NL8000171A

NL8000171A - GAS BEARINGS.

Info

Publication number: NL8000171A
Application number: NL8000171A
Authority: NL
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone
Priority date: 1979-01-13
Filing date: 1980-01-11
Publication date: 1980-07-15
Also published as: DE3001061A1; DE3001061C2; GB2046370A; GB2046370B

Description

* * r * -1- 21105/JF/as* * r * -1- 21105 / JF / axis

Aanvrager: Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation, Tokyo, JapanApplicant: Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation, Tokyo, Japan

Korte aanduiding: Gas lagers.Short designation: Gas bearings.

De uitvinding heeft betrekking op een gas lager van het type 5 waarin gecomprimeerd gas wordt toegevoerd door een bron van gecomprimeerd gas aan een lagerruimte tussen een lager en een draaibare as voor het draaibaar ondersteunen ervan, een gaslager van het type waarin gecomprimeerd gas wordt toegevoerd door een bron van gecomprimeerd gas aan een lagerruimte tussen een cirkelvormig, schijfvormig lager met zij loopvlakken 10 en een daardoor ondersteund onderdeel, een gaslager van het type waarin een draaibare as is voorzien van een gedeelte met een geringere diameter voor het ontvangen van een lager ten einde een radiaallager en een lager met zij loopvlakken te definiëren en onder druk gebracht gas wordt toegevoerd door een bron van onder druk gebracht gas in een radiale lagerruira-15 te en een tussenruimte van het lager met zijloopvlakken dedefinieerd door het lager en het gedeelte met de geringere diameter, een radiaal gaslager van het type waarin onder druk gebracht gas wordt toegevoerd door een bron van onder druk gebracht gas in een lagerruimte tussen een lager en een draaibare as voor het draaibaar ondersteunen van de as, alsmede ook 20 een gaslager met zij loopvlakken van het type waarin onder druk gebracht gas wordt toegevoerd door een bron van onder druk gebracht gas in een lagerruimte tussen lager en een draaibare as voor draaibare ondersteuning van de as .The invention relates to a gas bearing of type 5 in which compressed gas is supplied by a source of compressed gas to a bearing space between a bearing and a rotatable shaft for rotatably supporting it, a gas bearing of the type in which compressed gas is supplied by a source of compressed gas in a bearing space between a circular, disc-shaped bearing with lateral treads 10 and a part supported thereon, a gas bearing of the type in which a rotary shaft has a smaller diameter portion for receiving a bearing to define a radial bearing and a bearing with side treads and pressurized gas is supplied by a source of pressurized gas in a radial bearing array and a spacing of the bearing with side treads defined by the bearing and the portion with the lesser diameter, a radial gas bearing of the type into which pressurized gas is supplied Provided by a source of pressurized gas in a bearing space between a bearing and a rotatable shaft for rotatably supporting the shaft, as well as a gas bearing with lateral treads of the type in which pressurized gas is supplied from a source from below pressurized gas in a bearing space between bearing and a rotatable shaft for rotatable support of the shaft.

In zijn algemeenheid heeft de uitvinding betrekking op gaslagers 25 en in het bijzonder op een hydrostatische en hybride gaslagers gebruikmakend van een hydrostatisch effekt en een hydrodynamisch effekt en in staat efficiënt te werken met een kleine lagerruimte van minder dan 10 micrometer.In general, the invention relates to gas bearings 25 and in particular to a hydrostatic and hybrid gas bearings using a hydrostatic effect and a hydrodynamic effect and capable of operating efficiently with a small bearing space of less than 10 micrometers.

Een dergelijk lager is onmisbaar voor het met een grote snelheid 30 werken van een massa-opslaggeheugeninrichting gebruik makend van een op-neeminrichting met een draaibare kop. De opneeminrichting met een draaibare kop is voordeliger dan de magnetische band.opneeminrichtingen met een vaste kop volgens de stand van de techniek aangezien deze met een grote opneemdichtheid kan opnemen en doordat de-afmetingen van de opneem-35 inrichting daardoor kunnen worden verkleind. De draaibare kop heeft echter verscheidene nadelen, de gegevensoverdrachtsnelheid is laag en de sequentiële toegangstijd is lang. Dit omdat de draaisnelheid van de thans beschikbare draaibare kop 5.600 omwentelingen per minuut is en de kopaftast- on n ft 1 71 -2- 21105/ϋ*7α0 snelheid eveneens laag is, bijvoorbeeld 25,4 meter per seconde.Such a bearing is indispensable for high speed operation of a mass storage memory device using a rotatable head recorder. The rotatable head pick-up device is more advantageous than the magnetic tape fixed head pick-up devices of the prior art since it can receive with a high pick-up density and thereby reduce the dimensions of the pick-up device. However, the swivel head has several drawbacks, the data transfer rate is low, and the sequential access time is long. This is because the rotational speed of the currently available rotatable head is 5,600 revolutions per minute, and the head scan n ft 1 71 -2-21105 / ϋ * 7α0 speed is also slow, for example, 25.4 meters per second.

Wanneer men er in slaagt de draaisnelheid te doen toenemen tot rond 15.000 omwentelingen per minuut en de kopaftastsnelheid tot rond 50 meter per seconde, kunnen de hierboven beschreven problemen worden geëli-5 mineerd. Vergroting van de snelheid boven 10.000 omwentelingen per minuut is onmogelijk met een kogellager vanwege de slechte betrouwbaarheid ervan, zodat het essentieel is gebruik te maken van een luchtlager.If one succeeds in increasing the rotational speed to around 15,000 revolutions per minute and the head scan speed to around 50 meters per second, the above-described problems can be eliminated. Increasing the speed above 10,000 revolutions per minute is impossible with a ball bearing due to its poor reliability, so it is essential to use an air bearing.

De opneeminrichting met draaiende kop gebruik makend van een hydrostatisch type en/of hydrodynamisch luchtlager wordt nu gebruikt voor 10 uitzendings-VTR. Het luchtlager van het hydrostatische type echter vereist een' heen en weer gaande compressor, zodat het moeilijk is een der-gelijke opneeminrichting aan te passen aan computerrandapparatuur. Aangezien de as en het lager in contact met elkaar zijn voor het starten mist anderzijds het luchtlager van het hydrodynamische type betrouwbaarheid 15 wanneer dit wordt gebruikt in een opneeminrichting met een draaiende kop voor elektronische komputers waarvan wordt geëist dat deze verscheidene jaren werken zonder .zijn toevlucht te hoeven nemen tot welk onderhoud of welke reparaties dan ook. Overeenkomstig is het gewenst een hybride gas-lager te verschaffen, dat wil zeggen een lager welke de as ondersteund 20 door hydrostatische druk ten tijde van het starten en stoppen, maar door de hydrodynamische druk gedurende het draaien, welk kan werken met een groot rendement onder gebruikmaking van onder druk gebrachte lucht 2 met een druk van rond 0,08 kg/cm opgewekt door een conventionele blazer, ten einde een zeer betrouwbare, opneeminrichting met een zeer snel draai-25 ende kop te verkrijgen* welke kan starten en stoppen in een contactloze conditie.The rotating head pickup device using a hydrostatic type and / or hydrodynamic air bearing is now used for broadcast VTR. However, the hydrostatic type air bearing requires a reciprocating compressor, so that it is difficult to adapt such a pickup device to computer peripherals. On the other hand, since the shaft and bearing are in contact with each other before starting, the hydrodynamic type air bearing lacks reliability when used in a rotary head pick-up device for electronic computers that are required to operate for several years without refuge. having to take up any maintenance or repairs whatsoever. Accordingly, it is desirable to provide a hybrid gas bearing, ie a bearing that supports the shaft by hydrostatic pressure at the start and stop times, but by the hydrodynamic pressure during the turn, which can operate with high efficiency under using pressurized air 2 at a pressure of around 0.08 kg / cm generated by a conventional blower to obtain a very reliable pick-up device with a very fast rotating head * which can start and stop in a contactless condition.

Voor het laten werken van een hydrostatisch gaslager van het zogenaamde inherente restrictortype was het noodzakelijk gebruik te maken van een heen en weer bewegende compressor zoals hierboven is beschreven 30 omdat het lagerrendement (een verhouding tussen toegevoerde onder druk gebrachte lucht en een druk beschikbaar voor het dragen van een as) laag is, bijvoorbeeld hoogstens rond de 50%. Aangezien bovendien de optimale lagerruimte groot is, is de lagerstijfheid (lagerrendement/lagerruimte) klein. Met andere woorden is het bij het conventionele lager onmogelijk 35 geweest de optimale lagerruimte beneden de 10 micrometer te brengen zonder merkbaar het lagerrendement te verlagen. Vanwege deze reden is het bij dit type lager onmogelijk gebleken niet alleen de lagerstijfheid voldoende te vergroten maar is het eveneens onmogelijk effectief gebruik 80 0 0 1 71 L * -3-.. 211Ü5/JF/asIn order to operate a hydrostatic gas bearing of the so-called inherent restrictor type, it was necessary to use a reciprocating compressor as described above because the bearing efficiency (a ratio between supplied pressurized air and a pressure available for bearing of an axis) is low, for example at most around 50%. In addition, since the optimum bearing space is large, the bearing stiffness (bearing efficiency / bearing space) is small. In other words, in the conventional bearing, it has been impossible to bring the optimum bearing space below 10 micrometers without noticeably lowering the bearing efficiency. For this reason, it has proved impossible with this type of bearing not only to increase the bearing stiffness sufficiently, but also impossible to use effectively 80 0 0 1 71 L * -3- .. 211Ü5 / JF / shaft

Ce maken van het hydrodynamisch effekc opgewekt in een kleine lagerruim-te ten tijde van het lopen met een grote snelheid , ten einde het lager effectief als hybride gaslager te laten werken.To make the hydrodynamic effect generated in a small bearing space at the time of running at a high speed, in order to make the bearing work effectively as a hybrid gas bearing.

