[發(fā)明專利]一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)

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• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110195744A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余奕甫;馬元宏;朱浩;趙學(xué)軍;馬開拓;金鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: F16C32/06
• 分類號: F16C32/06;F16C37/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 李晶堯

一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)，涉及三浮陀螺儀電機(jī)球形氣體軸承設(shè)計領(lǐng)域；包括氣體球軸、n個螺旋淺腔、2n個連接通道和環(huán)形散熱槽；其中，氣體球軸為半球體結(jié)構(gòu)；氣體球軸的水平面水平放置；環(huán)形散熱槽水平設(shè)置在氣體球軸的頂端外壁處；n個螺旋淺腔均勻設(shè)置在氣體球軸的外壁；且位于環(huán)形散熱槽一個的下方；2n個連接通道兩兩一組，分成n組；每組連接通道對應(yīng)1個螺旋淺腔；且每組連接通道的頂部與環(huán)形散熱槽連通；每組連接通道的底部與對應(yīng)的螺旋淺腔連通；n為正整數(shù)；本發(fā)明經(jīng)過散熱設(shè)計的氣浮軸承具備合理的尺寸，使得旋轉(zhuǎn)磨損效應(yīng)有效降低，不會出現(xiàn)氣錘振動或渦動失穩(wěn)現(xiàn)象，有效增加氣浮軸承的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三浮陀螺儀電機(jī)球形氣體軸承設(shè)計領(lǐng)域，特別是一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

氣體軸承具有摩擦極小，精度高，無污染，壽命長，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，氣體的粘性約為液體粘性的千分之一，在極高的轉(zhuǎn)速下摩擦損耗也非常小，因此特別適合極低和極高的轉(zhuǎn)速下工作，如我國研制出的超高速精密空氣主軸，轉(zhuǎn)速達(dá)到3.3x105r/min，小型氦透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到6.5x105r/min，而三軸仿真氣浮臺的轉(zhuǎn)動速度可低至0.06°/s～0.07°/s，這是液體軸承和普通的滾動軸承難以達(dá)到的。

氣體軸承的氣膜具有勻化誤差的作用，軸承能達(dá)到比滾動軸承高百倍以上的精密度，且基本無振動、噪聲。氣體軸承在正常工作時無機(jī)械接觸，潤滑氣體一般為空氣或者惰性氣體，理論上不存在磨損，在保持高精度的情況下同時具有長的壽命。同時氣體靜壓軸承氣膜厚度只有幾到幾十微米，要求零件具有高的加工精度，由于氣體的可壓縮性等特點(diǎn)，氣源壓力不能過高，承載能力和靜態(tài)剛度比同尺寸的液體靜壓軸承約小一個數(shù)量級。當(dāng)設(shè)計不當(dāng)及使用不當(dāng)時，會出現(xiàn)氣錘振動或渦動而失穩(wěn)，或者出現(xiàn)卡滯甚至咬合現(xiàn)象。

氣體軸承在極高速旋轉(zhuǎn)的過程中，隨著氣體動壓的增加和氣體粘性，會產(chǎn)生大量熱量，隨著時間的增加，這些熱量會在狹小的氣膜腔內(nèi)快速聚集，導(dǎo)致軸承結(jié)構(gòu)溫度快速升高、軸承表面溫度分布不均等問題，極大地影響高精度陀螺儀、高精度導(dǎo)軌等設(shè)備的使用精度。目前并沒有很好的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)，經(jīng)過散熱設(shè)計的氣浮軸承具備合理的尺寸，使得旋轉(zhuǎn)磨損效應(yīng)有效降低，不會出現(xiàn)氣錘振動或渦動失穩(wěn)現(xiàn)象，有效增加氣浮軸承的使用壽命。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)，包括氣體球軸、n個螺旋淺腔、2n個連接通道和環(huán)形散熱槽；其中，氣體球軸為半球體結(jié)構(gòu)；氣體球軸的水平面水平放置；環(huán)形散熱槽水平設(shè)置在氣體球軸的頂端外壁處；n個螺旋淺腔均勻設(shè)置在氣體球軸的外壁；且位于環(huán)形散熱槽一個的下方；2n個連接通道兩兩一組，分成n組；每組連接通道對應(yīng)1個螺旋淺腔；且每組連接通道的頂部與環(huán)形散熱槽連通；每組連接通道的底部與對應(yīng)的螺旋淺腔連通；n為正整數(shù)。

在上述的一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)，所述的環(huán)形散熱槽為環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)；環(huán)形散熱槽的截面為倒置梯形形狀；梯形截面的上邊L1長為500mm；下邊L2長為200mm；高為8μm。

在上述的一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形散熱槽與連接通道連通的底邊圓弧半徑為5.6-5.7mm。

在上述的一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)，所述的螺旋淺腔為螺旋凹槽結(jié)構(gòu)；螺旋淺腔的凹槽截面為矩形形狀；螺旋淺腔凹槽的槽寬為1.9-2.0mm；槽深為6μm；12≤n≤24。

在上述的一種具備快速散熱功能的氣浮軸承結(jié)構(gòu)，所述的螺旋淺腔的母線為螺旋線；母線的螺距為17.1-17.2mm；高度為4.6mm；螺旋淺腔頂部的鈍角頂點(diǎn)為圓角結(jié)構(gòu)；鈍角頂點(diǎn)圓角的半徑為0.5mm；螺旋淺腔頂部的銳角頂點(diǎn)為圓角結(jié)構(gòu)；銳角頂點(diǎn)圓角的半徑為0.1mm。