高速重载渐开线内槽道自润滑动静压耦合结构的气浮轴承制造技术

高速重载渐开线内槽道自润滑动静压耦合结构的气浮轴承是一种新结构形式的气浮轴承。这种动静压耦合气浮轴承的结构特征是在轴承体开设多排压力供气孔，并采用周向上正向-斜向交替布局的喷嘴节流供气结构。轴承内表面和推力面开设渐开线增压流道槽结构；流道槽沿着流线子午面，从外向里流道槽深度和宽度都逐渐收敛。采用耐磨、耐高温、高强度的自润滑材料作为轴承体材料。这种动静压耦合气浮轴承不仅极大地提高了轴承的承载能力，承受外加载荷的能力，以及动静部件短时间接触耐磨性能，而且由于采取了内槽道型线和喷嘴节流切向进气结构优化设计，提高了运行稳定性，进一步拓宽了气浮轴承应用的范围。适用于转子质量在10kg以上，转速在60000-80000rpm以上的旋转机械。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高速旋转机械气浮轴承的设计与制造技术。适用于转子质量在IOkg以上，转速在60000-80000rpm以上的旋转机械。
技术介绍
气浮轴承是20世纪中期迅速发展起来的一项高新技术产品，它与常规油质润滑轴承(滚动轴承或油质滑动轴承)相比，具有很多良好的特性，如高转速、高精度、 低功耗、无污染和寿命长、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，尤其是在高速旋转机械和超精密仪器
更有明显的优越性。传统的动静压气浮轴承采用喷嘴节流切向进气静压润滑，和内槽道动压(例如人字形和八字型等)润滑相结合的方式；如图1，2 ；这种润滑结构的优点是结构简单，便于维护，在轻载小质量转子的许多情况下得到广泛应用。但这种结构仍然存在一些不足，一是采用简单的周向结构相同的喷嘴节流切向进气，同时多排喷嘴进气孔在轴向上结构也相同， 容易出现轴向承载不均和气动不稳定问题；二是传统简单的内槽道型线，未采取任何型线优化措施，存在低转速下承载不足而高转速下气动不稳定的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种新结构形式的， 特别适用于高速重载应用的渐开线动静压耦合承载的气浮轴承如图3。这种轴承不仅极大地提高了动静压气浮轴承的承载能力，而且采取了内槽道型线和喷嘴节流切向进气结构优化设计，提高了运行稳定性，进一步拓宽了气浮轴承应用的范围。本专利技术的核心技术是在气浮轴承体开设多排压力供气孔，供气孔位于相邻的内槽道之间，而不在槽道内，同时轴承径向内表面开设渐开线增压流道槽，如图3 ；周向每排压力供气孔采用喷嘴节流切向供气结构，并且喷嘴采取周向上的正向-斜向交替布局的形式，如图4 ；内槽道沿着流线子午面，从外向里流道槽逐渐收敛，如图5 ；推力轴承的推力面与径向轴承的轴向端面一致，也就是形成径向-推力一体化的H型联合轴承，推力面上也采用渐开线槽道设计，沿着周向均勻分布，如图3、6 ；在轴向上，多排节流喷嘴进气孔的结构根据承载和稳定性要求，各排喷嘴进气的倾斜角度也进行优化而有所不同，如图7。其原理是根据气浮轴承与轴颈动静部件的结构特点，在动静间隙流道处，利用轴颈旋转带动流体增压与外部供气压力耦合作用产生的动力使其轴悬浮起来。在轴承体开设多排压力供气孔，并采用喷嘴节流供气结构，对转子的浮起提供了静压承载及阻尼作用；轴承径向内表面开设渐开线增压流道槽，则是利用轴颈旋转带动气体增压的效果，为转子的浮起提供了动压承载作用；内槽道沿着流线子午面，从外向里流道槽深度和宽度都减小，这种设计改变了轴承内部沿着轴向的压力分布情况，使得承载设计更加合理，提高了稳定性。 周向节流喷嘴采取周向上正向-斜向交替布局的形式，改善了周向压力分布，提高了稳定性。同时，在轴向上，多排节流喷嘴进气孔的结构也根据承载和稳定性要求，进行优化而有所不同，以改善轴向承载能力和气动稳定性。针对气浮轴承的应用条件，采用耐磨、耐高温、高强度的自润滑材料作为气体轴承体材料，有效地解决动静部件短时间接触，轴承内表面相对高速运动的摩损问题；采用弹性橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等减振技术措施，进一步提高气浮轴承承载运行的稳定性。本专利技术的技术方案主要通过如下步骤实现1.气浮轴承体材料的选择，即根据气浮轴承应用的温度、压力及工质等条件，合理选择耐磨、耐高温、高强度的自润滑材料作为气体轴承体材料；2.气浮轴承的流体动静压结构设计，即根据气浮轴承所承担的静载荷为10kg、转子工作转速为60000-80000rpm，以及轴颈旋转、涡动转速与承担载荷性质，合理确定渐开线增压流道槽的型线，完成多排喷嘴节流供气孔与径向内表面和推力面开设渐开线增压流道槽的结构设计；3、气浮轴承的加工与制造，即根据气浮轴承结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的设备进行制造、加工及装配。附图说明附图是轴承结构示意图。图中1转子轴颈、2轴承体、3内槽道、4减振弹性圈。图1是喷嘴节流切向供气结构。图2是动静压混合润滑的内槽道结构。图3是渐开线动静压耦合承载的气浮轴承结构。图4是采取周向上的正向-斜向交替布局的喷嘴。图5内槽道沿着流线子午面从外向内逐渐收敛的结构。图6是采用渐开线槽道设计的推力面结构。图7是轴向上各排喷嘴进气的倾斜角度不同的结构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．动静压耦合气浮轴承，其特征在于：（１）在轴承体沿着周向开设多排压力供气孔，并采用周向上的正向－斜向交替布局的喷嘴节流供气结构。供气孔位于相邻的内槽道之间，而不在槽道内。（２）在径向轴承内表面开设周向均匀分布的渐开线增压流道槽结构；流道槽沿着流线子午面，从外向里流道槽深度和宽度都逐渐收敛。（３）推力轴承的推力面与径向轴承的轴向端面一致，也就是形成径向－推力一体化的Ｈ型联合轴承。（４）推力面上也采用渐开线槽道设计，沿着周向均匀分布。

【技术特征摘要】
1.动静压耦合气浮轴承，其特征在于(1)在轴承体沿着周向开设多排压力供气孔，并采用周向上的正向-斜向交替布局的喷嘴节流供气结构。供气孔位于相邻的内槽道之间，而不在槽道内。(2)在径向轴承内表面开设周向均勻分布的渐开线增压流道槽结构；流道槽沿着流线子午面，从外向里流道槽深度和宽度都逐渐收敛。(3)推力轴承的推力面与径向轴承的轴向端面一致，也就是形成径向-推力一体化的H 型联合轴承。(4)推力面上也采用渐开线槽道设计，沿着周向均勻分布。2.根据权利1所述的结构与方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金福，楼建伟，陈策，黄锴，岳凤山，于达仁，崔颖，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，北京福润宏达涡轮动力科技有限责任公司，杨金福，
类型：发明
国别省市：11