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TWI704295B - 槽式動壓氣體徑向軸承 - Google Patents

槽式動壓氣體徑向軸承 Download PDF

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TWI704295B TW105115465A TW105115465A TWI704295B TW I704295 B TWI704295 B TW I704295B TW 105115465 A TW105115465 A TW 105115465A TW 105115465 A TW105115465 A TW 105115465A TW I704295 B TWI704295 B TW I704295B
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Abstract

本發明公開了一種槽式動壓氣體徑向軸承，其包括軸承外套和軸承內套，所述軸承內套的外圓周面和兩端面均具有規則形狀的槽式花紋，且一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱，以及外圓周面的槽式花紋的軸向輪廓線與兩端面的槽式花紋的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接。本發明提供的槽式動壓氣體徑向軸承可實現1～3kg的載荷能力及200,000～450,000rpm的極限轉速，能滿足動壓氣體徑向軸承在較大載荷下的超高速領域的應用。

Description

槽式動壓氣體徑向軸承
本發明涉及一種動壓氣體徑向軸承，具體而言，是涉及一種槽式動壓氣體徑向軸承，屬於氣體軸承技術領域。
氣體軸承具有速度高、精密度高、耐高溫、摩擦損耗小、壽命長等優點，經過最近幾十年的迅速發展，氣體軸承已經在高速支承、高精密支承等領域取得了廣泛應用。目前氣體軸承已經發展出多種類型，主要分為動壓型和靜壓型。
動壓氣體軸承是以氣體作為潤滑劑，在軸與軸承之間構成氣膜，是移動面與靜止面不直接接觸的軸承形式，具有無污染、摩擦損失低、適應溫度範圍廣、運轉平穩、使用時間長、工作轉速高等諸多優點。由於摩擦損失少，也不需要使用液體潤滑油，因此在高速回轉應用領域上被廣泛使用，尤其是通常被使用在很難用滾動軸承支援的超高速應用領域以及不易使用液體潤滑油處。
動壓氣體軸承按承受載荷的方向不同，又分為動壓氣體徑向軸承、動壓氣體推力軸承和動壓氣體徑向推力組合軸承。動壓氣體徑向軸承是由相對移動的兩個工作面形成楔形空間，當它們相對移動，氣體因其自身的粘性作用被帶動，並被壓縮到楔形間隙內，由此產生動壓力而支承載荷。不同結構形式的氣體動壓徑向軸承由於結構上的差異，其工作過程略有不同。目前較為常見的幾種動壓氣體徑向軸承結構形式有：可傾瓦式、槽式和箔片式。
可傾瓦式動壓氣體徑向軸承是一種性能優良的動壓氣體軸承，具有自調性能，能在更小的氣膜間隙範圍內安全工作，對熱變形、彈性變形等不敏感，且加工精度易得到保證，還對載荷的變化具有“自動跟蹤”的突出優點，目前國內外主要應用於大型高速旋轉機械和透平機械；但其軸瓦結構比較複雜，安裝工藝複雜，較一般徑向軸承要求高，從而限制了其應用。
雖然箔片式動壓氣體徑向軸承具有彈性支承，可使軸承相應獲得一定的承載能力和緩和衝擊振動的能力，但由於箔片軸承一般採用的是金屬箔片，不僅材料製造技術和加工工藝技術上還存在一些難題，而且軸承的阻尼值不能很大提高，導致軸承的剛性不夠，軸承的臨界轉速較低，在高速運轉時容易失穩甚至卡死。
而槽式動壓氣體徑向軸承具有較好的穩定性，即使在空載下也有一定的穩定性，尤其是，在高速下，其靜態承載能力較其它形式的軸承大；但現有的槽式動壓氣體徑向軸承目前只能實現0.5~1.5kg的載荷能力及100,000~200,000rpm的極限轉速，不能滿足較大載荷下的超高速領域的應用。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
針對習知技術存在的上述問題，本發明所要解決的技術問題就是提供一種槽式動壓氣體徑向軸承，以滿足其在較大載荷下的超高速領域的應用要求。
本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種槽式動壓氣體徑向軸承，包括：軸承外套和軸承內套，所述軸承內套的外圓周面 和兩端面均具有規則形狀的槽式花紋，其中：所述軸承內套的一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱，以及外圓周面的槽式花紋的軸向輪廓線與兩端面的槽式花紋的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接。
在本發明的一實施例中係提供一種槽式動壓氣體徑向軸承，所述軸承內套的外圓周面的槽式花紋中的軸向高位線與兩端面的槽式花紋中的徑向高位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向中位線與兩端面的槽式花紋中的徑向中位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向低位線與兩端面的槽式花紋中的徑向低位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接。
在本發明的一實施例中係提供一種槽式動壓氣體徑向軸承，所述的槽式花紋為葉輪形狀。
在本發明的一實施例中係提供一種槽式動壓氣體徑向軸承，所述軸承內套與軸承外套間的配合間隙為0.003~0.008mm。
在本發明的一實施例中係提供一種槽式動壓氣體徑向軸承，所述軸承外套的兩端設有止環。
