[实用新型]高刚度静压气体径向轴承

说明书

技术领域

本实用新型属于机械技术领域，主要涉及精密加工的气体静压轴承，涉及静压气体径向轴承，具体就是一种高刚度静压气体径向轴承。

背景技术

气体轴承技术是一种随着高科技的出现而发展起来的先进的实用技术，气体轴承是用气体代替油作为润滑剂，在轴与轴承套之间构成气膜，使活动面和静止面避免直接接触的理想的支承元件，它具有几乎没有摩擦、无磨损、无污染、回转精度高，能在高温和低温工况下工作等特点。气体轴承作为高速回转主轴或超精密主轴用的轴承其实用性十分引人注目，近几年来在机床行业，高速和精密机械工业、电子工业和医疗器械工业等得到了十分广泛的应用。

空气静压轴承有着自身独特的优势，但是现有的气体静压轴承在实际运用中也存在有明显的不足之处，如承载能力小，刚度低，对各种工况的适应能力不强。所以如何设法提高气体静压轴承的刚度就成为工程应用中迫切需要解决的问题，这也正是本实用新型要解决的主要问题。

普通的气体静压轴承所承载的刚度是由它的节流孔决定的，一旦生产制造成型其所能承载的刚度的不可变的。目前，对于提高气体静压轴承刚度的研究主要从两个方面展开：一是压力反馈自控制。就是Zbyszko Kaximierski在《Journal ofTribology》1992年第4期的P270-P273上发表的论文《Gas Bear of InfiniteStiffness》(无穷刚度气体轴承)里面所采用的控制方法。二是气膜间隙反馈主动控制。是在2001年由哈尔滨工业大学博士生在博士生论文《自主式高刚度精密气体径向轴承的研究》里面所采用方法。

这两种方法都是在气体静压轴承上加一个反馈系统，包括传感器、闭环控制系统、以及执行机构，大多采用计算机控制。这种外加反馈系统的方法可以获得比较大的反馈控制量，特别适用于负载较大的系统和设备，但是这样诸多的外加机构，仅仅控制系统的机构就远远大于并多于气体静压轴承本身，使得气体静压轴承在不影响其精度要求的前提下，加工制造更为复杂，成本也越高。因此，对于负载不是很大的情况，以及超精密系统中，无论是气体静压轴承的生产、测试以及使用均存在环节多，成本高，配套机构繁杂，生产、安装、制造均较麻烦，费时和不方便。

本实用新型项目组近期通过互联网以及图书馆现有的资料就本实用新型的主题对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本实用新型密切相关的和一样的报道或文献。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中静压轴承尤其是径向静压轴承的刚度低的缺点，提供一种可用于精密机械的并适于工程大量应用的、刚度可调、结构精巧、简单、无需任何附加机构、可方便应用的高刚度静压气体径向轴承。下面对本实用新型进行详细说明

本实用新型是一种高刚度静压气体径向轴承，包括弹性薄板，过渡圈和基座，其特征在于：基座与过渡圈，过渡圈与弹性薄板之间均为过盈配合，过渡圈和基座两端有密封槽。沿过渡圈的圆周外表面上对称均匀分布有槽型气腔，槽型气腔间相互沟通。基座上设有进气孔，弹性薄板壁上开有节流孔，节流孔为通孔。槽型气腔与进气孔以及节流孔相通；当承载压力变化时，弹性薄板的内外表面形成压力差，使弹性薄板变形，由于弹性薄板和过渡圈内槽型气腔联合作用，在承载面上形成相应可变截面积的均压槽，在均压槽轴向中心线上的环面节流面积即节流器的节流面积随均压槽的高度变化而变化，从而实现了通过轴承自身结构来调整静压轴承刚度。

近年来，在气体静压轴承领域，对于推力轴承方面，已有不少研究成果，但对于径向轴承，目前研究的还较少。径向轴承主要应用于与轴配合的场合，这在机械、机电结合、自动控制领域比较普遍。

本实用新型利用自身结构来控制承载面上弹性均压槽截面积和节流器节流面积的变化，从而提高轴承的刚度。解决径向静压轴承刚度小以及不可调节的问题，提供了能在实际生产、测试以及科研中应用的高刚度静压气体径向轴承，满足了工业生产的客观需要。

本实用新型的实现还在于：槽型气腔的个数为6～12个。槽型气腔的个数与可变均压槽面积有关，同时也会影响到可变均压槽高度的变化，气腔个数过多或者太少都会影响到轴承的刚度。对于精密机械应用的高刚度静压气体径向轴承其槽型气腔的个数以6～12个为佳。根据气腔的结构和位置来实现弹性薄板上的可变均压槽的结构，以可变均压槽的凸凹和数量变化改变轴承承载面的气膜厚度，从而提高了轴承的刚度。

本实用新型弹性薄板上节流孔的位置和数目以及大小均与刚度相关。