[发明专利]高压大包角跑合型多孔变截面闭式气浮球轴承

说明书

技术领域

本发明涉及静压气体球轴承技术领域，为高压大包角跑合型多孔变截面闭式气浮球轴承，适用于需重载、高刚度的精密重型机械、测量设备、大型空间结构的地面气浮仿真设备等。

背景技术

传统结构的气体轴承存在两个主要的缺点：一是供气压力低，承载力小，刚度低；二是稳定性差，随着供气压力的提高，轴承的动态特性随之恶化，气膜呈现负的动态阻尼，导致其失稳。这两方面的缺陷使得传统结构的气体轴承只能用于轻载精密支承，然而随着现代尖端技术的发展，特别是航天工业中对大型卫星进行整星级的全物理仿真试验，其主要部件就是提供低摩擦环境能够承受重载的气体球轴承，如果采用传统的低压小包角供气轴承，则球体直径就需很大，这就增加了制造成本和难度。并且当轴承在亚音速工作时，随供气压力的提高，承载能力随之提高；当供气压力进一步提高，气隙内出现超音速流动和负压区，这时轴承的承载能力将大幅下降，甚至可能出现负的承载能力。因此，气体轴承设计者常以轴承间隙内不出现超音速流动为气体轴承工作参数的设计原则，即气体轴承一定要工作于亚音速，在这样的指导思想下，传统结构的气体轴承供气压力都较低，一般不大于6×10⁵N/m²，极大的限制了它在重载领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压大包角跑合型多孔变截面闭式气浮球轴承，克服传统气体轴承受供气压力的限制，通过供气塞流道形状的优化设计，减缓速度过快带来的压力损失，维持轴承承载区内的高压。这种新结构的气体轴承，没有供气压力的限制，承载能力可以随供气压力的提高成比例的提高。

本发明的技术方案是，高压大包角跑合型多孔变截面闭式气浮球轴承，由球头1、球窝2、供气塞5、定位套6、固定塞7组成，在球窝2上设有单排或多排进气孔道9、排气均压槽3、第一排气孔4和第二排气孔8，供气塞5、定位套6和固定塞7装配在进气孔道9中，气体经由供气塞5构成的流道进入轴承气膜间隙，并提供支承力，与球头1上作用的外载荷相平衡，供气塞5由渐扩混合腔和进气小孔10构成，球头1和球窝2承载面的包角在120°～170°之间。所述的渐扩混合腔为曲面渐扩混合腔11或锥面渐扩混合腔12。进气孔道9直径为4~15mm，第一排气孔4和第二排气孔8的直径为0.5~2mm。球头1和球窝2承载面的包角在140°～160°的情况下工效较好。进气孔道9为1～4排。第一排气孔4和第二排气孔8的数量分别为3～20个。

本发明采用大包角闭式轴承的结构形式，球窝上加工单排或多排供气孔道，沿供气孔道装配具有锥形或曲面形状渐扩进气的供气塞，并且在轴承球窝工作表面合理分布着排气槽和排气孔，减缓了高压下供气孔道与气膜过渡处压力突降带来的不利影响，保持轴承承载区内较高的平均压力，达到提高轴承承载能力和稳定性的目的。

本发明的有益效果是：(1)由于采用大包角闭式结构，承载面积增大，从而极大的提高承载力。(2)供气塞可方便拆卸，同时其流道结构和尺寸的改变可扩大轴承的适用范围。(3)在高压和大气膜工作条件下，供气孔道与气膜过渡处压力突降现象得到明显改善，轴承承载区内保持较高平均压力，承载能力远大于传统静压气浮球轴承，提高约30～50％，并且承载能力可以随供气压力的提高而提高。(4)排气槽和排气孔的设置增加了轴承的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是高压大包角跑合型多孔变截面闭式气浮球轴承组件示意图。

图2是球窝2工作面示意图。

图3是具有曲面渐扩进气的供气塞的示意图。

图4是具有锥面渐扩进气的供气塞示的示意图。

图中，1、球头，2、球窝，3、排气均压槽，4、第一排气孔，5、供气塞，6、定位套，7、固定塞，8、第二排气孔，9、进气孔道，10、进气小孔，11、曲面渐扩混合腔，12、锥面渐扩混合腔。

具体实施方式

如图1～4所示，在球窝上开有单排或多排供气孔道9，其中装配有供气塞5，定位套6，固定塞7，它们提供了工作介质流经的通道。同时，球窝表面还加工了排气均压槽3、第一排气孔4和第二排气孔8。

压力为0.3～1.5MPa的气体经由球窝进气通道9中装配的供气塞5，定位套6和固定塞7构成的流道进入轴承气膜间隙，并提供支承力，与球头上作用的外载荷相平衡。由于供气塞5上加工有曲面渐扩混合腔11和锥面渐扩混合腔12，在高压和大气膜工作条件下，曲面渐扩混合腔11和锥面渐扩混合腔12的设置和优化设计使供气孔10出口与气膜间隙过渡处压力突降现象得到明显改善，轴承承载能力明显提高。

轴承工作过程中，间隙中的气体从三处排出：其一，与传统气浮球轴承一样，从上部轴承间隙与外界环境大气相接处流出；其二，气体从球窝上部均压槽3的第一排气孔4流出，其三，从球窝底部的第二排气孔8流出。排气均压槽和排气小孔的设置提高了轴承的稳定性。