專利名稱：旋轉式空氣軸承及其制造方法
背景技術：
本發(fā)明一般地涉及軸承，特別是涉及旋轉式空氣軸承及其制造方法。
在某些設備中，轉子以非常高的速度旋轉而仍然具有相當高的精度。例如，計算機磁盤驅動器上的磁盤高速旋轉以便快速存貯和檢索信息，但是磁盤也必須真正軸向和徑向運轉。的確，磁盤的運動必須基本上不存在非重復的振擺和運動誤差(擺動)。這樣保證磁盤上的磁道精確地保持在同一位置，并且防止讀磁盤的磁頭刮傷磁盤。光學掃描器的旋轉鏡面同樣高速旋轉并具有很高的精度。陀螺中的轉子也是同樣。
一般來說，滾珠軸承適應這類設備的要求。但是隨著這類設備的運行速度和精度增高，滾珠軸承滿足這些要求的能力下降。用于滾動的典型滾珠軸承包括內(nèi)座圈、外座圈和位于內(nèi)外座圈之間的球形滾動元件。當一個座圈相對于另一個座圈轉動時，滾珠沿著兩個座圈上的滾道滾動。滾動接觸使磨擦保持最小。即便如此，滾珠和滾道的幾何不精確性可表現(xiàn)為以轉速的非整體部分發(fā)生的運動，從而不適合于補償。這不利于這種設備的運轉。而且，它們會引起振動，這當然是不利的。加之滾珠軸承需要潤滑劑，潤滑劑可能會進入一些區(qū)域中。在這些區(qū)域中，潤滑劑將對設備的運轉產(chǎn)生不利影響。
所謂的空氣軸承或氣體軸承適合于非常高的速度并具有相當高的精度，而且能克服滾珠軸承的主要缺點。在這個意義上，它十分適合高速設備，如磁盤驅動器和光學掃描器，但空氣軸承不受這類設備制造商的歡迎，因為這類軸承的制造要求十分嚴格的配合公差，并且保持這些配合公差的費用較高。
典型的空氣軸承包括一個軸和一個套筒，其中一個相對于另一個轉動。有時一個小電機被結合到軸和套筒中以實現(xiàn)該轉動。軸和套筒具有配合表面，它們在軸承運行期間被一薄層空氣所分離。因此，該配合表面相互不接觸，并且基本上不存在阻礙轉動的磨擦。氣膜的空氣可以來自外部氣源(流體靜力學)或來自轉動本身(流體動力學)。以后一種原理運轉的軸承一般具有槽，以提高與推力有關的相對表面之間的空氣間隙的壓力。這種軸承被稱為動壓空氣軸承。
在一種結構中，動壓空氣軸承具有與推力有關的相對的圓錐表面，從每端向軸承的中間區(qū)逐漸變細。實際上這兩個錐面將套筒鎖位在軸上，但是這將帶來制造問題。在這方面，軸的圓錐形區(qū)域通常是分開制造然后裝配在套筒里的。因為兩個圓錐區(qū)不是同心加工而成的，當裝配在套筒中時它們的軸可能不是像所必須的那樣精確地重合。在運行中這將產(chǎn)生誤差。還存在保持圓度及軸和套筒的配合圓錐面之間的一致性的常見問題，更不用說保持50-100微英寸量級上的均勻空氣隙。
這些要求需要精密的加工和磨削，甚至還需要反映在這種軸承價格上的精研，這使得空氣軸承比普通的滾珠軸承昂貴得多。所以大多數(shù)高速設備采用常規(guī)的滾珠軸承。
本發(fā)明屬于具有相對(opposed)圓錐表面的空氣軸承，其中一個錐形表面位于沿另一個表面模制的一個部件上，然后與該另一個表面稍稍分開。本發(fā)明也屬于軸承的制造方法，這種方法包括提供內(nèi)部構件和外部構件，其中之一有圓錐表面，用這些圓錐表面構造并為位于兩個構件之間、并粘結到另一構件上的襯里提供相適應的圓錐表面。實際上襯里是由一種被注入內(nèi)部構件和外部構件之間的流動襯里材料得來的。但是在這種襯里材料被注入之前，從圓錐表面被軸向移動的意義上說，一個構件上的圓錐表面被變形。這種變形可以通過在其彈性限度內(nèi)壓縮一個構件來實現(xiàn)，或者通過在該圓錐表面上施加一個涂層來實現(xiàn)。一旦襯里材料固化，變形就消失，在一個構件的錐形表面和襯里上的相似錐形表面之間留下一個微小的空氣隙。具有圓錐表面的構件或沿著它們的圓錐表面的襯里表面具有用于抽吸空氣的槽，從而保持空氣隙的普遍均勻。本發(fā)明的要素也在于此后描述的和權利要求中要求保護的零件和配置以及零件的組合。
