[發明專利]一種組合式微型箔片氣體動壓軸承

有效

• 申請號: 201610030966.9
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105526249B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 馮凱;張敏;李文俊;程苗苗
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: F16C17/12
• 分類號: F16C17/12
• 代理公司: 深圳市興科達知識產權代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀;葉舟

本發明公開了一種組合式微型箔片氣體動壓軸承，包括軸承體(1)，設置于軸承體(1)兩側的端面壓蓋(4)，若干彈性箔片支撐結構(2)以及頂層箔片(3)；所述若干彈性箔片支撐結構(2)固定設置于軸承體(1)內壁；頂層箔片(3)貼合設于彈性箔片支撐結構(2)內側，通過箔片外伸部分(31)固定于軸承體(1)內壁。本發明采用組合形式，提高了微氣體軸承的承載能力，以及安裝更為方便。同時采用了合理的彈性支撐結構，能實現啟動剛度小，隨轉速升高，剛度大幅增加，提高了穩定性和抗沖擊性能。

技術領域

本發明涉及空氣軸承技術領域，具體涉及一種組合式微型箔片氣體動壓軸承。

背景技術

空氣箔片動壓軸承是采用箔片作為彈性支承元件，并以空氣作為潤滑劑的一種動壓軸承，主要分為懸臂型，纏繞型，外楔型和波箔型。由于在運行過程沒有機械接觸，減少了轉子與軸承之間的摩擦磨損，能夠提供極高的精度。采用空氣潤滑，能夠減緩溫升，有效延長軸承壽命。動壓軸承運行平穩，抗振性好，其中箔片動壓軸承由于采用箔片作為彈性支撐元件，憑借其結構特點，具有一定的剛度和阻尼，使軸承具有較好的承載能力以及穩定性。與普通剛性支承表面的動壓軸承相比較，由于箔片的補償作用，可以彌補轉子與軸承，軸承與軸承之間的不對中，進而降低加工精度和裝配要求，更具有經濟性。

近年來微機電系統發展迅速，其重要的一個研究方向就是微型旋轉機械，主要應用于微型燃氣輪機，微型機器人，微型電化學發電系統，無人機的推進系統。在微型旋轉機械中，轉子轉速一般為幾十萬轉，甚至要達到數百萬轉。軸承作為微型旋轉機械中的核心部件，目前主要應用有滾動軸承，氣體軸承，以及磁軸承。滾動軸承由于摩擦很難滿足高速旋轉，而磁軸承難以控制測量；氣體軸承具有低摩擦，以及能適應高轉速，但是在微型氣體軸承當中，由于氣膜厚度的減小，需要考慮空氣稀薄效應，速度滑移以及氣體粘度的變化，加大了軸承設計與分析的困難，因此軸承是微型旋轉機械中亟待解決的關鍵問題。

對于微型氣體軸承，由于其結構的精細，LIGA技術被用來對微型氣體軸承進行加工。LIGA技術采用X射線光刻，由于X射線的高平行度，深穿透能力，因此能夠形成垂直度很高的，精度能達到幾微米甚至納米級別，厚度能達到1mm左右的微細結構。由于LIGA技術需要昂貴的同步輻射光源，所以近幾年發展了準LIGA技術，也即UV-LIGA。UV-LIGA用近紫外光取代LIGA技術中的同步輻射X射線深層刻蝕，采用這種工藝不需要制作X光掩模板，因此大大降低制造成本，無疑對微型氣體軸承的加工提供了巨大的前景。

宏觀尺寸的氣體箔片軸承，由于尺寸較大，在加工制作裝配方面簡單。經過長期以來的研究發展，其設計以及性能分析已相對成熟。在理想情況下，微型軸承就是宏觀軸承的縮小版。實際上，微型氣體軸承由于尺寸過小，一些零部件很難加工，如波箔，即使加工出來又很難保證尺寸精度和幾何精度，而且連續的波箔由于其相互作用，很難對其進行整體性能分析。其次，由于氣膜厚度一般為數微米至幾十微米，需要考慮空氣稀薄效應，速度滑移以及氣體粘度的變化，給軸承設計分析帶來了很大困難。在采用LIGA技術加工的前提下，軸承厚度一般不會超過一個毫米，因此，微氣體軸承的承載能力以及安裝也受到局限。在微型箔片氣體動壓軸承當中，剛度和阻尼特性對軸承的高速運行極其重要，因此如何合理設計結構，實現啟動剛度小，隨轉速升高，剛度大幅增加，同時提高阻尼特性，獲得較高的穩定性和抗沖擊性能，也成為微型箔片氣體動壓軸承設計需要考慮的問題之一。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種組合式微型箔片氣體動壓軸承，采用組合形式，提高微氣體軸承的承載能力，以及安裝更為方便；合理的彈性支撐結構，能實現啟動剛度小，隨轉速升高，剛度大幅增加，同時提高穩定性和抗沖擊性能。

為解決以上技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種組合式微型箔片氣體動壓軸承，包括軸承體，設置于軸承體兩側的端面壓蓋，若干彈性箔片支撐結構以及頂層箔片；

所述若干彈性箔片支撐結構固定設置于軸承體內壁；頂層箔片貼合設于彈性箔片支撐結構內側，通過箔片外伸部分固定于軸承體內壁。