[發明專利]一種采用雙對稱收縮段供氣的高壓圓盤止推氣體軸承及設計方法

有效

• 申請號: 201610049454.7
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105443579B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 郭良斌;徐凡;王俊文;張一帆;周傳輝;陳珊秀;劉劍;張雄威
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: F16C32/06
• 分類號: F16C32/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 溫珊姍

技術領域

本發明涉及高供氣壓力下的靜壓氣體軸承，具體來說涉及一種采用雙對稱收縮段供氣的高壓圓盤止推氣體軸承及設計方法。

背景技術

靜壓氣體軸承是一種以氣體作為潤滑劑的軸承，其原理為氣體在外部壓力的作用下形成潤滑薄膜，支承外界載荷。氣體潤滑薄膜具有均化效應，軸承具有旋轉精度高、摩擦系數低、定位精度高、摩擦磨損極小、使用壽命長等優點。但傳統結構的靜壓氣體軸承同時也存在承載力小、剛度低的缺點，使其僅用于輕載精密支承，然而隨著現代尖端工業技術的發展，迫切需要開發重載氣體潤滑軸承。

Y.Miyake等人在論文“AnExperimentalStudyonExternallyPressurizedSupersonicGasThrustBearing,TransactionsoftheASME,1985”中提出了高壓重載氣體潤滑的思想，讓氣體以音速或超音速流出氣膜間隙，利用超音速流動的特性，即：下游低壓擾動不會影響上游的壓力分布，使得氣膜間隙內壓力不再受到下游環境低壓的影響，并在此基礎上設計了一種圓盤止推氣體軸承實驗裝置。實驗軸承上、下工作圓盤的整個端面皆為曲面，分別具有不同的曲面型線，按一維氣體動力學理論設計的供氣收縮段設置在上圓盤，下圓盤無供氣部件。作者僅給出了供氣壓力小于0.8MPa時的實驗結果，沒有提供大于0.8MPa的實驗結果。作者的解釋是：在供氣壓力大于0.8MPa時，該實驗軸承供氣收縮段出現嚴重的流動分離，產生了復雜的流動結構，超出其理論模型的預測范圍。

申請號為2007200107771、名稱為一種曲面漸擴式進氣靜壓氣浮止推軸承的實用新型專利，提出了一種多供氣孔圓盤止推氣體軸承，在上工作圓盤表面開設單排或多排供氣孔，每個供氣孔下游連接曲面漸擴混合腔；下工作圓盤表面不開孔，是光整平面。這種軸承相比于采用銳緣供氣孔的傳統靜壓圓盤止推氣體軸承，其承載能力提高了約10％～30％。

因此，現有技術中缺乏專門的方法來設計能較好抑制拐角流動分離的氣體軸承供氣收縮段，使收縮段入口的軸向低速來流平順地加速為收縮段出口處的徑向亞音速均勻氣流，同時不產生嚴重的流動分離，并使氣膜入口處的徑向亞音速氣流在氣體潤滑膜內進一步加速為氣膜出口處的超音速氣流，從而使軸承的承載能力可以隨供氣壓力的提高而線性增大；已知技術中的曲面漸擴式進氣靜壓止推氣體軸承，利用供氣孔與氣膜間隙之間的曲面漸擴混合腔來實現流場的過渡，減小流道的壓力損失，但沒有給出是否能在氣膜出口處實現超音速出流，其對軸承承載能力的提高幅度不夠理想。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種采用雙對稱收縮段供氣的高壓圓盤止推氣體軸承及設計方法，使收縮段入口的軸向低速來流平順地加速為收縮段出口處的徑向亞音速均勻氣流，同時不產生嚴重的流動分離，并使該氣流在氣膜出口處進一步加速至超音速。當供氣壓力超過某一特定值后，這種軸承的承載能力可以隨著供氣壓力的提高而線性增大，適合在高壓、重載、大間隙工況下工作。

本發明一種采用雙對稱收縮段供氣的高壓圓盤止推氣體軸承，包括平行設置的上工作圓盤1和下工作圓盤8，上工作圓盤1和下工作圓盤8之間構成氣體潤滑膜9，上工作圓盤1中心設置有供氣部件2，供氣部件2還與上游穩壓腔相連接；供氣部件2中心開設有供氣孔3，用于引入氣流；供氣孔3下游設有曲面造型的雙對稱收縮段4，用于將軸向低速來流平順地加速為徑向亞音速氣流；

下工作圓盤8上設置有與上工作圓盤1上下對稱的供氣部件7、供氣孔6和收縮段5。

上工作圓盤1和下工作圓盤8同軸設置，以旋轉軸線為軸心。

所述供氣部件2與上工作圓盤1通過螺釘相連，供氣部件7與下工作圓盤8通過螺釘相連。

本發明采用雙對稱收縮段供氣的高壓圓盤止推氣體軸承的設計方法，包括如下步驟：