Ten einde ten minste een gedeelte van het nadeel van het lager 5 van het inherente restrictortype te elimineren is een lager van het opper-vlakterestrictortype voorgesteld waarin de optimale lagerruimte werd gereduceerd tot minder dan 10 micrometer en een lagerdruk voor het dragen van een belasting wordt effectief opgewekt in een gebied inclusief de lageruiteinden, waardoor een lagerrendement wordt verschaft zoals in hoofd-10 zaak gelijk is aan dat van het lager van het inherente restrictortype met een hogere lagerstijfheid. Bij het lager van het oppervlakrestrictortype is het echter vereist dat deze is uitgerust met vele longitudinale axiale sleuven welke moeilijk zijn aan te brengen. Aangezien bovendien dergelijke longitudinale sleuven discontinuïteiten in het lager-15 oppervlak in de relatieve slipwerking veroorzaken, maakt dit effectief gebruik van het hydrodynamische effect opgewekt door de draaiing van de as onmogelijk, zodat .dit type lager niet kan werken als een hybride gaslager.In order to eliminate at least a portion of the drawback of the inherent restrictor type bearing 5, a surface restrictor type bearing has been proposed in which the optimum bearing space is reduced to less than 10 micrometers and a bearing pressure for bearing a load becomes effective generated in an area including the bearing ends, thereby providing a bearing efficiency as substantially equal to that of the inherent restrictor type bearing with higher bearing stiffness. However, the surface restrictor type bearing requires that it be equipped with many longitudinal axial slots which are difficult to apply. In addition, since such longitudinal slots cause discontinuities in the bearing surface in the relative slip action, this effectively prevents the use of the hydrodynamic effect generated by the rotation of the shaft, so that this type of bearing cannot function as a hybrid gas bearing.

Overeenkomstig is het een doel van de uitvinding een verbeterd 20 hydrostatisch gaslager te verschaffen met een groot lagerrendement en een grote lagerstijfheid, welk eenvoudig is te vervaardigen.Accordingly, it is an object of the invention to provide an improved hydrostatic gas bearing with high bearing efficiency and high bearing stiffness, which is easy to manufacture.

Een ander doel van de uitvinding is verschaffing van een hybride gaslager met een groot rendement, welk ten tijde van het starten en het stoppen van een as de as op een contactloze wijze kan dragen onder gebruik-25 making van onder lage druk gebrachte lucht opgewekt door een kleine draaiende compressor en welk een lange tijd kan werken zonder oliën en welke de as kan drager door het hydrodynamisch effect opgewekt door de draaiing van de as gedurende het draaien met een grote snelheid.Another object of the invention is to provide a high efficiency hybrid gas bearing which, at the time of starting and stopping an axle, can support the axle in a contactless manner using low pressure air generated by a small rotary compressor which can operate for a long time without oils and which can support the shaft due to the hydrodynamic effect generated by the rotation of the shaft during high speed rotation.

De uitvinding beoogt de hierboven genoemde nadelen op te heffen 30 en ten minste één van de hierboven gestelde doelen te bereiken en voorziet daartoe in een gaslager van het type waarin gecomprimeerd gas wordt toegevoerd door een bron van gecomprimeerd gas aan een lagerruimte tussen een lager en een draaibare as voor het draaibaar ondersteunen ervan, welk is gekenmerkt doordat het lager is voorzien van een aantal ringvorm omtreks-35 groeven welke zich uitstrekken rond het hele binnenoppervlak van het lager en welke axiaal op afstand van alkaar liggen en openen in de ruimte, alsmede een aantal onder een hoek met elkaar «taande gastoevoerpoorten met 800 0 1 71 -4- 2110!»/JK/aa een kleine dameter en in communicatie met respectieve ringvormige groeven en een gasdoorgang voor het verbinden van het aantal gastoevoerpoorten met de bron van gecomprimeerd gas.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and to achieve at least one of the above stated objectives and to this end provides a gas bearing of the type in which compressed gas is supplied by a source of compressed gas to a bearing space between a bearing and a bearing space. rotatable shaft for rotatably supporting it, which is characterized in that the bearing is provided with a number of annular circumferential grooves extending around the entire inner surface of the bearing and which are axially spaced from each other and open in the space, as well as a number of angled «tapered gas supply ports with 800 0 1 71 -4-2110!» / JK / aa a small dameter and in communication with respective annular grooves and a gas passage for connecting the number of gas supply ports to the source of compressed gas .

Verder voorziet de uitvinding met het oog op het direct hier-5 bovenstaande doel in een gaslager van het type waarin gecomprimeerd gas wordt toegevoerd door een bron van gecomprimeerd gas aan een lagerruimte tussen een cirkelvormig, schijfvormig lager met zij loopvlakken en een daardoor ondersteund onderdeel, welk is gekenmerkt doordat het lager is voorzien van een centrale opening, een aantal concentrische ringvormige groe-10 ven gevormd in één oppervlak van het lager om te openen in de lagerruimte, waarbij de binnenste van de ringvormige groeven is aangebracht nabij de buitenomtrek van het lager, een aantal gastoevoerpoorten met een kleine diameter in communicatie met de respectieve ringvormige groeven en op afstand van elkaar geplaatst in de omtreksrichting van gasdoorgangen voor 15 het laten communiceren van het aantal gastoevoerpoorten met de bron van gecomprimeerd gas.Further, for the purpose of directly above, the invention provides a gas bearing of the type in which compressed gas is supplied from a source of compressed gas to a bearing space between a circular disk-shaped bearing with lateral treads and a part supported thereby, which is characterized in that the bearing has a central opening, a plurality of concentric annular grooves formed in one surface of the bearing to open into the bearing space, the innermost of the annular grooves being arranged near the outer circumference of the bearing , a plurality of small diameter gas supply ports in communication with the respective annular grooves and spaced in the circumferential direction of gas passages for communicating the number of gas supply ports with the source of compressed gas.

Eveneens voorziet de uitvinding hiertoe in een gaslager van het type waarin een draaibare as is voorzien van een gedeelte met een geringere diameter voor het ontvangen van een lager ten einde een radiaallager 20 en een lager met zij loopvlakken te definiëren en onder druk gebracht gas wordt toegevoerd door een bron van onder druk gebracht gas in een radiale lagerruimte en een tussenruimte van het lager met zij loopvlakken gedefinieerd door het lager en het gedeelte met de geringere diameter, welk is gekenmerkt doordat het radiale lager omvat: 25 een radiaal' lageroppervlak, een aantal ringvormige omtreksgroeven welke zich uitstrekken rond het gehele binnenoppervlak van het radiale lageroppervlak nabij tegenover elkaar liggende uiteinden ervan en axiaal op afstand van elkaar geplaatsd, waarbij de ringvormige omtreksgroef opent in de tussenruimte 30 van het radiale lager, een aantal onder hoeken met elkaar geplaatste gastoevoerpoorten met een kleine diameter in communicatie met respectieve ringvormige omtreksgroeven en een gasdoorgang voor het verbinden van een aantal gastoevoor-35 poorten met de bron; en dat het lager met zij loopvlakken omvat: oppervlakken van het lager met zijloopvlakken, 80 0 0 1 71 -5- 21105/JK/as * * een aantal concentrische ringvormige groeven gevormd in elk oppervlak van het lager met zij loopvlakken om te openen in de tussenruimte van het lager met zijloopvlakken, waarbij de binnenste van de concentrische groeven is aangebracht nabij het oppervlak van het radiaal lager en 5 de buitenste van de groeven is aangebracht nabij de buitenomtrek van de draaibare as en een aantal gastoevoerpoorten met een kleine diameter welke communiceren met de respectieve concentrische ringvormige groeven om zodoende te worden verbonden met de gasdoorgang, 10 en dat de overgangen tussen het oppervlak van het radiale lager en de oppervlakken van het lager met zij loopvlakken communiceren met de omgevende atmosfeer via afvoerdoorgangen welke zich uitstrekken door de as.The invention also provides for this purpose a gas bearing of the type in which a rotatable shaft is provided with a portion of a smaller diameter for receiving a bearing in order to define a radial bearing 20 and a bearing with lateral treads and pressurized gas is supplied by a source of pressurized gas in a radial bearing space and a spacing of the bearing with lateral treads defined by the bearing and the smaller diameter portion, characterized in that the radial bearing comprises: a radial bearing surface, a number of annular circumferential grooves extending around the entire inner surface of the radial bearing surface near opposite ends thereof and spaced axially apart, the annular circumferential groove opening in the interspace 30 of the radial bearing, a plurality of angled gas supply ports having a small diameter in communication with respect having annular circumferential grooves and a gas passage for connecting a number of gas supply ports to the source; and that the bearing with side treads includes: surfaces of the bearing with side treads, 80 0 0 1 71 -5- 21105 / JK / shaft * * a number of concentric annular grooves formed in each surface of the bearing with side treads to open in the spacing of the bearing with lateral treads, the inner of the concentric grooves disposed near the surface of the radial bearing and the outermost of the grooves disposed near the outer circumference of the rotary shaft and a number of small diameter gas supply ports communicating with the respective concentric annular grooves so as to be connected to the gas passage, and that the transitions between the surface of the radial bearing and the surfaces of the bearing with lateral treads communicate with the surrounding atmosphere via discharge passages extending through the shaft.

