專利名稱：高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及靜壓氣體球軸承技術領域，為高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，適用于需重載、高剛度的精密重型機械、測量設備、大型空間結構的地面氣浮仿真設備等。
背景技術：
傳統(tǒng)結構的氣體軸承存在兩個主要的缺點一是供氣壓力低，承載力小，剛度低；二是穩(wěn)定性差，隨著供氣壓力的提高，軸承的動態(tài)特性隨之惡化，氣膜呈現負的動態(tài)阻尼，導致其失穩(wěn)。這兩方面的缺陷使得傳統(tǒng)結構的氣體軸承只能用于輕載精密支承，然而隨著現代尖端技術的發(fā)展，特別是航天工業(yè)中對大型衛(wèi)星進行整星級的全物理仿真試驗，其主要部件就是提供低摩擦環(huán)境能夠承受重載的氣體球軸承，如果采用傳統(tǒng)的低壓小包角供氣軸承，則球體直徑就需很大，這就增加了制造成本和難度。并且當軸承在亞音速工作時，隨供氣壓力的提高，承載能力隨之提高；當供氣壓力進一步提高，氣隙內出現超音速流動和負壓區(qū)，這時軸承的承載能力將大幅下降，甚至可能出現負的承載能力。因此，氣體軸承設計者常以軸承間隙內不出現超音速流動為氣體軸承工作參數的設計原則，即氣體軸承一定要工作于亞音速，在這樣的指導思想下，傳統(tǒng)結構的氣體軸承供氣壓力都較低，一般不大于6×105N/m2，極大的限制了它在重載領域的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，克服傳統(tǒng)氣體軸承受供氣壓力的限制，通過供氣塞流道形狀的優(yōu)化設計，減緩速度過快帶來的壓力損失，維持軸承承載區(qū)內的高壓。這種新結構的氣體軸承，沒有供氣壓力的限制，承載能力可以隨供氣壓力的提高成比例的提高。
本發(fā)明的技術方案是，高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，由球頭1、球窩2、供氣塞5、定位套6、固定塞7組成，在球窩2上設有單排或多排進氣孔道9、排氣均壓槽3、排氣孔4和排氣孔8，供氣塞5、定位套6和固定塞7裝配在進氣孔道9中，氣體經由其構成的流道進入軸承氣膜間隙，并提供支承力，與球頭1上作用的外載荷相平衡，供氣塞5由漸擴混合腔和進氣小孔10構成，球頭1和球窩2承載面的包角在120°～170°之間。所述的漸擴混合腔為曲面漸擴混合腔11或錐面漸擴混合腔12。進氣孔道9直徑為4~15mm，排氣孔4和排氣孔8的直徑為0.5~2mm。球頭1和球窩2承載面的包角在140°～160°的情況下工效較好。進氣孔道9為1～4排。排氣孔4和排氣孔8的數量分別為3～20個。本發(fā)明采用大包角閉式軸承的結構形式，球窩上加工單排或多排供氣孔道，沿供氣孔道裝配具有錐形或曲面形狀漸擴進氣的供氣塞，并且在軸承球窩工作表面合理分布著排氣槽和排氣孔，減緩了高壓下供氣孔道與氣膜過渡處壓力突降帶來的不利影響，保持軸承承載區(qū)內較高的平均壓力，達到提高軸承承載能力和穩(wěn)定性的目的。
本發(fā)明的有益效果是(1)由于采用大包角閉式結構，承載面積增大，從而極大的提高承載力。(2)供氣塞可方便拆卸，同時其流道結構和尺寸的改變可擴大軸承的適用范圍。(3)在高壓和大氣膜工作條件下，供氣孔道與氣膜過渡處壓力突降現象得到明顯改善，軸承承載區(qū)內保持較高平均壓力，承載能力遠大于傳統(tǒng)靜壓氣浮球軸承，提高約30～50％，并且承載能力可以隨供氣壓力的提高而提高。(4)排氣槽和排氣孔的設置增加了軸承的穩(wěn)定性。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承組件示意圖。
圖2是球窩2工作面示意圖。
圖3是具有曲面漸擴進氣的供氣塞的示意圖。
圖4是具有錐面漸擴進氣的供氣塞示的示意圖。
圖中，1、球頭，2、球窩，3、排氣均壓槽，4、排氣孔，5、供氣塞，6、定位套，7、固定塞，8、排氣孔，9、進氣孔道，10、進氣小孔，11、曲面漸擴混合腔，12、錐面漸擴混合腔。
