[發明專利]一種抗擾動氣浮軸承

有效

• 申請號: 202210680029.3
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN114992242B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 陳剛利;張新疆;崔海龍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: F16C32/06
• 分類號: F16C32/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

本發明公開了一種抗擾動氣浮軸承，以解決現有氣浮軸承難以通過本身結構實現抗擾動功能的問題。該抗擾動氣浮軸承包括：轉子；套設于轉子并與之軸孔間隙配合的軸承基座，所述轉子與所述軸承基座之間形成第一氣膜間隙，所述軸承基座上設置有若干與所述第一氣膜間隙連通的第一通氣通道；固定設置于所述第一通氣通道內的抗擾動節流器，所述抗擾動節流器包括節流柱和柔性套，所述柔性套環向包覆所述節流柱并與之相對固定且密封連接，節流柱上設置有亞毫米級的節流小孔，所述柔性套與所述第一通氣通道環向密封連接。本發明能夠通過自身的機械結構提高氣浮軸承抗擾動能力，結構簡單，實施簡便，工作穩定性較高。

技術領域

本發明涉及流體靜壓支承技術領域，具體而言，涉及一種抗擾動氣浮軸承。

背景技術

激光慣性約束聚變、大型天文望遠鏡等重大光學工程及高端民用產品對其中大量使用的光學元件不僅提出了加工尺寸、形狀和表面質量等傳統指標方面的納米級甚至更高精度的極端制造要求，而且對光學元件表面特定空間頻率范圍內的加工誤差提出了極其苛刻的精度要求。超精密機床是實現光學元件極端制造的物質基礎和關鍵裝備。氣浮軸承通過向轉動幅間隙供給高壓氣體所形成的氣膜進行支承，實現了非固體直接接觸的氣體懸浮潤滑，具有運動精度高、轉速高和磨損低等優點，在超精密機床中常作為承載刀具或零件、并傳遞主要切削力的軸承使用。在超精密機床加工過程中，氣浮軸承由于供給氣體壓強波動、不平衡質量慣性力、電機不平衡電磁力、動態切削力和環境振動等多種擾動的直接或間接作用而產生振動，導致刀具或零件抖動，偏離預定的運動軌跡，降低零件加工精度。

氣浮軸承通過供給加壓氣體進行潤滑和支承，加壓氣體進入轉動幅間隙前對其進行節流調壓控制是氣浮軸承獲得承載力和剛度的關鍵環節，主要有小孔節流、狹縫節流、環面節流、毛細管節流、多孔質節流和表面節流等方式。小孔節流通過高速氣體流出薄壁小孔流道時發生膨脹做功造成的壓降來實現節流，具有節流器結構簡單、設計理論較為成熟、所需氣體流量小和制造成本較低等優點，是超精密機床氣浮軸承的常用節流方式之一。由于氣體的可壓縮性和低粘度特性，氣體流經薄壁小孔時幾乎沒有粘性摩阻消耗，氣浮軸承的阻尼很小，對內外擾動的抑制能力較弱，容易出現微振動。此外，有腔氣浮軸承在供氣壓力較大時會產生氣旋現象，引起支承氣膜的壓力波動，造成自激振動。因此，傳統的小孔節流氣浮軸承存在阻尼小、微振動或自激振動等動態特性差的問題，內外擾動作用下的氣浮軸承振動量較大，限制了超精密機床加工精度的進一步提升。

抗擾動性能的增強可以降低內外擾動作用下氣浮軸承的振動，對于超精密機床加工精度的提升具有重要意義。主動控制節流技術基于高精度壓強或位移傳感器分別測出氣膜壓強或厚度的變化值，然后通過精密執行機構動態調整節流器流阻來控制氣膜內的氣體壓強，是提高氣浮軸承動態特性的有效方法。然而，主動控制節流技術需要復雜精密的機械結構及附加的測量和控制裝置，整個系統構成復雜，可靠性較低，制造成本較高，并且主動控制系統存在一定的時間延遲，對擾動激勵的響應速度較慢，因此主動控制節流技術在實際工程中的應用受到了極大限制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何通過非主動控制節流的方式提高氣浮軸承的抗擾動性能，目的在于提供一種抗擾動氣浮軸承。

本發明通過下述技術方案實現：

一種抗擾動氣浮軸承，包括：

轉子；

套設于轉子并與之軸孔間隙配合的軸承基座，所述轉子與所述軸承基座之間形成第一氣膜間隙，所述軸承基座上設置有若干與所述第一氣膜間隙連通的第一通氣通道；

固定設置于所述第一通氣通道內的抗擾動節流器，所述抗擾動節流器包括節流柱和柔性套，所述柔性套環向包覆所述節流柱并與之相對固定且密封連接，節流柱上設置有亞毫米級的節流小孔，所述柔性套與所述第一通氣通道環向密封連接。

在一些實施例中，所述柔性套為階梯圓環柱，其貫穿通孔內壁上設置有環形凹槽，所述節流柱外形為多徑圓柱，節流柱上較大直徑段嵌入在所述環形凹槽內。