Voor het opheffen van de hierboven genoemde nadelen voorziet de uitvinding ook in een radiaal gaelager van het type waarin onder druk ge-15 bracht gas wordt toegevoerd door een bron van onder druk gebracht gas in een lagerruimte tussen een lager en een draaibare as voor het draaibaar ondersteunen van de .as, welk is gekenmerkt doordat, het lager is voorzien van een aantal onder hoeken met elkaar geplaatste kleine radiale gastoevoerpoorten openend in de ruimte, welke gastoevoerpoorten dicht bij 20 de tegenover elkaar liggende uiteinden van het lageroppervlak van het lager zijn aangebracht en een gastoevoerdoodgang welke de gastoevoer-poorten verbindt met de bron en dat de draaibare as is voorzien van een aantal ringvormige omtrekselgroeven welke liggen tegenover overeenkomstige gastoevoerpoorten en openend in de lagerruimte.To overcome the above drawbacks, the invention also provides a radial bale bearing of the type in which pressurized gas is supplied from a pressurized gas source in a bearing space between a bearing and a pivot shaft for the pivot supporting the shaft, characterized in that the bearing includes a plurality of angled small radial gas supply ports opening into space, said gas supply ports disposed close to the opposite ends of the bearing surface of the bearing, and a gas supply dead passage connecting the gas supply ports to the source and the rotatable shaft including a plurality of annular circumferential grooves opposite opposite gas supply ports and opening into the bearing space.

25 Eveneens voorziet de uitvinding voor het opheffen van hierboven genoemde nadelen in een gaslager met zij loopvlakken van het type waarin onder druk gebracht gas wordt toegevoerd door een bron van onder druk gebracht gebracht gas in een lagerruimte tussen lager en een draaibare as voor draaibare ondersteuning van de as, welk is gekenmerkt doordat 30 de draaibare as integrale zij loopplaten omvat welke liggen tegenover tegenoverelkaar liggende uiteinden van het lager, welke zij loopplaten zijn voorzien van een aantal concentrische ringvormige groeven openend in de lagerruimte, waarbij de binnenste van de groeven nabij het binnen-omtreksoppërvlak van de lager is aangebracht en de buitenste van de groe-35 ven is aangebracht nabij de buitenomtrek van de zij loopplaat en dat het lager is voorzien van een aantal concentrische, kleine axiale gastoevoerpoorten openend in de lagerruimte, welke gastoevoerpoorten liggen tegenover de concentrische ringvormige groeven van de draaibare as en onder 800 0 1 71 -6- 21105/JF/as hoeken met elkaar staan en een gastoevoerdoorgang voor het verbinden van de gastoevoerpoorten met de bron.Also, to overcome the above drawbacks, the invention provides a gas bearing with lateral treads of the type in which pressurized gas is supplied from a source of pressurized gas in a bearing space between bearing and a rotatable shaft for rotatable support of the shaft, which is characterized in that the rotatable shaft comprises integral side tread plates opposite opposite ends of the bearing, said side tread plates having a number of concentric annular grooves opening in the bearing space, the innermost of the grooves near the inner - peripheral surface of the bearing is provided and the outermost grooves are arranged near the outer periphery of the side tread and the bearing is provided with a number of concentric, small axial gas supply ports opening into the bearing space, which gas supply ports are opposite the concentric annular grooves of the rotatable shaft and bottom 800 0 1 71 -6- 21105 / JF / axis angles with each other and a gas supply passage for connecting the gas supply ports to the source.

De uitvinding zal nu gedetailleerd worden beschreven aan de hand van de tekening waarin: 5 fig. 1 een perspectievische tekening, welke gedeeltelijk wegge broken is, voorstelt, welke één voorbeeld toont van een hydrostatisch gas-lager van het inherente restrictortype volgens de stand van de techniek; fig·; 2 een gedeeltelijk weggebroken perspectievische tekening is welke een voorbeeld toont van een hydrostatisch gaslager van het oppervlak 10 restrictortype volgens de stand van de techniek; fig. 3 een grafiek is welke het verband toont.tussen het lager-rendement en de lagerruimte van het hydrostatische gaslager van het inherent restrictortype van fig. 1; fig. 4 een langsdoorsnede is welke een uitvoeringsvorm van de 15 uitvinding toont; fig. 5 een dwarsdoorsnede is van de uitvoeringsvorm getoond in fig. 4; fig. 6 een grafiek is welke het verband toont tussen het lager-rendement en de lagerruimte in de uitvoeringsvorm vertoond in fig. 4, waar-20 bij de diepte van de ringvormige groeven als een parameter is genomen; fig. 7 een grafiek is welke het verband toont tussen het lager-rendement en de lagerruimte in de uitvoeringsvorm getoond in fig. 4 waarbij de uitgangslengte met betrekking tot de lagerlengte als parameter is genomen ; 25 fig. 8 een grafiek is welke de -oratreksdrukverdeling toont aan het lageroppervlak waarbij de diepte van de ringvormige groeven als parameter is genomen; fig. 9 een langsdoorsnede tekening is welke een gemodificeerde uitvoeringsvorm van de uitvinding toont; 30 fig. 10a een dwarsdoorsnede tekening is welke een andere uitvoe ringsvorm van de uitvinding toont; fig. 10b een bovenaanzicht is van de uitvoeringsvorm getoond in fig. 10a; fig. 11 een voorbeeld toont van de drukverdelingskarakteristiek 35 in de axiale richting binnen het lager; fig. 12 een langsdoorsnede tekening is welke nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding toont; fig. 13 een dwarsdoorsnede tekening is genomen langs de lucht- 800 0 1 71 «· ♦The invention will now be described in detail with reference to the drawing, in which: Fig. 1 shows a perspective drawing, partly broken away, showing one example of a hydrostatic gas bearing of the inherent restrictor type according to the prior art. Technic; fig ·; 2 is a partially broken away perspective drawing showing an example of a hydrostatic gas bearing of the surface restrictor type of the prior art; FIG. 3 is a graph showing the relationship between the bearing efficiency and the bearing space of the inherent restrictor type hydrostatic gas bearing of FIG. 1; Fig. 4 is a longitudinal section showing an embodiment of the invention; FIG. 5 is a cross section of the embodiment shown in FIG. 4; FIG. 6 is a graph showing the relationship between the bearing efficiency and the bearing space in the embodiment shown in FIG. 4, where the depth of the annular grooves is taken as a parameter; FIG. 7 is a graph showing the relationship between the bearing efficiency and the bearing space in the embodiment shown in FIG. 4 with the bearing length as a parameter taken as the bearing length; Fig. 8 is a graph showing the stretching pressure distribution at the bearing surface taking the depth of the annular grooves as a parameter; FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a modified embodiment of the invention; Fig. 10a is a cross-sectional drawing showing another embodiment of the invention; Figure 10b is a top view of the embodiment shown in Figure 10a; Fig. 11 shows an example of the pressure distribution characteristic 35 in the axial direction within the bearing; FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing yet another embodiment of the invention; Fig. 13 is a cross-sectional drawing taken along the air 800 0 1 71 «· ♦

-/- 211U'>/JF/aH- / - 211U '> / JF / aH

toevoerpoorten van het radiaallager van de uitvoeringsvorm getoond in fig. 12; fig. 14 een dwarsdoorsnede tekening is welke het oppervlak van het lager met zij loopvlakken van de uitvoeringsvorm, getoond in fig. 12, 5 laat zien; fig. 15 een langsdoorsnede tekening is welke een gedeelte toont van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 16 een langsdoorsnede tekening- is welke nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding toont.supply ports of the radial bearing of the embodiment shown in Fig. 12; FIG. 14 is a cross-sectional drawing showing the surface of the bearing with lateral treads of the embodiment shown in FIG. 12, 5; FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a portion of another embodiment of the invention; FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing yet another embodiment of the invention.

10 Alvorens de uitvinding gedetailleerder te beschrijven zal voor een beter begrip van de uitvinding één voorbeeld van het lager van het inherente restrictortype volgens de stand van de techniek en één voorbeeld van het lager van het oppervlakte restrictortype worden beschreven.Before describing the invention in more detail, for better understanding of the invention, one example of the inherent restrictor type bearing of the prior art and one example of the surface restrictor type bearing will be described.