附圖的簡要描述在構成說明書一部分的附圖中同樣的數(shù)字和字母表示同樣的零件。


圖1是按照本發(fā)明構造的并體現(xiàn)本發(fā)明的空氣軸承剖去一部分后的透視圖；圖2是軸承的軸的正視圖；圖3是軸承的套筒的剖視圖；圖4是軸的破裂區(qū)域的局部放大正視圖；圖5是樹脂被注入套筒和軸之間構成襯里后的套筒和軸的剖視圖；圖6是一種改進的空氣軸承部分剖去后的透視圖；圖7是這種改進的軸承的套筒和襯里的縱向剖面圖；圖8是其錐形表面被涂覆的改進軸承的軸的正視圖；圖9是這種改進軸承的軸的正視圖，該改進軸承的圓錐表面有用感光性樹脂和掩膜覆蓋的涂層；圖10是這種改進軸承的軸的正視圖，該改進軸承的感光性樹脂已經(jīng)被顯現(xiàn)(developed)，以暴露基礎涂層的某些區(qū)域，并且對基礎涂層的暴露區(qū)域施加另一涂層；圖11是在樹脂被注入套筒和軸之間構成襯里之后，這種改進軸承的套筒和軸的剖視圖。
相應的附圖標記將用于整個附圖的若干個圖中。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式參考附圖，一種動壓空氣軸承A(圖1)包括一個固定軸2和一個旋轉套筒4，旋轉套筒4繞軸2安裝，它在軸2上繞X軸旋轉，X軸是軸2和套筒4的共有軸。軸2構成軸承A的內(nèi)部構件，而套筒4是外部構件。套筒4具有與之結合的低摩擦襯里6，襯里6向內(nèi)朝向軸2，這樣在襯里6和軸2之間存在一個小空氣隙g。軸承A還可包含一個電機8，給電機8通電時，它將力矩傳遞給套筒4，使套筒4繞X軸高速轉動。轉動期間，空氣隙g中的空氣被壓縮并使固定軸2與旋轉套筒4和襯里6分開，因此軸承A中基本上不存在摩擦。形成氣膜所必需的空氣來自旋轉本身，換句話說，軸承A作為迫使空氣進入空氣隙g的泵?？諝庥泻艿偷恼硿浴翢o疑問小于最薄的油膜—所以套筒4的旋轉十分自由。軸承A以相當高的精度運轉，相對X軸只有極小的徑向和軸向偏移。當然，它的精度超過滾珠軸承所能達到的精度。軸承A攜帶一個載荷，如磁盤或多面鏡。
軸2用可淬火鋼如440C制成，并且分成兩個軸段10和12，它們用螺栓或機制螺釘14牢固地固定在一起(圖2)?；旧舷嗤妮S段10和軸段12沿切斷線或斷裂線16鄰接。軸段10和軸段12各有一個朝斷裂線逐漸變小的圓錐形表面18，由兩個表面18構成的圓錐形包絡面沿X軸最好有一個共同的頂點。軸段10和軸段12的圓錐形表面18被一個圓柱形中間表面20分開，圓柱形中間表面20之外在臨近軸段10的圓錐形表面18開有一個開槽22。斷裂線16位于開槽22內(nèi)。在軸段10和軸段12的相對端或大端有圓柱形心軸24，它們沿軸向位于圓錐形表面18的端部之外。
軸2也有一個通孔26(圖2)，它軸向地伸展于兩個心軸24之間并且的確開在軸2的兩端之外的心軸上?？?6的軸同樣與X軸重合，孔26裝有用來將兩軸段10和12牢固地固定在一起的螺釘14。在斷裂線16的圓周上等距離間隔的4個徑向孔28伸展于孔26和開槽22之間?？?8有利于斷裂線16的形成和兩軸段10、12沿斷裂線的角向(angularly)對齊。此外，兩個心軸24包含有定向裝置，如徑向穿過心軸端面的切口30。切口30也用于使兩軸段10和12相互正確地角向定位。最后，軸2具有開于其圓錐形表面18的螺旋槽32，它相當淺，其深度約為100-300微英寸。螺旋槽32一直伸展到圓錐形表面18大端端部，但是其終點不到小端，所以在螺旋槽32末端與圓柱形中間表面20之間的錐形表面18上有連續(xù)的或光滑的截頭圓錐面34。當套筒4和襯里6繞軸2旋轉時，槽36用作壓縮空氣隙g中的空氣，特別是繞截頭圓錐面34區(qū)域中的空氣。