具體實施例方式
如圖1～4所示，在球窩上開有單排或多排供氣孔道9，其中裝配有供氣塞5，定位套6，固定塞7，它們提供了工作介質流經的通道。同時，球窩表面還加工了排氣均壓槽3、排氣孔4和排氣孔8。
壓力為0.3～1.5MPa的氣體經由球窩進氣通道9中裝配的供氣塞5，定位套6和固定塞7構成的流道進入軸承氣膜間隙，并提供支承力，與球頭上作用的外載荷相平衡。由于供氣塞5上加工有曲面漸擴混合腔11和錐面漸擴混合腔12，在高壓和大氣膜工作條件下，曲面漸擴混合腔11和錐面漸擴混合腔12的設置和優(yōu)化設計使供氣孔10出口與氣膜間隙過渡處壓力突降現象得到明顯改善，軸承承載能力明顯提高。
軸承工作過程中，間隙中的氣體從三處排出其一，與傳統(tǒng)氣浮球軸承一樣，從上部軸承間隙與外界環(huán)境大氣相接處流出；其二，氣體從球窩上部均壓槽3的排氣孔4流出，其三，從球窩底部的排氣孔8流出。排氣均壓槽和排氣小孔的設置提高了軸承的穩(wěn)定性。
權利要求
1.高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，其特征在于，由球頭(1)、球窩(2)、供氣塞(5)、定位套(6)、固定塞(7)組成，在球窩(2)上設有單排或多排進氣孔道(9)、排氣均壓槽(3)、排氣孔(4)和排氣孔(8)，供氣塞(5)、定位套(6)和固定塞(7)裝配在進氣孔道(9)中，氣體經由其構成的流道進入軸承氣膜間隙，并提供支承力與球頭(1)上作用的外載荷相平衡，供氣塞(5)由漸擴混合腔和進氣小孔(10)構成，球頭(1)和球窩(2)承載面的包角在120°～170°之間。
2.根據權利要求1所述的高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，其特征在于，所述的漸擴混合腔為曲面漸擴混合腔(11)。
3.根據權利要求1所述的高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，其特征在于，所述的漸擴混合腔為錐面漸擴混合腔(12)。
4.根據權利要求1所述的高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，其特征在于，所述的進氣孔道(9)直徑為4~15mm，排氣孔(4)和排氣孔(8)的直徑為0.5~2mm。
5.根據權利要求1所述的高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，其特征在于，所述的球頭(1)和球窩(2)承載面的包角在140°～160°之間。
6.根據權利要求1或4所述的高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，其特征在于，所述的進氣孔道(9)為1～4排。
7.根據權利要求1或4所述的高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，其特征在于，所述的排氣孔(4)和排氣孔(8)的數量分別為3～20個。
全文摘要
本發(fā)明涉及高壓大包角跑合型多孔變截面閉式氣浮球軸承，由球頭、球窩、供氣塞、定位套、固定塞組成，在球窩上設有單排或多排進氣孔道、排氣均壓槽、排氣孔和排氣孔，供氣塞、定位套和固定塞裝配在進氣孔道中，氣體經由其構成的流道進入軸承氣膜間隙，并提供支承力，與球頭上作用的外載荷相平衡，供氣塞由曲面漸擴混合腔或錐面漸擴混合腔和進氣小孔構成。本發(fā)明的有益效果是承載面積增大，極大的提高承載力。供氣塞可方便拆卸，在高壓和大氣膜工作條件下，供氣孔道與氣膜過渡處壓力突降現象得到明顯改善，承載能力遠大于傳統(tǒng)靜壓氣浮球軸承，適用于需重載、精密重型機械、測量設備、大型空間結構的地面氣浮仿真設備等。
文檔編號F16C32/06GK101055000SQ200710010539
公開日2007年10月17日 申請日期2007年3月3日 優(yōu)先權日2007年3月3日
發(fā)明者王祖溫, 馬文琦, 孫昂 申請人:大連海事大學