静压气浮轴承工程设计方法研究
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究
微孔节流气体静压止推轴承的特性研究 高速精密机床是加工机械产品的主要工具,其性能的优劣直接决定着机械产品的质量,而精密机床的核心部件是电主轴。在电主轴的支撑方式中,气体静压轴承随着流体润滑理论以及流体力学的发展和完善,其承载力和刚度得到提高,可 以满足精密加工的需要,因此成为精密加工设备和测试设备主轴中的主要支撑方式。本文结合现有的狭缝节流器及孔式节流器的优缺点,提出一种微孔节流器, 它属于孔式节流的范畴,但突破了传统小孔节流器的结构形式,在节流孔的出口 处不设置气腔,均为通孔,同时结合了狭缝节流器的节流特性,在保证轴承刚度的基础上,增加供气孔数量,改善压力分布状态,进而提高轴承的特性。根据小孔节流和环面节流的物理模型,建立微孔节流的物理模型。 依据气体轴承理论中的的雷诺方程,N-S方程、流体力学的运动方程、状态 方程以及连续方程等推导出求解微孔节流气体静压止推轴承的动静态特性的数 学方程,并利用有限差分法对推导的微孔节流气体静压止推轴承的静态方程进行差分,并利用MATLAB进行编程求解。根据微孔节流气体静压止推轴承的物理模型,利用Solidworks软件、Gambit软件以及ICEM CFD软件等对微孔节流气体静压 止推轴承进行仿真模型的建立、网格的划分,并利用Fluent软件对模型进行求解。利用上述两种方法对轴承的供气压力、气膜厚度、供气孔数目、无量纲供气孔分布半径以及供气孔直径等对轴承的动、静态特性的影响规律进行研究,并对微孔节流气体静压止推轴承与狭缝节流、小孔节流以及环面节流气体静压止推轴承在相同的工作参数和结构参数的静态特下性进行对比分析,最后利用正交试验法和灰色理论对微孔节流气体静压止推轴承进行优化。根据仿真优化结果,设计、加工并制造微孔节流气体静压止推轴承,并用精密测量仪器对加工的轴承进行关键结构的测量,设计并搭建气体轴承动静态特性实验平台,在实验平台对轴承的静 态特性,包括轴承的静承载力、静刚度和轴承的动态特性,包括轴承模态、稳定性进行实验分析。 通过对微孔节流气体静压止推轴承的动静态特性的仿真与实验研究,为气体静压止推轴承的研究提供理论和实验基础。
止推轴承
推力轴承 推力轴承安装在前轴承座中，其作用是承受转子的轴向推力：确定、保持转子正确的轴向位置。 推力轴承结构如图1所示，其中轴承壳体是由水平剖分的两半组成，上、下半之间用螺栓 固连并有锥销定位，轴承壳体在轴承座中的轴向位置由垫片（2）来调整、定位、壳体与轴承座在中分面处配作有一骑缝销（8），用以防止壳体周向转动。 图1 每只推力轴承有两组推力瓦环，每组有8块扇形推力瓦块，瓦块由把壳体、瓦块、内 环串在一起的园柱销（6）作周向定位，瓦块外弧与壳体内园相配而得以径向定位。内环（5）用螺钉固定在轴承壳体上。 推力轴承是动压轴承，要使轴承正常工作，应以下条件： 1．润滑油具有一粘度； 2．动、静体之间有一定的相对速度； 3．相对运动的两表面倾斜，以形成油楔； 4．外载荷在规定范围之内； 5．足够的油量。 在安装、运行过程中必须注意上述要求。 推力轴承属米切尔型瓦块轴承，每块瓦块的工作面浇涛有 基轴承合金（2ChSnSb11-6俗称巴氏合金）层，轴承合金层厚度为2.0mm ，在瓦块背面有一条偏离对称中心的支承筋， 因此，在油压作用下瓦块绕支承筋摆动倾斜，从而在推力盘与推力瓦块之间形成楔形间隙， 1． 前轴承座 2． 调整垫片 3． 轴承壳体上半 4． 进油孔 5． 内环 6． 园柱销 7． 主推力瓦块 8． 定位销 9． 转子推力盘 10.内油槽 11.轴承壳体下半 12.封油齿 13.排油孔 14.温度计 15.付推力瓦块 16.外油槽