套筒4以兩個軸向對準部分36及38(圖3)的形式用重量輕的堅固材料如鋁制成，兩個軸向對準部分36和38用適當?shù)膴A緊裝置固定到一起。套筒4具有向內(nèi)朝向X軸的圓錐表面40，圓錐表面40向位于它們之間的空隙腔42逐漸變小，當這兩部分36和38分開時，空隙腔42是可進入的。空隙腔42裝有電機8。在圓錐表面40相對的兩端開有淺的端孔44，端孔44又開在套筒4的端面上。套筒4的圓錐表面40，就其錐度而論，與軸2的圓錐表面18一致，但稍稍大一點。的確，套筒4的圓錐表面36在軸2的圓錐表面18之外0.025到0.050英寸，最好約為0.030英寸。這個空間遠超過空氣隙g的大小。圓錐表面40被加工在套筒4的里面，但這種加工只要求中等精度，當然沒有常規(guī)空氣軸承配合表面所要求的精度。
低摩擦的襯里6(圖1)粘接在套筒4的圓錐表面40上并占據(jù)了該表面和軸2的圓錐表面18之間的大多數(shù)空間。它也有與軸2的圓錐表面18的錐度一致的圓錐表面46，仍稍稍離開圓錐表面18，所以在襯里6的圓錐表面44和軸2的圓錐表面18之間有很小的間隙。這些間隙構成空氣隙g，其徑向尺寸應當在30-100微英寸之間，最好是50微英寸。
襯里6來自應能以塑性狀態(tài)或流動狀態(tài)施加的復制劑(replicant)。通常，復制劑是環(huán)氧樹脂。它應當能牢固地粘在套筒4的材料上。而且，它應當真實地復制或重現(xiàn)任何它被注入或被澆注在其上的表面。它固化時收縮很小。一旦固化，當它與光滑的鋼表面接觸時，特別是與軸2的圓錐表面18接觸時應當有很低的摩擦系數(shù)。德國Moenchengladbach的Diamant Metallplastic GmbH公司銷售的MOGLICE牌樹脂具有所需要的特性，適合于制造襯里6。
電機8，可以是無刷直流電機，安裝在軸2的中間表面20上，并位于套筒4的空隙腔40里。電機8的電能輸送線從軸2的孔26中通過。當加上電能時，電機8對套筒4產(chǎn)生力矩，使套筒4繞軸2旋轉。
開始，給電機8加電能后，樹脂襯里6的圓錐表面46貼著軸2的圓錐表面18移動，但是，樹脂的低摩擦系數(shù)適應這種滑動接觸。當套筒4加速時，它壓縮空氣隙g中的空氣，特別是襯里6的圓錐表面46和軸2的圓錐表面18上的截頭圓錐表面34之間區(qū)域中的空氣。在空氣隙g的整個圓周的空氣隙g中形成一層空氣層，實際上，套筒4及其襯里6浮在空氣隙g中的氣墊上。由于相對的圓錐表面46和18被一層空氣層所分開，套筒4和軸2之間基本上不存在摩擦，粘滯性特別低的空氣幾乎不阻礙旋轉運動。套筒4自由地旋轉。
為了制造軸2，棒料被大體上車成軸2的最終形狀，全部在一次加工安裝中完成，這包括制造圓錐表面18、中間表面20、開槽22和心軸24，全部做為單一結構或整體結構(圖2)。此外，在軸2上車出一個小切口或劃痕48(圖4)，最好是在開槽22兩端之間的中間基底上車出銳角的V形切口或劃痕。劃痕48在軸2的最小橫截面上產(chǎn)生一個應力集中。接下來，鉆中心通孔26和徑向孔28。隨后，對加工過的軸2進行熱處理，使其變硬和變得非常脆。
套筒4也同樣加工或用其他方法用合適的材料如鋁合金制成，基本上制成它的最終形狀(圖3)。然后磨削其端面和外表面。套筒4的圓錐表面40應進行粗加工。以產(chǎn)生與襯里6的強力粘接。