Bij een hydrostatisch gasasblok 2 van het inherente restrictor-15 type volgens de stand van de techniek is er voorzien in een aantal lucht-toevoerpoorten 3 welke openen aan het lageroppervlak en op afstand zijn geplaatst in omtreks- en axiale richting, een gemeenschappelijk lucht-toevoerkanaal 5 communicerend met de luchttoevoerpoorten 3 en voorzien van onder druk gebrachte lucht door een niet getoonde compressor. Het 20 lager wordt gebruikt voor het ondersteunen van een as 1. Ofschoon niet getoond kunnen de openingen van de luchttoevoerpoorten 3 liggend tegenover de as gedeeltelijk wijd uitlopen voor het vormen van ondiepe putten waardoor das het lager van het openingsrestrictortype wordt gevormd.In the prior art hydrostatic gas shaft block 2 of the inherent restrictor-15 type, a number of air supply ports 3 are provided which open at the bearing surface and are spaced in circumferential and axial directions, a common air supply channel 5 communicating with the air supply ports 3 and supplied with pressurized air through a compressor (not shown). The bearing is used to support a shaft 1. Although not shown, the openings of the air supply ports 3 opposed to the shaft may partially flare to form shallow wells thereby forming the opening restrictor type bearing.

Ofschoon het lager van het inherente restrictortyoe of het ope-25 ningsrestrictortype eenvoudig kan worden vervaardigd is het lagerrendement hoogstens 50%. Aangezien de optimale lagerruimte groot is, is de lager-stijfheid gering.Although the bearing of the inherent restrictor type or the opening restrictor type can be easily manufactured, the bearing efficiency is at most 50%. Since the optimum bearing space is large, the bearing stiffness is low.

Fig. 3 toont het verband tussen het lagerrendement en de lagerruimte van de hierboven beschreven lagere. In het algemeen gesproken is 30 de optimale lagerruimte waarbij het rendement maximaal wordt vergroot, bijvoorbeeld 20 tot 30 micrometer of meer en met een kleine lagerruimte van minder dan 10 micrometer nemen de belastingdragende capaciteiten van het lager aanzienlijk af. De optimale lagerruimte kan worden verkleind door het verkleinen van de diameter van de luchttoevoerpoorten en het 35 aantal ervan, ten einde het weerstandseffekt (stromingsweerstand voor gas) van de luchttoevoerpoort te vergroten. Met de huidige vervaardigings-techniek echter is de diameter van de luchttoevoerpoorten 0,08 tot 0,1 mm,, zodat het onmogelijk is de optimale lagerruimte te verkleinen tot 800 0 1 71 -8- 21105/JF/as minder dan 10 micrometer zonder het opofferen van het lagerrendement omdat het lagerrendement afneerat wanneer het aantal luchttoevoerpoorten beneden zes komt. Vanwege deze reden is het bij het lager van dit type onmogelijk gebleken niet alleen de lagerstijfheid voldoende te vergroten 5 maar eveneens volledig gebruik te maken van het hydrodynamische effekt opgewekt in een kleine lagerruimte ten tijde van het draaien met grote snelheid voor het ondersteunen van de draaibare as.Fig. 3 shows the relationship between the bearing efficiency and the bearing space of the above described lower one. Generally speaking, 30 is the optimum bearing space at which the efficiency is maximally increased, for example, 20 to 30 micrometers or more, and with a small bearing space of less than 10 micrometers, the load bearing capacities of the bearing decrease significantly. The optimum bearing space can be reduced by decreasing the diameter of the air supply ports and their number to increase the drag effect (flow resistance for gas) of the air supply port. However, with the current manufacturing technique, the diameter of the air supply ports is 0.08 to 0.1 mm, so it is impossible to reduce the optimum bearing space to 800 0 1 71 -8- 21105 / JF / shaft less than 10 μm without sacrificing the bearing efficiency because the bearing efficiency drops when the number of air supply ports drops below six. For this reason, in the bearing of this type, it has proved impossible not only to increase the bearing stiffness sufficiently, but also to make full use of the hydrodynamic effect generated in a small bearing space at the time of high speed turning to support the rotatable as.

Ten einde gedeeltelijk de nadelen van lagers van het inherente restrictortype en het openingsrestrictortype te elimineren is een opper-10 vlakte restrictortype lager zoals getoond in fig. 2 ontwikkeld, waarin de optimale lagerruimte is gereduceerd tot minder dan 10 micrometer en de lagerdruk met betrekking tot het dragen van de belasting is opgewekt aan de uiteinden van het lager, waardoor dus in hoofdzaak dezelfde lagereffi-ciëntie wordt verzekerd als bij lagers van de hierboven genoemde typen 15 en een grotere lagerstijfheid. Zoals getoond in fig. 2 is het lager van het oppervlakterestrictortype voorzien van een aantal zich longitudinaal uitstrekkende en langs de omtrek op afstand van elkaar liggende groeven 4 aangebracht voor een as 1 met uitzondering van gedeelten ervan welke liggen tegenover de tegenover elkaar liggende uiteinden van een lager 21. Het 20 lager van het oppervlakterestrictortype dient dus te zijn voorzien van een aantal longitudinale groeven hetgeen een moeilijkere bewerking vereist. Bovendien wordt het hydrodynamische effekt opgewekt door de draaiing van as 1' niet efficiënt benut. In het bijzonder is de lagerruimte niet continu in de omtreksrichting maar verdeeld door het aantal longitudinale 25 groeven 4 en daarnaast neigt de gecomprimeerde lucht in het lager naar buiten te ontsnappen door deze groeven zodat het hydrodynamische effekt in hoofdzaak lager is dan dat van een lager niet voorzien van longitudinale groeven.In order to partially eliminate the disadvantages of inherent restrictor type and opening restrictor type bearings, a surface restrictor type bearing as shown in Fig. 2 has been developed, in which the optimum bearing space is reduced to less than 10 micrometers and the bearing pressure with respect to the load bearing is generated at the ends of the bearing, thus ensuring substantially the same bearing efficiency as with bearings of the aforementioned types 15 and greater bearing stiffness. As shown in Fig. 2, the surface restrictor type bearing is provided with a plurality of longitudinally extending and circumferentially spaced grooves 4 provided for a shaft 1 except portions thereof which are opposite the opposite ends of a bearing 21. The bearing of the surface restrictor type should therefore be provided with a number of longitudinal grooves which requires more difficult machining. Moreover, the hydrodynamic effect generated by the rotation of shaft 1 'is not efficiently utilized. In particular, the bearing space is not continuous in the circumferential direction but divided by the number of longitudinal grooves 4 and in addition, the compressed air in the bearing tends to escape through these grooves so that the hydrodynamic effect is substantially lower than that of a bearing. provided with longitudinal grooves.

De uitvinding zal nu gedetailleerd worden beschreven onder ver-30 wijzing naar enkele uitvoeringsvormen getoond in de hierbij behorende tekening*.The invention will now be described in detail with reference to some embodiments shown in the accompanying drawing *.

Een uitvoeringsvorm getoond in de figuren 4 en 5 omvat een as 11, een lager 12, zich langs de omtrek uitstrekkende-, rond het lager lopende, nauwe ringvormige groeven 13, welke zijn aangebracht op posities op af-35 stand liggend van de tegenover elkaar liggende uiteinden van het lager over een afstand welke rond 5 tot en met 15% is van de lengte L van het lager, waarbij de groef een diepte g heeft welke ongeveer 1,5 tot en met 6 keer de lagerruimte is, radiale luchttoevoerpoorten 14 met een klei- 80 0 0 1 71 -9- 2110'5/JF/as ne diameter en openend in de ringvormige groeven en communicerend met.een bron van gecomprimeerde lucht 16 via een luchtkaraer 15, Het aantal lucht" toevoerpoorten 14 wordt kleiner gekozen dan die in vaste lagers volgens de stand van de techniek voorkomt. De gecomprimeerde lucht toegevoerd door 5 de bron 16 wordt in de nauwe groeven 13 via luchtkamer 15 en luchttoevoer-poorten 14 geleid. De gecomprimeerde lucht aldus toegevoerd vloeit door de groeven 13 in de omtreksrichting en wordt daarna naar buiten door de lagerruimte gevoerd.An embodiment shown in Figures 4 and 5 includes a shaft 11, a bearing 12, circumferentially extending, around the bearing, narrow annular grooves 13, which are provided at positions remote from the opposite bearing ends of the bearing over a distance that is around 5 to 15% of the length L of the bearing, the groove having a depth g that is about 1.5 to 6 times the bearing space, radial air supply ports 14 with a clay 80 0 0 1 71 -9- 2110'5 / JF / axis ne diameter and opening in the annular grooves and communicating with a source of compressed air 16 via an air carver 15, The number of air supply ports 14 is selected smaller than that found in prior art solid bearings The compressed air supplied by the source 16 is introduced into the narrow grooves 13 through air chamber 15 and air supply ports 14. The compressed air thus supplied flows through the grooves 13 into the omtre direction and is then led out through the bearing space.

Het verdient de voorkeur de diameter van de lucht-10 toevoerpoorten zo nauw mogelijk te maken, bijvoorbeeld minder dan 0,1 mm. en het aantal rond 3 of 4 te kiezen. Zoals vertoont in fig. 5 zijn drie luchttoevoerpoorten 14 onder een hoek met elkaar geplaatst op in hoofdzaak gelijke omtreksafstand.It is preferred to make the diameter of the air supply ports as narrow as possible, for example less than 0.1 mm. and choose the number around 3 or 4. As shown in Figure 5, three air supply ports 14 are angled to each other at substantially equal circumferential distance.