当转子旋转时，油被不断带入楔形间隙，形成具有抗压能力的动压油膜，以平衡汽轮机的推向推力，并将推力传递给轴承座。由于形成了油膜液体润滑，所以在汽轮机正常运行时，推力盘与推力瓦块之间不会产生金属磨擦。 每组8块推力瓦块的厚度差≤0.004mm ，并且在每块瓦上都刻有相应的转向标记，如图2所示。在汽轮机初次安装或检修时一定要注意：千万不能将正、付两组推力块调错，如对调装入则由于瓦块工作面与推力盘之间不能形成有效的液压油楔、轴承的承载能力小于正常许用推力的1/3，这样在机组运行时会引发推力轴承损坏的事故。 图2 瓦块转向标记 润滑油从轴承座下半供至推力轴承的外油槽（16），经进油孔（4）和转子与内环（5）产的环槽进入瓦块工作区，进而润滑油靠离心力流至内油槽（10），再从轴承壳体上半两侧的排油孔（13）排出，在排油孔出口装有螺塞，通过改变封堵螺塞的数量可以调整轴承回油量，以控制推力瓦块巴氏合金工作温度。每台汽轮机根据轴承规格、转速、轴向推力的不同，需去除的排油孔螺塞数量及位置在随机资料0-2580-0001-XX 或0-2580-0006-XX 中给出，变型号-XX 可从“汽轮机本体”的862项――“推力轴承堵塞螺栓”中查出。 轴承壳体两端装有封油齿（12）使轴承内部润滑油保持一定压力。 为了确保汽机的安全运行，轴承温度是必不可少的监测项目，随轴承温度测量方法的不同，轴承结构如图1所示，轴承回油从排油孔喷向装在轴承座上的温度计（14），从而测得轴承温度。另一种方法是选用铂电阻温度仪测量推力瓦块的温度，如图3所示，铂电阻探头从轴向或径向装入推力瓦块，同时在轴承壳体上加工有相应的安装、引线孔，且配有电缆固定件。前一种方式虽然可在就地直接测得轴承温度，但与后一种比较而言，它是一种间接测量方法，测得温度也偏低且对温度变化的反应迟缓。 汽轮机正常运行时，轴向推力通常是正推力（与汽流方向同向），不过有些机组在起动、停机或特殊工况会出现负推力。汽轮机的轴向推力特性见随机资料0-0317-T.Nr-00“推力与蒸汽流量曲线”。 图3 瓦块测温孔
气体静压电主轴
1.气体静压电主轴的结构特点 目前气体静压电主轴的结构基本大同小异，其结构的差别主要体现在轴承对主轴的支撑位置不同，按照支撑位置的不同，气体静压强主轴大体可分为两类：全支撑式和两端支撑式。 典型的全支撑式气体静压电主轴结构如图1.1所示，该结构的电主轴其电机部分从承压面伸出，形成了悬臂结构，悬臂的质量对整个主轴产生了力矩作用，对主轴的精度会带来一定的影响。 随着对供气方式的深入研究和不断改进，气体静压轴承的承载力也得到不断提升，因此，不再需要密集排布供气孔以满足承载力需要，同时也为了克服全支撑式的缺点，两端支撑式气体静压电主轴得到大规模应用，其典型结构如图1.2所示，分别是气体流道和冷却液流道的剖视图。
2.国内外应用情况 随着加工精度要求越来越高，传统机床的车、铣、镗、磨及钻削已经不适应各种精密元件的加工，所以新的机械装备得到推广。气体静压电主轴精度高，适用于微小孔钻削、精密光学镜片的磨削、精密半导体元件的磨削等，其转速极高，使加工效率成倍提高。因此，目前气体静压电主轴广泛应用于精密加工领域，其加工的零件也多用在要求精密、高效及微型化的高科技领域。 美国AMETEK Precitech公司研制的Nanoform 250ultragind机床，可用于单点金刚石车削、刀具正交金刚石车削、精密磨削、铣削和自由曲面铣削、磨削，该机床上用于高速铣削和磨削的主轴采用气体静压轴承支承，其轴向与径向运动误差均小于0.05μm，该公司的Nanoform 700ultra机床可用于微铣削，其轴向与径向运动误差也都小于0.05μm，安装在这些机床上气体静压电主轴主要是HS、SP和HD系列电主轴，其中HS-75高速电主轴最大速度达到18000rpm，其轴向径向运动精度达到了20nm以内，而SP-150高性能电主轴转速虽然不高，但其轴向径向运动精度都达到了15nm以内，HD-160系列电主轴是重载电主轴，其轴向与径向刚度分别达到了350N／μm和175N／μm，主轴头部处的径向承载能力达到102kg，其轴向径向运动精度也在50nm以内。这三个系列的电主轴都需要冷却液对其主轴壳体进行冷却，主轴采用硬化的440系列不锈钢轴和青铜轴颈，这样在主轴无空气旋转的意外情况下不会造成永久损坏。