在本發明的一實施例中係提供一種槽式動壓氣體徑向軸承，所述軸承外套的外圓周上具有同軸的通孔和凹孔，所述的通孔位於同軸的凹孔內。
與習知技術相比，本發明具有如下顯著性進步：本發明通過使軸承內套的外圓周面和兩端面均具有規則形狀的槽式花紋，並使一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱，以及外圓周面的槽式花紋的軸向輪廓線與兩端面的槽式花紋的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接，從而保證了兩端面槽式花紋所產生的增壓氣體從軸心沿徑向不斷地往外圓周面的槽式花紋形成的凹槽通道裡輸送，以致形成更強支撐高 速運轉軸承所需的氣膜，而氣膜即作為動壓氣體徑向軸承的潤滑劑，因此實現了所述的槽式動壓氣體徑向軸承可在氣浮狀態下的高速穩定運轉，保證了高極限轉速。經測試，本發明提供的槽式動壓氣體徑向軸承可實現1~3kg的載荷能力及200,000~450,000rpm的極限轉速，而現有的槽式動壓氣體徑向軸承只能實現0.5~1.5kg的載荷能力及100,000~200,000rpm的極限轉速；可見，本發明實現了槽式動壓氣體徑向軸承在較大載荷下的超高速領域的應用，相對於習知技術取得了顯著性進步。
1:軸承外套
11:止環
12:通孔
13:凹孔
2:軸承內套
21、22、23:槽式花紋
211:軸向高位線
212:軸向中位線
213:軸向低位線
221、231:徑向高位線
222、232:徑向中位線
223、233:徑向低位線
第1圖為顯示根據本發明的一實施例的槽式動壓氣體徑向軸承的局部分割的左視立體結構示意圖。
第2圖為第1圖中的A局部放大圖。
第3圖顯示根據本發明的實施例的槽式動壓氣體徑向軸承的局部分割的右視立體結構示意圖。
第4圖為第3圖中的B局部放大圖。
第5圖顯示根據本發明的另一實施例的槽式動壓氣體徑向軸承的剖面結構示意圖。
第6圖為第5圖中的C局部放大圖。
以下根據第1圖至第6圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。
實施例1
如第1圖和第3圖所示：本實施例提供的一種槽式動壓氣體徑向軸承，包括：軸承外套1和軸承內套2，所述軸承內套2的外圓周面和左、右端面均具有規則形狀的槽式花紋(如圖中的21、22和23，本實施例中的槽式花紋均為葉輪形狀)，且左端面的槽式花紋22與右端面的槽式花紋23形成鏡像對稱。
結合第1圖至第4圖所示：所述軸承內套2的外圓周面的槽式花紋21的軸向輪廓線與左、右端面的槽式花紋(22和23)的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接，即：外圓周面的槽式花紋21中的軸向高位線211與左、右端面的槽式花紋(22和23)中的徑向高位線(221和231)均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋21中的軸向中位線212與左、右端面的槽式花紋(22和23)中的徑向中位線(222和232)均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋21中的軸向低位線213與左、右端面的槽式花紋(22和23)中的徑向低位線(223和233)均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接。
通過使軸承內套2的外圓周面和兩端面均具有規則形狀的槽式花紋(21、22和23)，左端面的槽式花紋22與右端面的槽式花紋23形成鏡像對稱及外圓周面的槽式花紋21的軸向輪廓線與左、右端面的槽式花紋(22和23)的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接，可保證兩端面的葉輪形狀的槽式花紋(22和23)所產生的增壓氣體從軸心沿徑向不斷地往外圓周面的槽式花紋21形成的凹槽通道裡輸送，以致形成更強支撐高速運轉軸承所需的氣膜，而氣膜即作為動壓氣體徑向軸承的潤滑劑，因此實現了所述的槽式動壓氣體徑向軸承可在氣浮狀態下的高速穩定運轉，保證了高極限轉速。
另外，當在軸承外套1的兩端分別設置止環11時，可實現在高速回轉軸的帶動下，使軸承內套2的兩端面與止環11間產生自密封作用，使槽式花紋連續產生的動壓氣體能完好地密閉保存在軸承的整個配合間隙中，充分保 證高速運轉的動壓氣體徑向軸承的潤滑需要。所述軸承內套與軸承外套間的配合間隙優選為0.003~0.008mm，以進一步確保軸承高速運轉的可靠性和穩定性。
實施例2
如第5圖和第6圖所示，本實施例提供的一種槽式動壓氣體徑向軸承與實施例1的區別僅在於：在所述軸承外套1的外圓周上具有同軸的通孔12和凹孔13，所述的通孔12位於同軸的凹孔13內。所設置的通孔12和凹孔13是為了方便用於線上監測所述軸承運行狀態的感測器(例如：溫度感測器、壓力感測器、轉速感測器等)的安裝和資料獲取。
經測試：本發明提供的槽式動壓氣體徑向軸承可實現1~3kg的載荷能力及200,000~450,000rpm的極限轉速，而現有的槽式動壓氣體徑向軸承只能實現0.5~1.5kg的載荷能力及100,000~200,000rpm的極限轉速；可見，本發明實現了槽式動壓氣體徑向軸承在較大載荷下的超高速領域的應用，相對於習知技術取得了顯著性進步。
最後有必要在此指出的是：以上內容只用於對本發明所述技術方案做進一步詳細說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域中具有通常知識者根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明的保護範圍。
1‧‧‧軸承外套
11‧‧‧止環
2‧‧‧軸承內套
22‧‧‧槽式花紋