Het optimale werkpunt van het hydrostatische luchtlager wordt 15 verkregen wanneer de stroomweerstand van een doorgang van de luchtkamer 15 naar het lageroppervlak via toevoerpoort 14 en nauwe groef 13 gelijk wordt aan de stroomweerstand R„ van de dooraarus in de _lagerruimte C.The optimum operating point of the hydrostatic air bearing 15 is obtained when the flow resistance of a passage from the air chamber 15 to the bearing surface through supply port 14 and narrow groove 13 becomes equal to the flow resistance R 1 of the passage through the bearing space C.

tussen de zijwanden van de groeven en de uiteinden van het lager. De stroomweerstand is omgekeerd evenredig met het quadraat van diameter d 20 van de luchttoevoerpoorten en het'aantal daarvan, terwijl de stroomweerstand omgekeerd evenredig is met de derde macht van de lagerruimte Cr (in fig. 5 is dit overdreven getoond ten einde de excentrische conditie van de as te tonen) en evenredig met de uitstroomlengte L^. Uitstroom-lengte L^, diameter van de luchttoevoerpoorten en het aantal daarvan wor-25 den zo klein mogelijk gemaakt om te voldoen aan de vergelijking Rj = R2 in de smallere lagerruimte Cr. Zoals hierboven beschreven wordt de uitstroomlengte klein gemaakt voor het beperken van de uitstroomweerstand en het aantal luchttoevoerpoorten wordt verminderd ten einde de weerstand voor de luchtstroom te vergroten waarbij de in-50 stroomweerstand en de uitstroomweerstand gelijk worden gemaakt voor het realiseren van de optimale werkconditie.between the sidewalls of the grooves and the ends of the bearing. The flow resistance is inversely proportional to the quadrate of diameter d20 of the air supply ports and the number thereof, while the flow resistance is inversely proportional to the third power of the bearing space Cr (in Fig. 5 this is exaggerated to show the eccentric condition of the axis) and proportional to the outflow length L ^. Outflow length L ^, diameter of the air supply ports and the number thereof are made as small as possible to satisfy the equation Rj = R2 in the narrower bearing space Cr. As described above, the outflow length is made small to limit the outflow resistance and the number of air supply ports is reduced in order to increase the airflow resistance, equalizing the in-50 flow resistance and outflow resistance to achieve the optimum operating condition.

De figuren 6 en 7 zijn grafieken welke het verband tonen tussen het lagerrendement en de lagerruimte Cr voor de diameter van de luchttoevoerpoorten van 0,1 mm., het aantal luchttoevoerpoorten gelijk aan 3, en 55 een verhouding van lagerlengte tot lagerdiameter (L/D) van 1. In het bijzonder toont fig. 6 het verband tussen de lagerruimte en het lagerrendement wanneer L /L is 0,05 en de druk van de toegevoerde lucht gelijk is 2 1 , aan 1 kg/cm met de groefdiepte g genomen als parameter. De optimale diep- 800 0 1 71 -10- 21105/JF/as te van de ringvormige groef 13 is rond 4 keer de lagerruimte Cr, terwijl de optimale lagerruimte rond 7 micrometer is, waarbij een lagerrendement van rond 0,7 kan worden verkregen. Zelfs wanneer de diepte van de ringvormige groef en de lagerruimte lichtelijk afwijkt van de optimale waarde 5 ervan, neemt het lagerrendement niet met een aanzienlijke hoeveelheid af. Wanneer de lagerlengte/diameter verhouding L/D afneemt van 2/3 tot 1/2, neemt het maximale lagerrendement toe van 0,8 naar 0,85. Afhankelijk van de druk van de toegevoerde lucht varieert de optimale lagerruimte lichte- 2 lijk. Voor een luchtdruk van 5 tot 0,1 kg/cm varieert de optimale lager-10 ruimte van rond 5 tot en met 9 micron.Figures 6 and 7 are graphs showing the relationship between the bearing efficiency and the bearing space Cr for the diameter of the air supply ports of 0.1 mm., The number of air supply ports equal to 3, and 55 a ratio of bearing length to bearing diameter (L / D ) of 1. In particular, Fig. 6 shows the relationship between the bearing space and the bearing efficiency when L / L is 0.05 and the supply air pressure is 2 1, to 1 kg / cm with the groove depth g taken as parameter. The optimum depth of 800 0 1 71 -10-21105 / JF / axis of the annular groove 13 is around 4 times the bearing space Cr, while the optimum bearing space is around 7 micrometers, whereby a bearing efficiency of around 0.7 can be obtained . Even if the depth of the annular groove and the bearing space deviates slightly from its optimum value, the bearing efficiency does not decrease by a significant amount. When the bearing length / diameter ratio L / D decreases from 2/3 to 1/2, the maximum bearing efficiency increases from 0.8 to 0.85. Depending on the pressure of the supplied air, the optimum bearing space varies slightly. For an air pressure of 5 to 0.1 kg / cm, the optimal bearing-10 space ranges from around 5 to 9 microns.

Fig. 7 is een grafiek welke het verband toont tussen de lager- 2 ruimte Cr en het lagerrendement wanneer de luchtdruk 0,1 kg/cm is, de diameter van de luchttoevoerpoort 0,1 mm is en de verhouding L^/L wordt genomen als parameter. Opgemerkt wordt dat variatie van de verhou-15 ding L^/L variatie van de optimale diepte van de ringvormige groeven welke het lagerrendement maximaliseren, veroorzaakt. Fig. 7 toont dat L^/L kleiner dan 0,1 gemaakt dient te worden ten einde de lagerruimte kleiner dan 10 micron te krijgen. Dè waarde van L^/L echter welke voldoet aan deze voorwaarde wordt groter wanneer de luchtdruk wordt vergroot en de 20 diameter van de luchttoevoerpoort wordt verkleind. De aanwezigheid van de optimale ringvormige groefdiepte waarop het lagerrendement kan worden gemaximaliseerd zal beter worden begrepen aan een bespreking van de afhankelijkheid van de omtreksdrukverdeling op de ringvormige groefdiepte.Fig. 7 is a graph showing the relationship between the bearing 2 space Cr and the bearing efficiency when the air pressure is 0.1 kg / cm, the diameter of the air supply port is 0.1 mm and the ratio L ^ / L is taken as parameter . It is noted that variation of the ratio L / L causes variation of the optimal depth of the annular grooves which maximize bearing efficiency. Fig. 7 shows that L / L must be made less than 0.1 in order to make the bearing space less than 10 microns. However, the value of L / L satisfying this condition increases as the air pressure is increased and the diameter of the air supply port is decreased. The presence of the optimum annular groove depth at which the bearing efficiency can be maximized will be better understood from a discussion of the dependence of the circumferential pressure distribution on the annular groove depth.

Fig. 8 toont de afhankelijkheid van de omtreksdrukverdeling 25 opgewekt door de excentriciteit van de as op de diepte g van de ringvormige omtreksgroef, waarbij de breedte van de ringvormige groef 1 mm. is en het aantal luchttoevoerpoorten gelijk is aan 3. Zoals kan worden opgemerkt neemt wanneer de diepte van de groef te groot is het kortsluit-effect tussen drukken in het brede lagerruimte gebied en in het smalle 30 lagerruimte gebied toe, met andere woorden neemt het drukverschil tussen gebieden -90°<^<90° en 90°< ^,^.270° af,zodat de capaciteit van het lager afneemt. Er is dus een optimale waarde voor de diepte g van de ringvormige groef welke het lagerrendement maximaliseert.Fig. 8 shows the dependence of the circumferential pressure distribution 25 generated by the eccentricity of the shaft at the depth g of the annular circumferential groove, the width of the annular groove being 1 mm. and the number of air supply ports is equal to 3. As can be noted, when the depth of the groove is too great, the short-circuit effect between pressures in the wide bearing area and in the narrow bearing area increases, in other words the pressure difference between areas -90 ° <^ <90 ° and 90 ° <^, ^. 270 °, so that the bearing capacity decreases. Thus, there is an optimum value for the depth g of the annular groove which maximizes bearing efficiency.

Wanneer de lagerruimte wordt aangeduid door Cr, de lagerdiame-55 ter door D, het aantal luchttoevoerpoorten door n, de breedte van de ringvormige groef door b en de afstand tussen één zijde van de groef en het corresponderende lagereind door L^,, wordt de optimale diepte g van de ringvorm bij benadering gegeven door de volgende vergelijking: 800 0 1 71 -11- 21105/JF/aa » * 9 H Cr f{ 2/bLl5 1/3 - 1]When the bearing space is denoted by Cr, the bearing diameter-55b by D, the number of air supply ports by n, the width of the annular groove by b, and the distance between one side of the groove and the corresponding bearing end by L ^, the optimal depth g of the ring shape is approximated by the following equation: 800 0 1 71 -11- 21105 / JF / aa »* 9 H Cr f {2 / bLl5 1/3 - 1]

Zijn bijvoorbeeld D*28 mm, ηβ3, ^“Ιιιβι en Lj"3 mm, dan is g/Cr ongeveer gelijk aan 3. In het algemeen ligt de waarde van de ver-5 houding g/Cr in het bereik van 1,5 tot en met 6. Wanneer de luchttoe-voerpoorten en de ringvormige groeven dichter nabij de lageruiteinden zijn aangebracht neemt het lagerrendement toe en neemt eveneens de optimale ruimte af. Wanneer echter de lengte van de uitstroomdoorgang te kort is zouden configuratie-fouten resulteren in variatie in de lager-10 karakteristiek zodat de lengte ten minste 1 mm dient te zijn. De lucht-toevoerpoorten dienen te zijn aangebracht op plaatsen welke op afstand van de lageruiteinden liggen over rond 5 tot en met 15% van de lagerlengte.For example, if D * 28 mm, ηβ3, ^ "Ιιιβι and Lj" are 3 mm, then g / Cr is approximately equal to 3. In general, the value of the ratio g / Cr is in the range of 1.5 through 6. When the air supply ports and the annular grooves are arranged closer to the bearing ends, the bearing efficiency increases and the optimum space also decreases, however, if the length of the outflow passage is too short, configuration errors would result in variation in the bearing-10 characteristic so that the length should be at least 1 mm The air supply ports should be located at locations spaced from the bearing ends by about 5 to 15% of the bearing length.