真空环境下小孔节流式静压气体轴承流场特性与轴承性能分析
第２９卷第５期中国机械工程Vol．２９ No．５２０１８年３月CHINA MECHANICAL ENGINEERING pp ． ５２６-５３０真空环境下小孔节流式静压气体轴承 流场特性与轴承性能分析 李运堂 王 军 万 欣 吴进田 李孝禄 中国计量大学机电工程学院,杭州,３１００１８ 摘要:以真空环境下具有排气系统的圆盘形简单孔式节流静压气体轴承为研究对象,忽略过渡流,将流场分成黏性流和分子流区域,利用基本流动方程,推导出黏性流转变为分子流的临界半径,计算转变位置处的临界压力,纠正了前人在相关研究中部分计算式推导和分析结果错误.在此基础上,研究了临界半径和临界压力之间的相互制约关系,气流通道二气腔压力二气腔大小等对临界半径和临界压力的影响,润滑气体分子直径二质量和温度对特征压力影响和对气腔压力的约束,给出了提高轴承性能需着重考虑的因素,为真空下静压气体轴承的性能计算和设计参数优化提供了参考 . 关键词:真空环境;静压气体轴承;临界半径;临界压力 中图分类号:TP１３３．５DOI :１０．３９６９/j ．issn．１００４-１３２X．２０１８．０５．００４开放科学(资源服务)标识码(OSID ):Anal y ses on Flow Characteristics and Bearin g Performances of Aerostatic Gas Bearin g s with Pocketed-orifice T yp e Restrictor Workin g in Vacuum Conditions LI Yuntan g WANG Jun WAN Xin WU Jintian LI Xiaolu Colle g e of Mechanical and Electrical En g ineerin g ,China Jilian g Universit y ,Han g zhou ,３１００１８Abstract :The flow characteristics inside aerostatic thrust bearin g s with p ocketed-orifice t yp e re-strictors were anal y zed for the bearin g s workin g in vacuum conditions．In the anal y sis ,transition flows were i g nored and the viscous and molecular flows were considered onl y to sim p l y the calculation．And the critical radius and critical p ressures of viscous flows transition to molecular flows were ob-tained accordin g to the basic flow e q uations．Moreover ,the errors of calculation formula and results p resented b y other scholars were corrected．