在機加工和熱處理之后，軸2以整體形式存在，這顯然不適合裝入套筒4中。所以，軸2的最終形式是用螺釘14連接在一起的兩軸段10和12。當使兩軸段10和12分開時，它們被裝入套筒4的兩端中并在套筒4中相鄰接，因此呈分開前的形狀。
軸2的分離用工具來實現(xiàn)，它對軸2施加一個拉力，該力軸向加在軸2上。為達此目的，一個簡單的拉力試驗器就足夠了。拉力使軸2在其最薄弱的橫截面，即在開槽22的劃痕48處斷裂。斷裂在開槽22處的軸2的整個圓周上產(chǎn)生斷裂線16。實際上斷裂線16表示一個界面，在此界面處兩軸段10和12完美地拼合。一股氣流吹過表示斷裂線16的表面以去掉由于斷裂產(chǎn)生的任何微粒。由于熱處理帶給鋼的脆性，斷裂使在斷裂線16的區(qū)域中產(chǎn)生的軸2的塑性變形很小。這樣，當兩軸段10和12在斷裂線處被連接到一起時，軸2基本上具有它整體狀態(tài)時所具有的形狀。
在機加工和熱處理之后的軸2被斷裂成兩軸段10和12之后，軸段10和12被軸向和角向對準并連接在一起。為此，在心軸24端部的開口30用做參考標記，以利于角向對準，沿斷裂線16的徑向孔28也是如此。螺釘14通過孔26插入并緊固，將兩軸段10和12整齊地固定在一起，而不產(chǎn)生明顯的彈性變形。這種條件下，磨削兩軸段10和12上的錐表面18以保證這些表面18是理想的圓。的確，磨削帶給表面18的非圓度不應大于約10微英寸。磨削還保證兩個圓錐面18同軸。同時，一種脫型劑施加在兩軸段10和12的圓錐面18上。這種物質應防止構成襯里的樹脂粘接到軸2的圓錐面18上。
現(xiàn)在，兩軸段10和12再一次分開并插入套筒4的相對兩端中。在套筒4中，兩軸段10和12被軸向對準，并借助于心軸24里的徑向開口30，它們進一步被角向對準。為了將軸段10和軸段12固定在一起，螺釘14再次裝入孔26中，并且這次固緊以給兩個心軸24的端部施加一個夾緊力，以便使兩軸段10和12在套筒4內(nèi)被強行合成一體。另一方面，夾緊力可以由外部裝置施加。夾緊力相當大并在軸2的彈性范圍內(nèi)壓縮軸2，這樣使軸2變形到使軸段10的圓錐面18趨向軸段12的圓錐面18并可能使圓錐面18徑向稍稍膨脹。用固定軸2的工具使軸2相對于套筒4進一步對中，以便軸2的圓錐面18與套筒4的圓錐面36同軸。在相對的圓錐面18和36之間存在一個相當大的徑向間隙。
然后，當軸2保持在相當大的壓縮狀態(tài)下時，用以構成襯里6的流動樹脂被注入由相對的圓錐面18和36所限定的環(huán)形空間中(圖5)。流動樹脂充滿該空間并能固化，隨后它變硬并粘接到套筒4的圓錐面40上以便襯里6相對于套筒4呈現(xiàn)在一個固定的位置。
一旦樹脂固化，夾緊力被釋放，于是軸2軸向膨脹，由于這個膨脹，軸2的圓錐表面18從襯里6后退，給襯里6留下一個實際上就是其圓錐面46的配合面。的確，圓錐面46忠實地復制了圓錐面18。由于脫型劑的緣故，襯里6不會粘接到軸2的圓錐表面18上。收縮僅僅足以在軸2的圓錐表面18和襯里6的圓錐面44之間產(chǎn)生空氣隙g。
在這時候，夾緊螺釘14完全從軸2中抽出，兩軸段10和12再一次被分開，每個軸段被從套筒4的端部取出。隨后，在兩軸段10和12的圓錐面18上用常規(guī)銑床、激光銑床或蝕刻加工出螺旋槽32。其后，電機8的轉動部分被裝入套筒4，軸2的軸段12被安裝在套筒4和電機8的靜止部分里。然后兩軸段10和12在套筒4內(nèi)被重新連接到一起(圖1)。再一次采用開口30來保證正確的角度對準。螺釘14通過孔26裝入并擰緊，以提供剛好足以將兩軸段10和12牢固地固定在一起、但是還不足以明顯地壓縮兩軸段10和12的夾緊力。結果，軸2的圓錐表面18與襯里6的圓錐面46稍稍分離開，這個空間形成對軸承A運轉至關重要的空氣隙g。
