[发明专利]基于3D打印技术的双层叉形径向气体动压轴承

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术的双层叉形径向气体动压轴承，其由一体式变材料轴承体(1)和顶层箔片(2)两个主要元件组成。顶层箔片(2)为薄壁非封闭环状结构，在开口处有外伸结构，并通过焊接或粘贴与一体式变材料轴承体(1)的内叉形结构固定。一体式变材料轴承体(1)是运用3D打印技术一体式打印成型，是一种变材料分布的实体。其主要由四部分组成，由内向外，分别为内叉形结构(3)，内环状非闭合结构(4)，外叉形结构(5)，外环状闭合结构(6)。本新型轴承的双层叉形复杂结构既能满足较大刚度，获得较大承载能力。又因为结构存在很多位置的变形，结构阻尼相比也较大，另外内层叉形与顶层箔片在工作时存在较大的库伦阻尼，使得轴承具有较强的抗冲击能力。且本发明存在大量镂空结构，即节省材料，降低成本，又可以增加散热，降低在高速运转下轴承的温升。

技术领域

本发明涉及一种气体轴承，具体的讲，它涉及一种基于3D打印技术的双层叉形径向气体动压轴承。

背景技术

气体轴承是一种运用气体悬浮技术，使高速旋转的转子悬浮起来，不与轴承接触，很大程度上减少了转子与轴承之间的磨损。这种轴承无需润滑油，因此也无需庞大的润滑系统和反复的换油工作。另外也无需担心在高温条件下润滑介质的失效。所以气体轴承具有高速，高精密，耐高温，磨损小，使用寿命长等显著优点。目前气体轴承已在航空，航天领域有了广泛的应用。随着民用化的进展，现在燃气轮机，高精密机床，涡轮增压器及其他涡轮机械都越来越多的运用气体轴承。可以预见，气体轴承的应用前景非常之广阔。

承载能力和抗冲击能力是气体轴承的两大主要性能参数，与之相关的决定性因素为：轴承的刚度和阻尼。对于气体动压轴承，其主要由顶层箔片，弹性支撑结构和轴承套构成。所以，动压轴承的刚度包括三个部分：顶层箔片刚度，弹性支撑刚度和气膜刚度。其阻尼特性主要包括结构阻尼和库伦阻尼两方面。在气体轴承的几十年发展中，研究人员提出了很多新的结构和形式，在气体轴承的刚度和阻尼特性方面有了很大的提高，使承载能力和抗冲击能力有了较大改善。然而，受传统加工方法和加工工艺的限制，很多设计思路一度被否定。随着现代新型加工技术和加工工艺的发展，更为优越，复杂的轴承结构有望得以实现，从而大幅度地提升气体轴承性能。

近年来，随着3D打印技术的发展和推广，已成功在汽车，医疗，电子，建筑等行业有了实质性的应用。3D打印技术的原理是：先通过计算机建模软件得到三维模型，然后将三维模型分区成逐层的切片，3D打印机通过读取切片信息，用液态或者粉末状材料逐层堆积粘黏起来得到所需实体。因此3D打印技术可以制造传统加工技术很难做到的复杂内部结构，并且可以做到局部不同材料打印或者不同材料的分层打印，这些也是3D打印技术被应用于此项发明的重要原因。3D打印制造技术的优点为：明显简化制造加工过程，降低生产成本，并且可以大大缩短产品的生产周期。虽然目前还存在很多限制因素，但其在日后定有更广的应用。

发明内容

本发明为了保证轴承具有较大刚度的前提，使阻尼特性也有较好表现，提出了一种新型径向气体动压轴承。该结构刚度相对较大，一定程度上保证了轴承的承载能力；另外，该结构明显增大了阻尼大小，提高了抗冲击能力；并且，该轴承存在大量镂空结构，既节省了材料用量，降低成本，又增强了散热效果，降低了高速运转下的温升。

本发明所采用的技术方案如下：

此新型气体动压轴承由一体式变材料轴承体和顶层箔片两个主要元件构成。

一体式变材料轴承体是运用3D打印技术一体打印成型，其在结构上，主要包括内环状非闭合结构，外环状闭合结构和内外两层叉形结构组成。由内向外，各结构分别为内叉形结构，内环状非闭合结构，外叉形结构，外环状闭合结构。

进一步的，在结构上，外环状闭合结构较内环状非闭合结构，厚度更厚，刚性更大。而内环状非闭合结构在内叉形结构的每个叉形正下方都是断开的。