Further ,the followin g issues were studied :relationshi p between the critical radius and critical p ressure ;influences of g as channels ,air chamber p ressures and air chamber sizes on the critical radius and critical p ressures ;constraints of molecular diameters and masses ,tem p erature to air chamber p ressures ;factors for im p rovin g bearin g p erformances．The re-sults are hel p ful to p erformance calculations and desi g n p arameter o p timizations for aerostatic thrust bearin g s workin g in vacuum conditions．Ke y words :vacuum condition ;aerostatic g as bearin g ;critical radius ;critical p ressure 收稿日期:２０１７０３０２基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１２７５４９９);浙江省自然科学基金资助项目(LY１５E０５００１４)０ 引言气体轴承是未来微电子制造及其测量装备最 主要的运动支撑元件.真空下气体轴承出口附近 气体稀薄,轴承内黏性流二过渡流二分子流共存. 由于Navier-Stokes 方程仅适用于黏性流,不能分 析更为复杂的过渡流和分子流,因此,一些学者在 Navier-Stokes 方程基础上利用滑移模型修正润 滑方程,用于分析真空下静压气体轴承的性能. BURGDORFER [１]利用一阶速度滑移边界分析气体稀薄效应对气体润滑的影响.张海军等[２]认为随着气体稀薄程度增大,轴承承载能力下降,稀薄 效应随轴承数减小而降低.陈东菊等[３]研究了稀薄效应下流量因子对气体轴承性能的影响.傅仙罗[４]指出真空下静压气体轴承更易发生自激振动.针对过渡流和分子流的分析计算,FRUKUI 等[５-６]研究了表面节流气体轴承在１０－３Pa 环境下的气压分布,基于Boltzmann 方程提出适用于过渡流和分子流的广义润滑方程,根据黏性流所占比例,提出可缩短计算时间的迭代方法,并用实验验证了润滑方程的有效性.TROST [７]以单回流槽静压气体轴承为对象,假设流动状态由黏性流直接转变为分子流,推导出流动状态转变位置 和转变压力.SCHENK 等[８]以圆盘形小孔节流 四６２５四万方数据
空气静压轴承工作原理
空气静压气浮轴承工作原理气体静压轴承是滑动轴承形式当中的一种，其结构和工作原理与液体滑动轴承类似，不同的是采用气体(多为空气)作为润滑介质。当外部压缩气体通过节流器进入轴承间隙，就会在间隙中形成一层具有一定承载和刚度的润滑气膜，依靠该气膜的润滑支承作用将轴浮起在轴承中。对于气体静压轴承，采用外压供气是其基本工作方式，节流器是其结构的关键，而主轴工作时因自重和载荷出现的偏心则建立起轴承相应的承载和刚度加工中心机制。以径向供气的静压气浮轴承为例，径向孔式静压气体轴的气流通道主要由节流孔和轴承径向间隙两部分组成，节流孔是使外部加压气体进入轴承间隙前，产生节流效果、并使之形成具有一定承载能力及刚度的稳定润滑气膜的一种装置。而轴承径向间隙则是通过改变径向间隙，调整对气流的阻抗以达到改变空气流量，进而影响上游来流条件，改变节流孔出口压力Pr，在轴承腔内建立起新的平衡。两者的宏观表现均是对流体产生阻抗，使来流压力不断降低，因此，有类似电学欧姆定律的规律。将图4-1的气浮轴承模型类比图4-2的电阻模型。 