產(chǎn)生空氣隙g的變形不必是來自軸的軸向壓縮，而可以從對流動樹脂注入其間以形成襯里6的兩個圓錐表面之一施加的臨時涂層獲得。同樣用于壓縮空氣隙g中的空氣的螺旋槽32也不必位于軸上，而可以位于粘接在套筒上的襯里中。以上的改變體現(xiàn)在改進的動壓空氣軸承B中(圖6)及其制造方法上。
空氣軸承B(圖6和7)包括一個軸72和一個套筒74，以及一個粘接于套筒74上的襯里76。它還包括一個轉動套筒74的電機78。所有這些都十分類似于軸承A中的對應物。然而，螺旋槽32位于襯里76內(nèi)而不是軸2的兩軸段10和12上，截頭圓錐面34也是如此，它們沿襯里76的表面46伸展。的確，螺旋槽32一直伸展到襯里76的大端，而截頭圓錐面34位于靠近襯里76的縮小部分。另一方面，軸72的兩軸段10和12的整個圓錐面18是光滑的。空氣隙g位于軸72的光滑圓錐面18和襯里76的開槽的圓錐面46之間。
給電機78通電后，它對套筒74產(chǎn)生力矩，使套筒74轉動。起初，由于襯里76的圓錐表面46靠在軸72的圓錐表面18上，套筒74靜止在軸72上。旋轉幾圈之后，襯里76上所開的螺旋槽32在圓錐面18和46之間吸入足夠的空氣，使這些表面完全分開，這使空氣隙具有普遍均勻的厚度。實際上套筒74在空氣墊上轉動，基本上沒有摩擦，而且風阻也很小。
軸72是用棒料車削而成，其材料應能經(jīng)受其后的處理而不變形。大多數(shù)情況下采用不銹鋼。軸72在一次加工安裝中被車削成所需形狀并且是一個整體件。這樣，它的兩軸段10和12連接于環(huán)形開口22處。然而，這時它的圓錐面18并沒有磨削或車削到它們的最終尺寸。而軸72在這時在環(huán)形開口22處被斷裂，產(chǎn)生一個將兩軸段10和12分開的斷裂線16。其生產(chǎn)過程與關于軸2討論過的生產(chǎn)過程基本相同。在軸2斷裂之后，它的兩軸段10和12被對準并用機制螺釘14固定在一起，機制螺釘14經(jīng)軸72的孔26伸出。當適當?shù)財Q轉螺母或螺釘14以將兩軸段10和12牢固地固定在一起時，不必擰緊到足以對軸72產(chǎn)生明顯的壓縮。這種條件下，沿其圓錐面18磨削或車削軸72，使圓錐面18具有要求的尺寸和錐度，并使圓錐面18確實環(huán)繞它們的沿著X軸方向的中心。
一旦軸72的圓錐面18經(jīng)過精加工，它們被覆蓋一層暫時粘于其上的涂層80(圖8)。這時涂層80的厚度均勻并等于成品軸承B的理想空氣隙的厚度。徑向測量應當在30-100微英寸的范圍內(nèi)。
實際上，涂層80使圓錐面18變形，使它們軸向靠攏，與促使其圓錐面18匯聚的軸2的軸向壓縮非常類似。涂層80是可以浸漬操作中涂覆(dipping operation)的化學鍍鎳層(EN)。對應于電鍍，它被稱作化學鍍?；瘜W鍍鎳層及其涂覆工藝已存在多年。
下一步，用一層均勻的感光性樹脂薄層82涂覆在軸72的每個圓錐面18上的薄涂層80(圖9)。然后烘烤感光性樹脂使之變硬。變硬的感光性樹脂薄層82又被不透光的掩膜84所覆蓋(圖9)。實際上覆蓋每個圓錐面18的掩膜84并不覆蓋該圓錐面上的全部感光性樹脂層82。它不覆蓋圓錐面18的大端上的某些區(qū)域86，這些區(qū)域86在大小和范圍上相應于襯里76在其大端最終將包含的螺旋槽。感光性樹脂薄層82和掩膜84都在無光的情況下被涂覆，或者至少是沒有波長和密度能夠導致感光性樹脂薄層82發(fā)生化學反應的光。
