻有中心通孔，光滑圆柱体内部设有横向纵向的两种通气孔。此结构虽然对转轴的冲击力小，轴承稳定性更高且回转精度高，但无法承受大载荷，中心转轴内的通气孔会降低转轴强度，大载荷下可能会失效。
[0006]李树森等公开的一种超精密加工的Y型槽动静压气体轴承(CN211525347U)，其结构为空心圆柱体，空心圆柱体外表面分布双排进气孔，内表面加工两排Y型槽和4个断续式稳压槽。这种结构虽提高了主轴在高负荷情况下旋转时的稳定性，提高了株洲的承载能力，
降低摩擦损耗。但在轴承内壁加工槽型本身操作难度大，加工精度低，且其槽型为深槽结构，在高速下刚度和承载能力较低。
[0007]陈学冬等公开的一种单腔多孔式节流装置的气体轴承(CN101825142B)，其在轴承上开有中心孔，孔内镶嵌圆柱体，在圆柱体上开有微孔型阵列，用于静压气体轴承，适用于超精密运动机构，但静压气体轴承刚度小，高速下稳定性差，抗干扰能力差。
[0008]李锡晗等公开的一种静压轴承(CN114183469A)，为一类可支持径向和止推结构的静压轴承，其结构包括轴承内圈及轴承外圈，同时它们的侧面也是轴向止推的承载面。轴承外圈包括轴承上外圈以及轴承下外圈，在轴承上、下外圈上分别固定连接有节流器及承压件，节流器和承压件之间采用输油槽连通。轴承内圈外壁沿轴向刻有输油槽，用于和轴承内圈内壁的节流器及承压件连通。这种节流器与油腔不直接联通的结构方式在一定程度上有利于提高轴承的静压效应，进而提高液体静压轴承的刚度，但其失去了动压效应的条件，在轴承高速时动压效应不强；同时该静压轴承设计的输油通道过于复杂，加工难度较大，且润滑油油温随转速升高，会严重影响轴承的散热性能，热变形可能导致轴承支撑精度的降低，实际中更有利于低速油润滑工况下，对于高速气体润滑不适用。

技术实现思路

[0009]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，旨在提高气体轴承从低速至高速过程的稳定性和精度。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0011]一种外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，包括间隙配合的轴承外圈和轴承内圈；
[0012]所述轴承外圈的外表面开有周向深槽，内表面沿周向均匀分布若干深腔，所述周向深槽与各所述深腔分别通过短毛细节流器连接；
[0013]所述轴承内圈的外表面沿轴向分为三个区域，分别为中间段的流体静压形成区和左右侧的浅槽结构区，或为中间段的流体静压形成区和左右侧的微织构区；所述流体静压形成区为光滑表面，与所述深腔对应。
[0014]在一个实施例中，所述轴承外圈和轴承内圈的设计间隙为微米级，保证流体动压效应形成的结构约束条件。所述轴承内圈与转轴过盈或者过渡配合，确保内圈能够随着转轴一起高速旋转，不会产生相对滑动。
[0015]在一个实施例中，其中左右侧的区域关于中间段的区域对称。
[0016]在一个实施例中，所述周向深槽和各所述深腔均对应位于轴承外圈的轴向对称中心，各所述深腔沿轴向呈单排设置，腔深为毫米级，截面为矩形，宽度为轴承宽度的1/3～2/3，长度与宽度比为0.8～1.2；短毛细节流器的径向长度与口径比为1～20，满足短毛细节流装置结构参数范围；其中深腔的宽度，指轴向尺寸，长度，指周向尺寸，腔深，指径向尺寸。
[0017]在一个实施例中，所述三个区域沿轴向的长度之比为1:1:1。
[0018]在一个实施例中，所述浅槽结构区，是在轴承内圈的外表面沿周向开有等间距的若干浅槽，其槽深为微米级。
[0019]在一个实施例中，所述浅槽的槽类型为螺旋槽、矩形槽、三角形槽或人字形槽。
[0020]在一个实施例中，所述螺旋槽的类型线为对数型、渐开线型或展开线型；左右侧的
区域的螺旋槽旋向相反，右侧螺旋槽旋向与内圈转动方向一致时，促进流体循环，保持润滑效果；右侧螺旋槽旋向与内圈转动方向相反时，降低轴承的流量，提高轴承的静压效应。
[0021]在一个实施例中，所述微织构区，是在轴承内圈的外表面沿周向开有等间距的若干微坑，所述微坑沿轴向呈多排分布，其深度为毫米级。
[0022]在一个实施例中，所述微坑形状为圆形、三角形、正方形或矩形，左右两侧微织构所占面积为整个侧面面积的1/3～2/3。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，其特征在于，包括间隙配合的轴承外圈(1)和轴承内圈(2)；所述轴承外圈(1)的外表面开有周向深槽(1
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1)，内表面沿周向均匀分布若干深腔(1
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2)，所述周向深槽(1
‑
1)与各所述深腔(1
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2)分别通过短毛细节流器(1
‑
3)连接；所述轴承内圈(2)的外表面沿轴向分为三个区域，分别为中间段的流体静压形成区(2
‑
1)和左右侧的浅槽结构区(2
‑
2)，或为中间段的流体静压形成区(2
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1)和左右侧的微织构区(2
‑
3)；所述流体静压形成区(2
‑
1)为光滑表面，与所述深腔(1
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2)对应。2.根据权利要求1所述外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，其特征在于，所述轴承外圈(1)和轴承内圈(2)的设计间隙为微米级，保证流体动压效应形成的结构约束条件；所述轴承内圈(2)与转轴过盈或者过渡配合，确保内圈能够随着转轴一起高速旋转，不会产生相对滑动。3.根据权利要求1所述外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，其特征在于，左右侧的区域关于中间段的区域对称。4.根据权利要求1所述外深腔内浅槽的高速动静压径向气体轴承，其特征在于，所述周向深槽(1
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1)和各所述深腔(1
‑
2)均对应位于轴承外圈(1)的轴向对称中心，各所述深腔(1
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2)沿轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国渊，王贺，赵洋洋，黄森，王俊倩，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：