[發(fā)明專利]一種新型氣體懸浮軸承

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210047492.4
• 申請(qǐng)日: 2022-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114412923A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文俊;蔡深嶺;馮凱;雷新沛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): F16C32/06
• 分類號(hào): F16C32/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種新型氣體懸浮軸承，該軸承由擠壓氣體和合成射流氣體耦合作用支撐物體。具體的效果為：一、上端金屬膜(2)高頻振動(dòng)擠壓其與承載物(9)之間的氣膜，向上振動(dòng)時(shí)形成高壓氣膜，為正擠壓，向下振動(dòng)時(shí)，氣膜壓強(qiáng)下降，為負(fù)擠壓。交替擠壓過(guò)程對(duì)氣體做功使氣體的能量增大，產(chǎn)生懸浮力。二、下端金屬膜(4)高頻振動(dòng)，向上振動(dòng)時(shí)，腔體體積減小吹出氣體，對(duì)支撐物體(9)產(chǎn)生推力，向下振動(dòng)時(shí)，孔(8)周?chē)臍怏w吸入腔體，產(chǎn)生吸力但整個(gè)周期的平均力仍為正推力。三、控制激勵(lì)信號(hào)使金屬膜(2)和(4)用各自的正向效果去補(bǔ)償對(duì)方的負(fù)向效果，讓軸承在整個(gè)周期內(nèi)持續(xù)擁有正懸浮力，使整個(gè)軸承的平均懸浮力顯著高于單一懸浮方式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)和近場(chǎng)超聲擠壓的氣體懸浮作用，具體涉及一種新型氣體懸浮軸承，通過(guò)近場(chǎng)超聲擠壓懸浮與合成射流懸浮作用耦合，最終使軸承以一種高效、簡(jiǎn)潔的方法獲得一個(gè)較大的穩(wěn)定懸浮力。

背景技術(shù)

近場(chǎng)超聲擠壓懸浮技術(shù)作為一種新型的非接觸式技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，可控性強(qiáng)及不受懸浮物體材料限制等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域包括生物、化學(xué)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械及微機(jī)電系統(tǒng)等，受到了越來(lái)越多學(xué)者的研究。它的懸浮力由一個(gè)周期內(nèi)振子上下振動(dòng)產(chǎn)生的正向擠壓力和負(fù)向擠壓力平均得到。由于負(fù)向擠壓力對(duì)正向擠壓力有削弱作用，所以它整體的平均懸浮力較小，限制了它的使用。

合成射流具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的流動(dòng)控制技術(shù)。在流動(dòng)分離及氣動(dòng)力控制、射流矢量控制、增強(qiáng)摻混及加強(qiáng)傳熱換熱控制、抑制噪聲、微流體控制、飛行控制、粒子的散布控制以及合成射流陀螺儀技術(shù)等方面應(yīng)用較多。但是，目前合成射流技術(shù)沒(méi)有被應(yīng)用于非接觸懸浮領(lǐng)域。由于合成射流周期性的吸入和噴出氣體，如果將合成射流應(yīng)用于懸浮領(lǐng)域，其產(chǎn)生的推力也是存在正向力和負(fù)向力相互交替，最終形成的懸浮力雖然沒(méi)有被人研究過(guò)，但是整體上不會(huì)太大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服擠壓氣體和合成射流氣體應(yīng)用于氣體軸承各自都存在承載能力較小的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新型氣體懸浮軸承。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種新型氣體懸浮軸承，其特點(diǎn)是，所述新型氣體懸浮軸承包含超聲擠壓的金屬薄膜和激振單元以及合成射流激勵(lì)器，并使這兩部分作用達(dá)到耦合效果，從而以一種高效、簡(jiǎn)潔的方法獲得一個(gè)較大的穩(wěn)定懸浮力。

所述上端金屬膜以一定頻率做上下簡(jiǎn)諧振動(dòng)。向上振動(dòng)時(shí)，金屬膜和被承載物之間的空間變小，空間內(nèi)的氣體被擠壓，形成高壓氣膜，為正擠壓。向下振動(dòng)時(shí)，金屬膜和被承載物之間的空間變大，空間內(nèi)氣體稀薄，氣膜壓強(qiáng)下降，為負(fù)擠壓。薄膜振動(dòng)過(guò)程中在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)擠壓交替，對(duì)氣體做功而使氣體的能量增大，產(chǎn)生懸浮力。

所述下端金屬膜以一定頻率做上下簡(jiǎn)諧振動(dòng)。金屬膜向上振動(dòng)，腔體體積減小吹出氣體，產(chǎn)生推力支撐被承載物；向下振動(dòng)時(shí)，孔周?chē)鷼怏w吸入腔體，產(chǎn)生吸力。但是，整個(gè)周期內(nèi)由于金屬膜對(duì)氣體作用，所以合成射流產(chǎn)生的平均力仍為推力。

通過(guò)控制激勵(lì)電信號(hào)，使上下金屬膜產(chǎn)生相反的振動(dòng)相位，即產(chǎn)生耦合效果。上端金屬膜向上振動(dòng)，則下端金屬膜向下振動(dòng)，正擠壓會(huì)補(bǔ)償合成射流吸力的作用，仍懸浮物體；上端金屬膜向下振動(dòng)時(shí)，下端金屬膜向上振動(dòng)，負(fù)擠壓在合成射流推力的作用下被補(bǔ)償，產(chǎn)生懸浮力，即整個(gè)振動(dòng)周期都產(chǎn)生正力；由于兩金屬膜振動(dòng)方向相反，腔體體積的改變量增大，還能夠使合成射流產(chǎn)生更大的正力。

所述激振單元分別安裝在上金屬薄膜和下金屬薄膜的模態(tài)節(jié)點(diǎn)上，并以金屬薄膜的共振頻率為工作頻率，使薄膜獲得最大的振幅，讓薄膜對(duì)氣體的擠壓效果更強(qiáng)，讓腔體體積的改變量更大，最終能夠獲得更大的耦合懸浮力。

所述激振單元形狀可為環(huán)形、方形等，用于在通入激勵(lì)電信號(hào)后自身振動(dòng)帶動(dòng)金屬膜上下振動(dòng)。

所述上端金屬薄膜需安裝在氣體懸浮軸承頂部，并能進(jìn)行可控的高頻上下振動(dòng)，產(chǎn)生擠壓懸浮作用。