隨后，使軸72暴露在感光性樹脂薄層82對其波長和密度敏感的光下。未覆蓋的暴露區(qū)86發(fā)生化學變化，該化學變化使它們可溶于研制者公知的某些化學物質。經(jīng)光照后掩膜84被除去，而感光性樹脂薄層82被暴露。這樣除去了暴露在光下的區(qū)域86中的感光性樹脂薄層82部分，但是間隔地留下剩余的感光性樹脂薄層82部分。這樣，感光性樹脂薄層82包含條狀的裸露區(qū)86，它在大小和位置上相應于最終出現(xiàn)在襯里76上的螺旋槽。
現(xiàn)在把另一層涂層88(圖10)施加于軸72的圓錐面上的涂層80之上，這個涂層88可與涂層80相同。在化學鍍鎳(EN)的情況下，再次把軸72浸漬在能夠在軸72上沉積涂層88的溶液中。然而，涂層88只在不被感光性樹脂層82覆蓋的區(qū)域86中附著在基底涂層80上，它并不附著到感光性樹脂層82本身上。浸漬繼續(xù)到第二涂層88的厚度相應于襯里76上的螺旋槽32的要求深度，即應為75-300微英寸時為止。
當達到第二涂層88的所需厚度時，通過使剩余的感光性樹脂層82暴露在光下，并顯現(xiàn)它們，完全消除剩余的感光性樹脂層82，這樣顯露出基礎涂層80。第二層涂層88采取從基礎涂層80上突起的肋條90的形式(圖11)，并表示襯里76最終包含的螺旋槽32的真實反向。在覆蓋圓錐面18的涂層80和88的上面對軸72施加脫型劑。
然后從軸72中取出機制螺釘14，軸72的兩軸段10和12在斷裂線處16處分開。隨后軸72被重新裝入套筒74中，它的兩軸段10和12被插入套筒74的相對兩端中。在那里兩軸段10和12被對準并被重新通過孔26而插入軸72中的機制螺釘14夾緊到一起。再一次擰緊螺釘14上的螺母，以便牢固地將兩軸段10和12固定在一起，施加在螺母上的力矩大體上等于斷裂之后，精加工之前施加在它上面的力矩。
現(xiàn)在裝配好的軸72在滾筒74內(nèi)被對中，并且套筒74和軸72彼此之間相對牢固的固定在一起，以致軸72的圓錐面上的涂層80與滾筒74的圓錐面46之間的環(huán)形空間在繞整個軸72的寬度上是普遍均勻的。接著，適于產(chǎn)生一個制模劑的流動樹脂被注入環(huán)形空間中(圖11)。樹脂在環(huán)形空間中固化，并且固化時粘接到套筒74的圓錐面46上。軸72上的涂層80和88上面的脫型劑防止樹脂粘接到涂層80和88上。當然，樹脂形成固體以構成襯里76。
一旦樹脂固化，從軸72中取出機制螺釘14，從套筒74和現(xiàn)在已牢固地粘在套筒74上的襯里76中取出兩軸段10和12。由于襯里76貼著覆蓋套筒72的圓錐面18的涂層80和88上，因此它具有與圓錐面18一致的圓錐面46。的確，貼著涂層80形成的區(qū)域中的表面46具有截頭圓錐面36，在第二涂層88上面形成的區(qū)域中的表面46包含有螺旋槽32。
從套筒74中的襯里76中取出軸72之后，軸72被浸泡在易于腐蝕涂層80和88的腐蝕劑中，但是該腐蝕劑不腐蝕制造軸72的不銹鋼。涂層80和82是化學鍍鎳層時，硝酸將是合適的腐蝕劑。
涂層80和88在腐蝕劑中消除后，軸72的機加圓錐面18重新顯露出來。這樣，軸72又回到其圓錐面18剛剛被最后加工后的狀態(tài)。
涂層80和88被除去后，小心地把軸段10和12插入套筒4的相對兩端中，以保證軸段10和12位于形成襯里76的相應區(qū)域中。軸段10和12被對準并把機制螺釘14插入孔26中擰入螺母，并擰緊以固定軸段10和12。施加在螺母上的力矩等于當樹脂被注入軸72和套筒74之間的環(huán)形空間時，及當圓錐面18被精加工時固定螺母的力矩。然而，軸72不再精確地與襯里一致。涂層80消除后產(chǎn)生一個微小的間隙，實際上這個微小的間隙就構成空氣隙g，而第二涂層88的消失使軸72完全脫離襯里74，并釋放了套筒74和襯里76，使其作為一體繞軸72轉動。