压缩空气以供气压力只:由供气通道经节流小孔进入气腔，通过气膜流出，当通道横截面积减小时，气流速度加快，剪切速率会增加，由于气体的粘性，气体的内摩擦会消耗其动能，经过节流小孔后气体压力值减小，即气腔中压力Pr，小于供气压力凡。同理由于气膜厚度很小，空气在气膜中流动时的剪切速率很大，所以气体由气腔流经气膜时，压力会有再次损失，即环境压力Po低于气腔压力Pr。我们将节流小孔和气膜这些小截面通道对气流的阻碍作用称为阻抗，将节流小孔的阻抗记为Rg，记气膜的阻抗为Rh。那么，空气流动的过程与电流流经两个串联的电阻非常相似，其中，气流对应于电流，阻抗对应于电阻，气体压力对应于电压。未通压缩空气前，由于滑动件的自重与载荷的作用:支承件与滑动件相互贴合:气膜厚度h为零。此时气膜的阻抗Rh趋于无穷大，气腔压力只，趋近于供气压力Ps;当供气压力与气腔面积之乘积值超过载荷F时，滑动件浮起，气膜形成，气腔压力只，低于供气压力凡滑动件在气膜压力的支承下达到平衡。当外载荷F增大时，气膜厚度减小，气膜阻抗值R蹭大。根据图4-2，气膜上的压帜，会因此增加，支承力增加，以平衡增大的外载荷。反之，「减小，h增大，R*减小，只减小，从而支承力减小，这样可以和减小的外载荷平衡。以上就是静压润滑的基本原理。其原理图如图4-3,如果把多个图4-1这样的结构均布在环形圆周上，支承件换成轴，就形成了空气静压轴承结构，其示意图如4-4所示。
高速空气静压主轴承性能分析
高速空气静压主轴性能分析 高速空气静压主轴承性能分析 Cheng-Ying Lo ,Cheng-Chi W ang ,Yu-Han Lee 摘要： 气动轴承设计的问题的解决方法是先压力分布和轴承轮转方向的精确度。目前，本文研究出了一个详细的理论分析轴承性能的方法，其中气动轴承最初是由无量纲简化的纳维——斯托克斯方程的形式来表达。利用轴承之间的间隙和孔口中的质量连续流动的假设，可以推导出非线性无量纲雷诺方程，然后利用牛顿方法进行离散。最后，修改后的雷诺方程可以利用循环迭代的方法来解决。目前的数值模型可以有效的油膜压力分布，摩擦力影响，承载能力，刚度，润滑气体流量，和静止状态偏心率和动态气动轴承压力包括高偏心率部分，高速非圆形线部分，推力轴承，滑块轴承等内容的分析。这个被使用的分析模型提供了宝贵的分析方式来研究高精度的静态和动态旋转的气体轴承的性能，并使其成为可以得到的最优化设计。 1．简介 气体轴承的特点是旋转时低噪音和低摩擦损失。因此，它们经常被应用于各种精密仪器中，在空负荷高速电动马达驱动的情况下，它们产生摩擦量为零。相比于传统的油轴承，气体轴承具有产生的热量低，少污染，和较高的精度的优点。然而，它们的主要缺点是，它们的运行往往相当不稳定，这往往限制其允许使用的范围。 1961年，格罗斯和扎克[1]首先开发，并应用了微扰的方法来解决：稳定，自行形成，可认为无限长的平面楔形油膜问题。使用的这种微扰的方法可以有效的分析所有的几何参数范围，并得到高度精确的结果。1975年，马宗达[2]提出一种理论方法，考虑到三维流多孔材料对轴承的影响，推导出稳态固定和旋转性能特点。我们知道气动轴承的主要承载能力受气膜的空气动力学影响，其中气膜的刚度，阻尼系数，和稳定的范围值是主要的影响参数。多数的轴承设计都是为了运转稳定，因此需要掌握最基本的有关稳定性的知识。所以，马宗达[3]构建了一个多孔矩形的推力轴承，在外部施压，利用可压缩润滑液的条件下的理论模型。1985年，金价和特尔[4] 利用有限元方法和有限差分法评价的相对精密的问题中近似研究了一个稳定，等粘度的，不可压润滑剂的模型。在他们的研究中，提出了一个复杂的耦合的问题的解法可以转化成一系列有顺序的简单，非耦合的稳定的问题的解法。轴承的二维计算表明，有限差分方法计算结果的相对误差比用有限元方法得到的结果略小。此外，结果表明，用有限差分的方法进行近似计算比有限元的方法要快，在相同的电脑处理器下，用有限差分法用0.15s而有限元需要0.17s。 1992年，斯洛克姆[5]进行的实验研究而为小孔节流的气动轴承制定全面的设计程序。最近，表面粗糙度对轴承的性能影响已被调查[6][7]。结果显示：普遍持有表面粗糙度在层流流动时，对气动轴承的影