Zoals duidelijk kan worden opgemerkt aan de hand van de hiervoor gegeven beschrijving verschaft de uitvinding een gas- of luchtlager 15 met een eenvoudige constructie welke een groot lagerrendement kan verschaffen voor een hydrostatische gaslager met een smalle ruimte van slechts verscheidene micrometers. Bij gevolg is het mogelijk een goedkoop hydrostatisch gaslager te verschaffen welk een grote belastingsdragende capaciteit heeft alsmede een grote lagerstijfheid. Bovendien is het overgrote 20 deel van het lageroppervlak zo glad om effectief en efficiënt een hydro-dynamische druk op te wekken wanneer de as draait. Volgens de hierboven beschreven uitvoeringsvorm wordt dus een hybride gaslager verkregen welke werkt, als een hydrostatisch lager ten tijde van het starten en stoppen waarbij de as wordt gedragen in een contactloze conditie, tot deze werkt ais 25 een hydrodynamische lager ten tijde van het draaien met grote snelheid.As can be clearly seen from the foregoing description, the invention provides a gas or air bearing 15 of simple construction which can provide high bearing efficiency for a hydrostatic gas bearing with a narrow space of only several micrometers. As a result, it is possible to provide an inexpensive hydrostatic gas bearing which has a large load bearing capacity as well as a high bearing stiffness. In addition, the vast majority of the bearing surface is so smooth to effectively and efficiently generate hydro-dynamic pressure when the shaft rotates. Thus, according to the above-described embodiment, a hybrid gas bearing is obtained, which operates as a hydrostatic bearing at the start and stop time with the shaft being carried in a contactless condition until it acts as a hydrodynamic bearing at the time of turning with large speed.

In het geval bijvoorbeeld waarin een asdiameter 30 mm is,Leen effectieve 2 lagerlengte 50 mm en een druk van de toegevoerde lucht van 0,07 kg/cm is het mogelijk een draaibare asbelasting van 700 g te dragen dankzij een optimaal ontwerp van het lager. Vanwege deze reden verschaft de uit-30 vinding wanneer deze wordt toegepast op een opneeminrichting met een draaibare kop met het gewicht van minder dan 500 g een compact en betrouwbaar gaslager in staat onder een contactloze conditie te starten en te stoppen en welk werkt als een hydrodynamisch lager onder een conditie waarin de as met grote snelheid draait, van 10.000 tot 30.000 35 omwentelingen per minuut onder gebruikmaking van lucht onder lage’druk gebracht en toegevoerd door een draaiende compressor, zonder de noodzaak te oliën voor een lange tijd.For example, in the case where a shaft diameter is 30 mm, an effective 2 bearing length of 50 mm and a supply air pressure of 0.07 kg / cm, it is possible to bear a rotatable shaft load of 700 g thanks to an optimal bearing design. For this reason, the invention when applied to a swivel head pickup device weighing less than 500g provides a compact and reliable gas bearing capable of starting and stopping under a contactless condition and which acts as a hydrodynamic bearing under a condition in which the shaft rotates at high speed, from 10,000 to 30,000 revolutions per minute using low pressure air supplied by a rotary compressor, without the need to oil for a long time.

Wanneer vergeleken met een goed ontworpen hydrostatisch gas- 800 0 1 71 -12- 21105/JF/as lager van het inherente restrictor-of openings restrictortype volgens de stand van de techniek, kan het lager volgens de uitvinding de belasting dragende capaciteit van het lager met 30 tot 40% verbeteren en de lagerstijfheid met meer dan 5 keer. Aangezien het aantal luchtoevoerpoor-5 ten klein is en de lagerruimte gering is het raogelijk bovendien de noodzakelijke hoeveelheid onder druk gebracht gas te verminderen met 1/10 met betrekking tot de stand van de techniek. Eveneens maakt de uitvinding het mogelijk een hybride gaslager met een groot rendement te realiseren welke nooit zal kunnen worden gerealiseerd met een hydrostatisch gaslager 10 van het inherent restrictortype volgens de stand van de techniek.. Aangezien de ringvormige groeven eenvoudig kunnen worden aangebracht, zijn de vervaardigingskosten van het! lager volgens de uitvinding vergelijkbaar met die van de eenvoudigste inherente restrictorlagen.When compared to a well-designed hydrostatic gas 800 0 1 71 -12- 21105 / JF / shaft bearing of the inherent restrictor or opening restrictor type of the prior art, the bearing according to the invention can bear the load bearing capacity of the bearing improve by 30 to 40% and the bearing stiffness by more than 5 times. Moreover, since the number of air supply ports is small and the bearing space is small, it is possible to reduce the necessary amount of pressurized gas by 1/10 with respect to the prior art. Also, the invention makes it possible to realize a high efficiency hybrid gas bearing which can never be realized with a hydrostatic gas bearing 10 of the inherent restrictor type according to the prior art. Since the annular grooves can be easily fitted, the manufacturing costs are from the! bearing according to the invention comparable to that of the simplest inherent restrictor layers.

Terwijl de hoeveelheid onder druk gebracht gas in hoofdzaak 15 gelijk is aan die van een oppervlakte restrictor hydrostatisch gaslager, zijn de belastingdragende capaciteiten en de stijfheid van het lager volgens de uitvinding meer dan 1,5 keer verbeterd en de vervaardigingskosten zijn gereduceerd tot minder dan een fractie.While the amount of pressurized gas is substantially equal to that of a surface restrictor hydrostatic gas bearing, the load bearing capacities and stiffness of the bearing according to the invention have been improved more than 1.5 times and the manufacturing cost has been reduced to less than one. fraction.

Fig. 9 toont een modificatie van de uitvinding welke in zover-• 20 re verschilt van die getoond in de figuren 4 en 5 dat een as 11' is voorzien van een aantal op zich bekende nauwe groeven gerangschikt in een haringgraatpatroon. Een lager voorzien van dergelijke 'schuin op elkaar staande groeven voor het aanzuigen van lucht van buiten in de lagerruimte voor het creëren van een hydrodynamische druk voor het dragen van de as is wel 25 bekend. Met deze constructie echter, aangezien de as contact maakt met het lageroppervlak ten tijde van het starten en stoppen, is het noodzakelijk het lageroppervlak te verharden onder gebruikmaking van keramiek.Fig. 9 shows a modification of the invention which differs from that shown in FIGS. 4 and 5 in that a shaft 11 'is provided with a number of narrow grooves known per se arranged in a herringbone pattern. A bearing provided with such oblique grooves for drawing air from the outside into the bearing space to create a hydrodynamic pressure for bearing the shaft is well known. However, with this construction, since the shaft contacts the bearing surface at the time of starting and stopping, it is necessary to harden the bearing surface using ceramic.

Dit verhoogt niet alleen de vervaardigingskosten, maar reduceert eveneens de betrouwbaarheid. Wanneer echter het lageroppervlak is geconstru-30 eerd zoals getoond in overeenstemming met de uitvinding wordt het mogelijk te starten en stoppen onder contactloze conditie door het intermitterend gebruikmaken van gecomprimeerde lucht toegevoerd door een dergelijke kleine en betrouwbare bron als een turbocompressor.This not only increases manufacturing costs, but also reduces reliability. However, when the bearing surface is constructed as shown in accordance with the invention, it is possible to start and stop in contactless condition by intermittently using compressed air supplied from such a small and reliable source as a turbocharger.