這兩個實施例及方法是可以改變的。例如，套筒可保持靜止狀態(tài)而軸可以轉動。樹脂制模劑可以粘接到軸的圓錐面18上，而不是套筒的圓錐面46，在這種情況下，用機加工及其它方法形成具有相當高精度的圓錐面46，而圓錐面18則可以具有較低的精度。可以在圓錐面18或46的小直徑端構成螺旋槽32，而在大端形成截頭圓錐光滑面34。在這種情況下，由于空氣是經(jīng)徑向孔28供給，螺旋槽32應當做成使空氣軸向地抽離中間表面20，而不是吸向中間表面20。如果制模劑固化時能夠收縮，那么，不必壓縮軸，以使軸段10和12相互靠攏，或者不必施加涂層80以獲得空氣隙g。如果樹脂制模劑收縮，螺旋槽32可以設置于樹脂粘于其上的圓錐面上，并且當樹脂收縮時螺旋槽32將在襯里76上復制它自己。軸承A或B也可以不需要電機，或電機可作為一個分離元件而位于軸和套筒之外。這種情況下，套筒不必做成分段形式，可省去腔42。
由于上述結構可做出各種改變而不超出本發(fā)明的范圍，因此上述說明中所含的和附圖中所示的所有事物應被理解為對本發(fā)明的例證說明，而不是對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種利于繞軸線轉動的空氣軸承，所說的軸承包括繞軸線的第一構件；同樣繞該軸線并具有圓錐面的第二構件，該圓錐面朝向第一構件，第二構件有兩個在分離線鄰接的軸段，以便當分離時能夠插入第一構件的相對兩端和從第一構件的相對兩端中取出；一個附著在第一構件上并具有圓錐面的襯里，其圓錐面與第二構件的圓錐面普遍一致，但與第二構件的圓錐面稍稍間隔開，以便在第二構件的的圓錐面與襯里的圓錐面之間存在一個小空氣隙，襯里在流動條件下安置在第一構件上，之后固化。
2.按照權利要求1的一種空氣軸承，其中第一構件這樣構造既使不存在襯里，第二構件與第一構件的圓錐面相接觸，并且相對于第一構件在軸向和徑向被鎖位。
3.按照權利要求2的一種空氣軸承，其中第一構件上有圓錐面，該圓錐面對著第一構件的圓錐面，其中，襯里沿第一構件的圓錐面附著于第一構件上。
4.按照權利要求3的一種空氣軸承，其中第二構件位于第一構件內(nèi)并被第一構件所環(huán)繞。
5.按照權利要求3的一種空氣軸承，其中第二構件的每個圓錐面含有螺旋槽和螺旋槽之外的截頭圓錐面，并且螺旋槽被構造成將空氣吸向截頭圓錐面。
6.按照權利要求3的一種空氣軸承，其中襯里的每個圓錐面含有螺旋槽和位于螺旋槽之外的截頭圓錐面，并且螺旋槽被構造成將空氣吸向截頭圓錐面。
7.按照權利要求3的一種空氣軸承，還包括將第二構件的兩軸段在分離線處固定在一起的裝置。
8.一種制造利于繞軸線轉動的空氣軸承的方法，所說的方法包括制造一個有旋轉軸線和繞該旋轉軸線的基本上軸向指向表面的第一構件，制造一個有旋轉軸線和繞該旋轉軸線的圓錐面的第二構件；將第二構件分成兩個軸段，每個軸段在其上有一個圓錐面；從第一構件的相對兩端把第二構件的兩個軸段安裝在一起，以便兩軸段鄰接，并相對于第一構件設置第二構件，使兩個構件的旋轉軸線基本重合，并且第二構件的圓錐面對著第一構件上的軸向指向表面，但是徑向形成一個間隔，從而在第二構件的兩個圓錐面和第一構件上的軸向指向表面之間存在一個環(huán)形空穴；使第二構件變形，以便其圓錐面實際上相互從正常位置軸向移動到一個移動位置；當?shù)诙嫾膱A錐面處于其移動位置時，向環(huán)形空穴注入流動的襯里材料并使其貼著第二構件的圓錐面固化，并粘接在第一構件的軸向指向表面上，從而，襯里材料得到圓錐面，當?shù)诙嫾膱A錐面處于其移動位置時，襯里圓錐面與第二構件的圓錐面一致；將第二構件的兩個圓錐面恢復到它們的正常位置，從而在第二構件的圓錐面和襯里圓錐面之間產(chǎn)生一個小空氣隙。