静压轴承与动压轴承
静压轴承与动压轴承 1.静动压轴承的工作原理 先启动供油泵，油经滤油器后经节流器进入油腔、此时在主轴颈表面产生一层油膜，支承、润滑和冷却主轴，由于节流器的作用油液托起主轴，油经回油孔通过回油泵回至油箱。然后启动磨头电机，主轴旋转。利用极易产生动压效应的楔形油腔结构，主轴进入高速稳态转动后，形成强刚度的动压油膜，用以平衡在高速运行下的工作负载。 l 结构形式及特点: 整体套筒式结构,安装方便; 高精度:由于承载油膜的均化作用，使主轴具有很高的旋转精度: 主轴径向跳动、轴向窜动≤2μm；或≤1μm 高刚度：由于该轴系的独特油腔结构，轴承系统在工作时，主轴被一层压力油膜浮起，主轴未经旋转时为纯静压轴承，主轴旋转时由于轴承内孔浅腔的阶梯效应使得轴承内自然形成动压承载油膜，因而形成具有压力场的动压滑动轴承，该结构提高了轴承的刚度；轴向刚度可达到20—50kg /1μm；径向刚度可达到100kg /1μm 高承载能力：由于动压效果靠自然形成，无需附加动力，使得主轴承载能力大大提高。长使用寿命：理论为无限期使用寿命,在正常使用条件下，极少维修. 2.动压与静压SKF轴承特点及应用选例 磨床主轴进口轴承除采用滚动轴承外，一般常用的是动压滑动轴承，其特点是运动平稳，抗振性好，回转速度高。但动压滑动轴承必须在一定的运转速度下才能产生压力油膜，实现纯液体摩擦，因此不适用于运转速度低的主轴部件，例如工件头架主轴等。另外，主轴在启动和停止时，由于速度太低，也不能建立压力油膜，因而不可避免地要发生轴颈和轴承金属表面的直接接触，引起磨损。 同时启动力矩较大，NSK轴承容易发热。主轴在运转过程中，轴心的偏移将随外载荷和转速等工作条件不同而不同，旋转精度和稳定性有一定限制。静压轴承则不同，由于它是靠外界液压系统供给压力油形成压力油膜的，且油膜刚度决定于轴承本身的结构尺寸参数以及节流器的性能等，与主轴转速外载荷无关，因而可以保证轴承在不同的工作情况下都处于稳定的纯液体摩擦状态，轴承磨损很小，可长期保持工作精度。 此外，当采用可变节流器时，SKF轴承的油膜刚度很大，载荷变化时主轴轴心位置变化很小，可保持较高的旋转精度。采用静压轴承的缺点是：需要配备一套专门的供油系统，制造成本较高，占地面积也大，而且对润滑油的过滤要求非常严格，维护比较复杂。近年来有很多磨床的主轴轴承采用了动压轴承或静压轴承，取得了良好的效果。例如：M1080型、M10100型和MGl040高精度无心磨床，其主轴都采用动压FAG轴承，而且是五片式动压轴承。 Mzlll00全自动宽砂轮无心磨床，除了采用动压轴承外，还采用了静压导轨，提高了进给的灵敏性和精度，能实现0．0015mm的进给量。尤其是在高精度无心磨床或大型无心磨床上常用静压轴承作为砂轮架主轴轴承。顺便提一下，国外引进的无心磨床，其砂轮主轴除了用上述两种轴承外，还有用精密的滚子轴承作为主轴轴承的，如瑞典、法国和日本等。第五节无心磨床常见故障与排除无心磨床在使用过程中，会出现某些故障，必须及时排除，才能继续正常工作。现将常见故障介绍如下： 导轮倒拖,在实际生产中经常发生，主要原因往往是磨削用量超过某一数值后，砂轮作用在工件的切削力克服了工件与托板、工件与导轮间的摩擦力，工件即反过来带动导轮旋转，出现导轮的倒拖现象。倒拖现象出现，不仅影响工件加工质量，而且使导轮电动机处于卸荷状态，有时甚至造成事故。 3.静力润滑的滑动轴承工作原理 采用静力润滑的滑动轴承称为静压轴承。静力润滑与动力润滑原理不同，静压轴承由外部的润滑油泵提供压力油来形成压力油膜，以承受载荷。虽然许多动压轴承亦用润滑油泵供给压力油，但其性质是不同的，最明显的是供油压力不同，静压轴承的供油压力比动压轴承高的多。