De figuren 10a en 10b vertonen de toepassing van de uitvinding 35 op een lager met zij loopvlakken 22 ingericht voor het dragen van een orgaan 21.Het cirkelvormige schijfachtige lager 22 is voorzien van een centrale opening 29 en twee concentrische ringvormige groeven 23 en 24, waarbij de ene 23 is aangebracht nabij de centrale opaing 29, terwijl de 80 0 0 1 71 * * -Π- 21105/JF/as andere 24 is aangebracht nabij de buitenomtrek. Elke groef is voorzien van een aantal (in de figuren 10a en 10b drie) op de omtrek op afstand van elkaar geplaatste luchttoevoerpoorten 25 communicerend met een respectieve gemeenschappelijke ringvormige luchtkamer 26 welke op zijn beurt 5 is verbonden met een bron van onder druk gebracht gas 27. Het onder druk gebrachte gas wordt afgevoerd naar buiten uit het lager door een lagerruimte 28 en de centrale opening 29. De ringvormige groeven 23 en 24 kunnen op dezelfde wijze worden ontworpen als bij de hieraan voorafgaand beschreven uitvoeringsvorm met uitzondering dat de waarde van de diame-10 ters van de binnen-en bui ter.-ringvormige groeven 23 en 24 worden gebruikt als D in de hiervoor gegeven vergelijking.Figures 10a and 10b show the application of the invention 35 to a bearing with lateral treads 22 adapted to support a member 21. The circular disc-like bearing 22 is provided with a central opening 29 and two concentric annular grooves 23 and 24, wherein one 23 is located near the central opaion 29, while the 80 0 0 1 71 * * -Π- 21105 / JF / axle the other 24 is located near the outer circumference. Each groove includes a plurality (three in Figures 10a and 10b) of circumferentially spaced air supply ports 25 communicating with a respective common annular air chamber 26 which in turn is connected to a source of pressurized gas 27 The pressurized gas is vented out of the bearing through a bearing space 28 and the central opening 29. The annular grooves 23 and 24 can be designed in the same manner as in the previously described embodiment except that the value of the diameter -10 meters of the inner and outer annular grooves 23 and 24 are used as D in the above equation.

Bij de uitvoeringsvorm getoond in de figuren 4 en 5, waar de lagerlengte L klein is en de afstand tussen de ringvormige groeven 13 aan tegenover elkaar liggende uiteinden van het lager kleiner is dan 15 de oratreksafstand van de luchttoevoerpoorten 14 (een booglengte welke een centrumhoek van 120°overspant), is de drukvariatie in de richting van de lagerlengte klein, zodat de axiale drukverdeling varieert met toeneming of afneming van de lagerruimte zoals getoond door de trapeziumvormige curves A en A' in fig. 11. Wanneer de lagerlengte groter is dan 20 de lagerdiameter of wanneer het aantal luchttoevoerpoorten groot is, neemt de stroomweerstand in axiale richting van het lager toe tot een waarde die niet kan worden verwaarloosd met betrekking tot de omtreksstroom-weerstand, zodat de druk in het hoge druk gebied afneemt zoals getoond door curve B en de druk in het lage druk gebied toeneemt zoals getoond 25 door de curve B'. Dit is een gevolg van het feit dat fluïdum in het hoge druk gebied langs de omtrek wordt gericht en binnendringt in het lage druk gebied. Een dergelijke drukverdeling is niet voordelig door de werking van het lager.In the embodiment shown in Figures 4 and 5, where the bearing length L is small and the distance between the annular grooves 13 at opposite ends of the bearing is less than 15, the oratory distance of the air supply ports 14 (an arc length which is a center angle of Spans 120 °), the pressure variation in the direction of the bearing length is small, so that the axial pressure distribution varies with increase or decrease of the bearing space as shown by the trapezoidal curves A and A 'in Fig. 11. When the bearing length is greater than 20 the bearing diameter or when the number of air supply ports is large, the axial flow resistance of the bearing increases to a value that cannot be neglected with respect to the circumferential flow resistance, so that the pressure in the high pressure range decreases as shown by curve B and the pressure in the low pressure range increases as shown by the curve B '. This is due to the fact that fluid in the high pressure area is directed circumferentially and penetrates into the low pressure area. Such a pressure distribution is not advantageous due to the action of the bearing.

Fig. 12 toont een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding ont-30 worpen voor de eliminering van dit probleem. Fig. 12 toont een combinatie van een asblok met een relatief lange lagerlengte en een lager met zij-loopvlakken zoals getoond in de figuren 10a en 10b.Fig. 12 shows another embodiment of the invention designed to eliminate this problem. Fig. 12 shows a combination of a headstock with a relatively long bearing length and a bearing with side treads as shown in Figures 10a and 10b.

Zoals getoond in de figuren 12, 13 en 14 is een hoofdlichaam 32 van het lager gevat in een ringvormige groef gedifinieerd door een 35 gedeelte 31a met een verkleinde diameter van as 31 en vertikale zijwanden 31b op de tegenover elkaar liggende zijden ervan. De overgangen tussen het radiale lageroppervlak 32a van het lager hoofdlichaam 32 en de twee oppervlakken 32b van het lager met zij loopvlakken zijn afeeschuind 800 0 1 71 -14- 21105/JF/as en de afgeschuinde gedeelten grenzen aan de omtrekskanalen 34 welke communiceren met de omgeven atmosfeer via afvoerdoorgang 33 aangebracht voor de draaibare as 31. Het voorzien in het kanaal 34 en de uitlaatdoorgang 33 voorkomt interferentie tussen het radiale lager en het lager met zij-5 loopvlakken.As shown in Figures 12, 13 and 14, a main body 32 of the bearing is contained in an annular groove defined by a reduced diameter portion 31a of shaft 31 and vertical sidewalls 31b on its opposite sides. The transitions between the radial bearing surface 32a of the bearing main body 32 and the two surfaces 32b of the bearing with lateral treads are chamfered 800 0 1 71 -14- 21105 / JF / axis and the chamfered portions are adjacent to the circumferential channels 34 which communicate with the surrounded atmosphere via drain passage 33 provided for the rotatable shaft 31. The provision of channel 34 and outlet passage 33 prevents interference between the radial bearing and the side-bearing bearing.

In het middelpunt van het radiale lageroppervlak 32a is een ringvormige afvoergroef 35 gevormd welke het oppervlak 32a in tweeën deelt. De ringvormige afvoergroef 35 communiceert met buiten via een radiale afvoerdoorgang 36 in de draaibare as 31. Ringvormige groeven 37 zijn ge-10 vormd nabij het kanaal 34 en de deelgroef 35. Elke ringvormige groef 37 is voorzien van drie kleine luchttoevoerpoorten 39 welke op gelijke afstand zijn geplaatst in de omtreksrichting en communiceren met een gasdoorgang 38 in het hoofdlichaam van het lager 32. Elk oppervlak 32b van het lager met zij loopvlakken is voorzien van ringvormige groeven 310 waar-15 bij de binnen- en buitenranden ervan elke ringvormige groef 310 conanuni-ceert met de luchtdoorgang 38 via drie op gelijke afstand geplaatste luchttoevoerpoorten .311. Er is voorzien in een nippel 312 ten einde de luchtdoorgang 38 te verbinden met de bron van onder druk gebracht gas en een reserve afvoeropening 313 is aangebracht voor een constructie waar-20 bij de opening 33 is gesloten.At the center of the radial bearing surface 32a, an annular drain groove 35 is formed which divides the surface 32a in two. The annular exhaust groove 35 communicates with the outside via a radial exhaust passage 36 in the rotatable shaft 31. Annular grooves 37 are formed near the channel 34 and the sub-groove 35. Each annular groove 37 is provided with three small air supply ports 39 which are equidistant are located in the circumferential direction and communicate with a gas passage 38 in the main body of the bearing 32. Each surface 32b of the bearing with lateral treads is provided with annular grooves 310, at the inner and outer edges of which each annular groove 310 conanuni- with air passage 38 through three equidistant air supply ports .311. A nipple 312 is provided to connect the air passage 38 to the source of pressurized gas and a spare discharge opening 313 is provided for a structure closed at opening 33.

Het onder druk gebrachte gas toegevoerd aan de nippel 312 wordt overgedragen naar de spleten tussen het radiale lageroppervlak 32a en het gedeelte van de draaibare as 31 met de verkleinde diameter en tussen de oppervlakken 32b van het lager met zij-oppervlakken en zijwanden 31b van 25 de draaibare as 31 via de luchtdoorgang 38 en luchttoevoerpoorten 39 en 311 voor het opwekken van lage drukken voor het dragen van de as.The pressurized gas supplied to the nipple 312 is transferred to the gaps between the radial bearing surface 32a and the portion of the reduced diameter rotatable shaft 31 and between the surfaces 32b of the bearing having side surfaces and side walls 31b. rotatable shaft 31 through air passage 38 and air supply ports 39 and 311 for generating low pressures for bearing the shaft.

Deze uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat het radiale lageroppervlak 32a is verdeeld in twee gedeelten door de centrale ringvormige afvoergroef 35 waarbij de verhouding van de lagerdiameter tot de lager-30 lengte in hoofdzaak kleiner dan 1 is gemaakt, bijvoorbeeld rond 0,5. Volgens deze uitvoeringsvorm wordt dus de effektieve lagerlengte verkleind door de centrale ringvormige groef, waardoor dus de drukverdeling zoals getoond bij de curven A en A' in fig. 11 worden gehandhaafd ten einde het lagerrendement te verbeteren. In hoofdzaak is het geschikt de axiale 35 ruimte van de luchttoevoerpoorten te kiezen als zijnde rond 2/3 tot en met 1/2 van de lagerlengte. Een afstand van minder dan 1/2 van de lagerlengte kan het lagerrendement niet verbeteren.This embodiment is characterized in that the radial bearing surface 32a is divided into two parts by the central annular drain groove 35, the ratio of the bearing diameter to the bearing length being made substantially less than 1, for example around 0.5. Thus, according to this embodiment, the effective bearing length is reduced by the central annular groove, thus maintaining the pressure distribution as shown at curves A and A 'in Fig. 11 in order to improve bearing efficiency. In general, it is convenient to select the axial space of the air supply ports to be around 2/3 to 1/2 of the bearing length. A distance less than 1/2 of the bearing length cannot improve the bearing efficiency.