9.按照權利要求8的方法，其中第二構件的變形步驟包括給第二構件施加一個在其彈性限度內(nèi)的軸向壓縮力，以使第二構件上的圓錐面朝著彼此相對移動。
10.按照權利要求9的方法，還包括在注入流動襯里材料并使其固化后，將第二構件分成兩個軸段并將這些軸段從第一構件中取出；隨后在其圓錐面上加工出螺旋槽；之后，從第一構件的相對端把第二構件的兩個軸段安裝在一起，以便兩軸段在分離線處鄰接，并且其上的圓錐面沿著錐面位于固化的襯里材料上。
11.按照權利要求10的方法，其中第二構件位于第一構件內(nèi)。
12.按照權利要求8的方法，其中第二構件的變形步驟包括沿其圓錐面給第二構件施加第一涂層，并且使第二構件的圓錐面恢復到它們的正常位置的步驟包括消除第一涂層。
13.按照權利要求12的方法，還包括在流動的襯里材料被注入環(huán)形空穴之前，在第一涂層上面以肋條形式施加第二涂層，從而肋條在固化的襯里材料中形成螺旋槽，螺旋槽開口于襯里材料獲得的圓錐面上。
14.按照權利要求13的方法，其中施加第二涂層的步驟包括在第二構件的圓錐面上的第一涂層上涂覆感光性樹脂，掩蔽感光樹脂以覆蓋將來不被肋條占據(jù)的區(qū)域，將遮蔽的感光性樹脂曝光，溶解沒有被遮蔽區(qū)域中的感光性樹脂以消除這些區(qū)域中的感光性樹脂，從而第二涂層將粘接于感光性樹脂已被除去的區(qū)域中的第一涂層上。
15.按照權利要求12的方法，其中消除第一涂層的步驟包括對第一涂層進行腐蝕處理。
16.按照權利要求12的方法，其中第一涂層是化學鍍鎳層。
17.按照權利要求12的方法，其中第二構件被制成一個整體件，把第二構件分成兩個軸段的步驟包括在其圓錐面之間將其斷裂。
18.一種制造旋轉式空氣軸承的方法，所說的方法包括制造有一對表面的外部構件，這對表面向內(nèi)朝著該構件的軸線；制造有一對圓錐面的內(nèi)部構件，該對圓錐面向外離開該構件的軸線；將內(nèi)部構件裝入外部構件，這樣，由于它們的圓錐面，這兩個構件相對于彼此被軸向鎖位，此外使它們的圓錐面間隔開，以便在它們的圓錐面之間產(chǎn)生一個環(huán)形空穴；將流動襯里材料加入該環(huán)形空穴中，允許流動材料變硬并粘接到兩個構件中的一個上，因此產(chǎn)生一個有圓錐面的襯里，該圓錐面對著另一個構件的圓錐面。
19.按照權利要求18的方法，其中將內(nèi)部構件裝入外部構件的方法是將其中一個構件從其圓錐面之間斷裂開，以得到兩個可分離段，并將這兩個分離段在其斷裂區(qū)連接到一起，這樣，兩個構件被相互鎖位在一起。
20.按照權利要求19的方法，還包括當流動襯里材料變硬時軸向壓縮斷裂件，從而當壓縮力取消后，斷裂件膨脹，以便沿著襯里的圓錐面產(chǎn)生空氣隙。
21.按照權利要求19的方法，包括在將流動的襯里材料注入環(huán)形空穴之前，用涂層覆蓋內(nèi)部構件的圓錐面，在襯里材料固化之后消除該涂層以便在內(nèi)部構件的圓錐面和襯里之間產(chǎn)生一個空氣隙。
全文摘要
如圖所示的一種旋轉式空氣軸承(A)具有軸(2)和粘接在套筒圓錐面上的低摩擦襯里(6),軸上有一對朝外的圓錐面,這對圓錐面彼此相對,襯里有圓錐面,該圓錐面與軸的圓錐面由小空氣隙(g)分隔開。
文檔編號H02K7/08GK1252857SQ98804243
公開日2000年5月10日 申請日期1998年4月16日 優(yōu)先權日1997年4月17日
發(fā)明者理查德·A·尼普, 基思·M·戈登, 杰伊·M·蘭德萊, 威廉·A·哈伯特爾 申請人:迪姆肯公司