气体轴承
机械零件:气体轴承 气体轴承 用气体作润滑剂的滑动轴承。最常用的气体润滑剂为空气﹐根据需要也可用氮﹑氬﹑氢﹑氦或二氧化碳等。在气体压缩机﹑膨胀机和循环器中﹐常以工作介质作为润滑剂。气体轴承可用於纺织机械﹑电缆机械﹑仪錶机床﹑陀螺仪﹑高速离心分离机﹑牙钻﹑低温运转的製冷机﹑氢膨胀机和高温运转的气体循环器等。 早在1854年﹐法国人G.A.伊恩就提出过用气体作润滑剂的设想。1896年第一个空气轴承问世。1913年英国人W.J.哈里森发表气体润滑轴承流体动力学分析的论文。50年代以来﹐气体轴承的应用逐步扩大﹐并受到广泛和深入的研究。 特点气体轴承有以下特点。摩阻极低﹕由於气体黏度比液体低得多﹐在室温下空气黏度仅为10号机械油的五千分之一﹐而轴承的摩阻与黏度成正比﹐所以气体轴承的摩阻比液体润滑轴承低。适用速度范围大﹕气体轴承的摩阻低﹐温昇低﹐在转速高达5万转/分时﹐其温昇不超过20～30℃﹐转速甚至有高达130万转/分的。气体静压轴承还能用於极低的速度﹐甚至零速。适用温度范围广﹕气体能在极大的温度范围内保持气态﹐其黏度受温度影响很小(温度昇高时黏度还稍有增加﹐如温度从20℃升至100℃﹐空气黏度增加23％)﹐因此﹐气体轴承的适用温度范围可达-265℃到1650℃。承载能力低﹕动压轴承的承载能力与黏度成正比﹐气体动压轴承的承载能力只有相同尺寸液体动压轴承的千分之几。由於气体的可压缩性﹐气体动压轴承的承载能力有极限值﹐一般单位投影面积上的载荷只能加到0.36兆帕。加工精度要求高﹕为提高气体轴承的承载能力和气膜刚度﹐通常採用比液体润滑轴承小的轴承间隙(小於0.015毫米)﹐需要相应地提高零件精度。 类型气体润滑轴承形成承载气膜的机理与液体润滑轴承相同﹐故也分为气体动压轴承和气体静压轴承。按承受载荷的方向不同﹐又可分为气体径向轴承﹑气体推力轴承和气体径向推力组合轴承。气体动压轴承是利用气体在楔形空间產生的流体动压力来支承载荷的。常在轴颈或轴瓦的表面做出浅螺纹槽﹐利用槽 的1 气体动压螺旋槽推力轴承为气体动压螺旋槽推
静压滑动轴承
§1３—7 静压滑动轴承简介 一、多油楔滑动轴承 单油楔滑动轴承的特点：承载能力大，但稳定性差（轴颈在外部干扰力作用下易偏离平衡位置），因此采用多楔滑动轴承的特点：稳定性好，承载能力稍低，承载能力等于各油楔承载力矢量。 多油楔滑动轴承类型,按瓦面是否可调分为:固定瓦轴承；椭圆轴承——双向回转，双油楔；错位轴承——单向回转 图13-16 双油契径向轴承示意图 可倾瓦轴承——可调节轴瓦与轴颈间间隙，稳定性好，但承载能力低于固定瓦轴承 图13-17 可倾瓦双油契径向轴承示意图
二、液体静压轴承 如下图所示，油泵把高压油送到轴承间隙，强制形成油膜，靠液体的静压平衡外载荷。 图13-18 静压轴承的工作原理 优点：1）摩擦系数很小，约0.0001～0.004，起动力矩小，效率高 2）磨损小（起动，停车时，轴颈与轴瓦也不直接接触），精度保持性好，寿命长 3）油膜不受速度限制，因此能在极低或极高转速下工作。 4）对轴承材料要求低，对间隙和表面粗糙度要求也不高。 5）油膜刚度大，具有良好的吸振性，运转平稳，精度高。 缺点：供油装置较复杂，且维护管理要求较高。
三、气体轴承——空气作润滑剂 气体粘度是液体的四五千分之一，所以可在极高速下运转：几十万～百万转(n/min)，但承载能力较低。 气体轴承：气体动压轴承；气体静压静承。 应用：精密测量仪、超精密机床主轴与导轨、超高速离心机、核反应堆内支承等。 四、磁力轴承 利用磁场力使轴悬浮，故又称磁悬浮轴承，无需任何润滑剂，可在真空中工作，最高转速达38.4万转/S。 应用：超高速离心机、真空泵、精密陀螺仪及加速计、超高速列车、空间飞行器姿态飞轮、超高速精密机床等。