Wanneer het gewenst is de radiale belastingsdraagcapaciteit te 80 0 0 1 71 * 9 -15- 21105/JF/as vergroten door het vergroten van de lengte van het radiale lager, kan het lageroppervlak worden verdeeld in drie of vier gedeelten door het aanbrengen van 2 of 3 afvoergroeven in welk geval twee ringvormige groeven en daarmee geassocieerde toevoerpoorten voor het toevoeren van lucht 5 daaraan kunnen worden aangebracht voor elk gedeelte.When it is desired to increase the radial load carrying capacity by increasing the length of the radial bearing, the bearing surface can be divided into three or four sections by applying 2 80 0 0 1 71 * 9 -15- 21105 / JF / shaft or 3 exhaust grooves, in which case two annular grooves and associated supply ports for supplying air 5 thereto can be provided for each section.

Ofschoon bij de uitvoeringsvorm getoond in fig. 12 het tadiale lageroppervlak is opgedeeld door ringvormige afvoergroef 35 ten einde de drukverdeling voor een relatieve brede lagerlengte uniform te maken, wordt in een modificatie getoond in fig. 15 hetzelfde doel verwezenlijkt door 10 het onderling verbinden van ringvormige groeven 37 met een aantal axiale groeven 314 welke elk ondieper zijn dan groeven 37.Although in the embodiment shown in Fig. 12, the tadial bearing surface is divided by annular discharge groove 35 in order to make the pressure distribution uniform for a relatively wide bearing length, in a modification shown in Fig. 15 the same object is accomplished by interconnecting annular grooves 37 with a number of axial grooves 314, each shallower than grooves 37.

Ofschoon in de voorgaande uitvoeringsvormen ringvormige groeven zijn aangebracht voor de lagerzijde dient te worden begrepen dat de uitvinding niet is beperkt tot deze constructies. Gelijksoortige voordelen 15 kunnen worden bereikt door het verschaffen van ringvormige groeven aan de as zoals getoond in fig. 16 . In het bijzonder is een draaibare as 41 voorzien van ringvormige omtreksgroeven 43a rond de omtrek ervan, terwijl een lager 42 is voorzien van luchttoevoerpoorten 44a welke liggen tegenover de ringvormige groeven 43a. Een plaatvormlager met zijloopvlakken 20 48 is integraal met de as aangebracht in de concentrische ringvormige groeven 43b zoals getoond in fig. 10b en luchttoevoerpoorten 44b van het lager liggend tegenover de ringvormige groeven 43b. De luchttoevoerpoorten 44a en 44b communiceren met een luchtkamer 45. Afvoerdoorgangen 47a openen in de radiale lageroppervlak en afvoerdoorgangen 47b zijn aange-25 bracht voor het voorkomen van interferentie tussen de radiale lagers en lagers met zijloopvlakken. Verwijzingscijfer 46 geeft afvoergroeven aan voor het verdelen van het radiale lageroppervlak.Although in the previous embodiments annular grooves are provided for the bearing side, it is to be understood that the invention is not limited to these structures. Similar advantages can be achieved by providing annular grooves to the shaft as shown in Fig. 16. In particular, a rotatable shaft 41 includes annular circumferential grooves 43a about its circumference, while a bearing 42 includes air supply ports 44a opposite the annular grooves 43a. A sheet metal bearing with lateral treads 48 is integral with the shaft in the concentric annular grooves 43b as shown in Fig. 10b and air supply ports 44b from the bearing opposite the annular grooves 43b. The air supply ports 44a and 44b communicate with an air chamber 45. Drain passages 47a open in the radial bearing surface and drain passages 47b are provided to prevent interference between the radial bearings and side-bearing bearings. Reference numeral 46 designates grooves for dividing the radial bearing surface.

30 8 0 0 0 1 7t -CONCLUSIES- 3530 8 0 0 0 1 7t -CONCLUSIONS- 35

Claims

1. HeC type gas bearing in which compressed gas is supplied from a source of compressed gas to a bearing space between a bearing and a rotatable shaft for rotatably supporting it, characterized in that the bearing is provided with a number of annular circumferential grooves which extend around the entire inner surface of the bearing and which are axially spaced and open into the space, as well as a plurality of angled gas supply ports of small diameter and in communication with respective annular grooves and a gas passage for joining of the number of gas supply ports with the source of compressed gas.

Gas bearing according to claim 1, characterized in that each annular groove is spaced from one end of the bearing by a distance equal to 5 to 15% of the length of the bearing.

Gas bearing according to claim 1, characterized in that the depth of the annular groove is around 1.5 to 6 times the bearing space.

Gas bearing according to claim 1, characterized in that the gas supply ports are substantially equidistant from each other in the circumferential direction.

Gas bearing according to claim 1, characterized in that a plurality of oblique grooves arranged in a herringbone are formed on the surface of the rotatable shaft.

6. Gas bearing of the type in which compressed gas is supplied by a source of compressed gas to a bearing space between a circular, lateral bearing with lateral treads and a part supported thereby, characterized in that the bearing is provided with a central opening a plurality of concentric annular grooves formed in one surface of the bearing to open into the bearing space, the inner of the annular grooves being disposed near the central opening, while the outermost of the grooves being disposed near the outer circumference of the bearing, a plurality of small diameter gas supply ports in communication with the respective annular grooves and spaced apart in the circumferential direction of gas passages for communicating the number of gas supply ports with the source of compressed gas.

Gas bearing according to claim 6, characterized in that the annular inner and outer grooves are spaced from the central opening and the outer circumference of the bearing by a distance of about 5 to and from 800 0 1 71 _17_ 21105 / JF / axis, respectively. by 15% of the diameter of the bearing.

8. Gas bearing according to claim 6, characterized in that the annular grooves have a depth of around 1.5 to 6 times the bearing space.

Gas bearing according to claim 6, characterized in that the gas supply ports are substantially equidistant in the circumferential direction.

10. Gas bearing according to claim 1, characterized in that it further comprises at least one annular circumferential groove for dividing the inner surface of the bearing communicating with a radial discharge passage, additional annular Circumferential grooves in communication with the gas passage and disposed near the sub-groove and a number of gas supply ports opening in respective additional annular grooves.

Gas bearing according to claim 1, characterized in that it further comprises a number of axial grooves for interconnecting the number of annular grooves, the axial groove having a shallower depth than the annular groove.

12. Gas bearing of the type in which a rotatable shaft includes a smaller diameter portion for receiving a bearing to define a radial bearing and a bearing with lateral treads and pressurized gas is supplied from a source from below pressurized gas in a radial bearing space and a spacing of the bearing with lateral treads defined by the bearing and the smaller diameter portion, characterized in that the radial bearing comprises: a radial bearing surface, a number of annular circumferential grooves extending around the entire inner surface of the radial bearing surface disposed near opposite ends thereof and axially spaced apart, the annular circumferential groove opening in the interspace of the radial bearing, a plurality of angled gas supply ports of small diameter in communication with respective annular circumferential grooves and a gas passage ang to connect a number of gas supply ports to the source; and that the bearing with lateral treads comprises: surfaces of the bearing with lateral treads, 800 0 1 71 -18- 21105 / JF / shaft a number of concentric annular grooves formed in each surface of the bearing with lateral treads to open in the gap of the bearing with lateral treads, the inner of the concentric grooves disposed near the surface of the radial bearing and the outermost of the grooves disposed near the outer circumference of the rotary shaft and a number of small diameter gas supply ports communicating with the respective concentric annular grooves so as to be connected to the gas passage, and that the transitions between the surface of the radial bearing and the surfaces of the bearing with lateral treads communicate with the surrounding atmosphere through discharge passages extending through the shaft.

13. Gas bearing according to claim 12, characterized in that it further comprises at least one annular circumferential groove for dividing the inner surface of the radial bearing which communicates with the radial discharge passage, additional annular circumferential grooves communicating with the gas passage arranged near the partial groove and a plurality of gas supply ports opening into the respective additional annular grooves.

14. Radial gear bearing of the type in which pressurized gas 20 is supplied from a source of pressurized gas in a bearing space between a bearing and a rotatable shaft for rotatably supporting the shaft, characterized in that the bearing includes a plurality of angled small radial gas supply ports operating in space, said gas supply ports disposed close to the opposite ends of the bearing surface of the bearing and a gas supply passage connecting the gas supply ports to the source and rotatable shaft is provided with a number of annular circumferential grooves opposite opposite gas supply ports and opening into the bearing space.

15. Gas bearing with lateral treads of the type in which pressurized gas is supplied from a source of pressurized gas in a bearing space between the bearing and a rotatable shaft for rotatable support of the shaft, characterized in that the rotatable shaft is integral side tread plates include opposite opposite ends 35 of the bearing, said side tread plates having a plurality of concentric annular grooves opening into the bearing space, the innermost of the grooves being disposed near the inner circumferential surface of the bearing and the outer of the grooves are provided near the outer side of the side running plate and the bearing is provided with a number of concentric, small axial gas supply ports opening into the bearing space, which gas supply ports are opposite the concentric annular grooves of the rotatable shaft and angled together and a gas-5 feed passage for joining of the gas supply ports with the source. ^ indhoveip, January 1980 - 800 0 1 71