Claims (6)

  1. 一種槽式動壓氣體徑向軸承，包括軸承外套和軸承內套，所述軸承內套的外圓周面和兩端面均具有規則形狀的槽式花紋，其中：所述軸承內套的一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱，以及外圓周面的槽式花紋的軸向輪廓線與兩端面的槽式花紋的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接；其特徵在於：其中軸承內套的外圓周面的槽式花紋中的軸向高位線與兩端面的槽式花紋中的徑向高位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向中位線與兩端面的槽式花紋中的徑向中位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向低位線與兩端面的槽式花紋中的徑向低位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接。
  2. 如請求項1所述的槽式動壓氣體徑向軸承，其中所述的槽式花紋為葉輪形狀。
  3. 如請求項1所述的槽式動壓氣體徑向軸承，其中所述的軸承內套與軸承外套間的配合間隙為0.003~0.008mm。
  4. 如請求項1或3所述的槽式動壓氣體徑向軸承，其中所述的軸承外套的兩端設有止環。
  5. 如請求項1或3所述的槽式動壓氣體徑向軸承，其中所述軸承外套的外圓周上具有同軸的通孔和凹孔，所述的通孔位於同軸的凹孔內。
  6. 如請求項4所述的槽式動壓氣體徑向軸承，其中所述軸承外套的外圓周上具有同軸的通孔和凹孔，所述的通孔位於同軸的凹孔內。
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