[发明专利]一种主动式轴型组合空气轴承

说明书

本发明公开了一种主动式轴型组合空气轴承，包括外轴承座、内轴承座、滚轴和若干滚珠，内轴承座包括外滚珠轴座、内空气轴座和延长同轴座，延长同轴座一端连接有驱动电机。在滚轴启动转动的同时，驱动电机开始转动，但是驱动电机的转动方向和滚轴的转向相反，提高了滚轴的起飞的相对转速，让箔片环中滚轴更快且在更低转速下起飞，在滚轴起飞后转速逐渐升高时，驱动电机逐渐减速并反向转动，降低滚轴和内轴承座之间相对转速，原先的转轴最高转速减去内轴承座的同向转速，即是转轴相对与内轴承座的实际相对转速，减少了转轴和内轴承座之间的相对摩擦以及发热，减少磨损损耗，提高整体产品的使用寿命和质量。

技术领域

本发明涉及使用箔片式轴承的技术领域，具体地为一种主动式轴型组合空气轴承。

背景技术

空气轴承在工业领域中有着广泛地应用。常规的机械接触式滚动轴承转速越高，对轴承精度，润滑等要求越高，使用寿命越短。空气轴承把主轴在空气中悬浮起来，没有机械接触，使用清洁空气作为润滑剂，磨损程度降到了最低，因而其可以提供极高的径向和轴向旋转精度，在高速、低摩擦、高温、低温及有辐射性的场合，显示了独具的优越性。

但是，空气轴承在不同应用工况中起飞转速和最高转速都是需要面临的挑战。起飞转速越高，箔片与轴之间接触磨损概率也越高。同样，最高转速越高，轴承摩擦损失也越高，轴承发热量也越大。

发明所要解决的问题

空气轴承在起飞时需要的转速较高，在轴开始旋转一直到起飞之前，轴与周围的箔片相互接触，持续的高速摩擦会产生大量的热量，同时轴和箔片即使表面涂有耐磨材料，轴和箔片仍然会出现磨损的现象。热量和磨损是引起失效的因素中占比较大的项目，需要从结构设计、材料、工艺等方面控制轴和箔片的发热及磨损。

空气轴承在起飞后虽然是在气膜的包裹下运动，与箔片没有接触，但高速的轴与高速的气膜仍然会发生摩擦，高速的气膜与轴承也仍然会发生摩擦，根据轴承摩擦引起的功率损失公式可以得到，轴承的功率损失与轴承的总摩擦力矩和转速呈正相关，在这两个因素中，控制转速相对于控制总摩擦力矩更为容易。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有的箔片轴承易损坏的问题，提供了一种通过结合箔片轴承、滚珠和电机来使箔片轴承的轴承座转动起来，达到箔片环中滚轴更快且在更低转速下起飞、高转速的滚轴与低速旋转的内轴承座同向旋转，降低了转轴的实际相对转速，减少了转轴和内轴承座之间的相对摩擦和发热，减少磨损损耗，提高整体产品的使用寿命和质量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种主动式轴型组合空气轴承，包括外轴承座、内轴承座、滚轴和若干滚珠，所述内轴承座包括外滚珠轴座、内空气轴座和延长同轴座，各滚珠处于外轴承座和外滚珠轴座之间，所述内空气轴座内壁上设有箔片环，所述滚轴处于箔片环内，所述延长同轴座一端连接有驱动电机。在滚轴启动转动的同时，驱动电机开始转动，但是驱动电机的转动方向和滚轴的转向相反，带动内轴承座反向转动，此时滚轴和内轴承座的相对转速，是两者的速度相加，这样提高了滚轴的起飞的相对转速，滚轴内的气膜在两个方向相反的作用力下其气体外圈层跟随内空气轴座旋转，内圈层跟随滚轴旋转，气体间相对流速变快（气膜流动需额外特别设计，以确保气膜能稳定工作并确保气膜内能耗受控），静压增大，可以让箔片环中滚轴更快且在更低转速下起飞，在滚轴起飞后转速逐渐升高时，驱动电机逐渐减速并反向转动，即可在滚轴高速旋转动时，驱动内轴承座和滚轴保持同向旋转，中高转速的滚轴与低速旋转的内轴承座同向旋转，以此来达到降低滚轴和内轴承座之间相对转速，原先的转轴最高转速减去内轴承座的同向转速，即是转轴相对与内轴承座的实际相对转速，减少了转轴和内轴承座之间的相对摩擦以及发热，减少磨损损耗，提高整体产品的使用寿命和质量。

作为优选，所述驱动电机包括电机转轴和电机定子，所述延长同轴座和电机转轴连接。

作为优选，所述驱动电机启动阶段：电机转轴转动方向与滚轴转动方向相反，滚轴起飞稳定后：电机转轴逐渐减速并反向旋转，和滚轴转动方向相同。