CN113090659B - 一种仿生主动静压气体轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生主动静压气体轴承，该轴承由端盖和轴承体构成，两者通过螺钉相连接，在连接面上涂抹密封胶进行密封，端盖下侧具有仿生气流调节器，轴承体内设气道、和小孔节流器、小孔节流器、的出气端、有均压腔，气源通过供气通道往褶型气囊内部通入高压缩空气,借助内外压力差实现径向扩张/收缩，通过对进气量的主动控制，可以控制调节器、的膨胀/收缩程度，从而实现节流面积的改变，进而利用节流面积的改变直接控制承载能力，实时改变刚度随气膜厚度的变化曲线，使轴承在整个气膜厚度变化区间范围内都一直工作在最大刚度附近，从而实现宽域高刚度效果。
Description
【技术领域】
本发明涉及静压气体轴承技术领域，尤其涉及一种仿生主动静压气体轴承。
【背景技术】
静压气体轴承由于其近零摩擦、不发热的特性使其在高速、轻载、精密和超精密加工等场合中有着广泛且难以替代的重要应用。另外，静压气体轴承还被认为是半导体加工设备和核能发电设备的重要机器原件。轴承刚度是静压气体轴承的一项重要性能指标，也是确保轴承精度与精度保持性的关键。然而，气体轴承的刚度较低在一定程度上限制了静压气体轴承的推广应用。目前，提高气体静压轴承的刚度可以通过增大供气压力、增加节流孔数目等方法实现。但是，这些方法都有其自身的缺点。
因此，亟需一种新的仿生主动静压气体轴承来解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明公开了一种仿生主动静压气体轴承，其在轴承内部设置有仿生气流调节器，通过控制仿生气流调节器膨胀/收缩，从而改变气体节流面积，而节流面积的改变会直接改变轴承的承载能力，使轴承的承载能力即使在不改变气膜厚度或者气膜厚度发生极其微小变化时也能发生明显的改变，从而实现高刚度。同时，基于该方法能够让轴承在任意一个气膜厚度都被调控在一个较高刚度，从而实现可控宽域高刚度。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种仿生主动静压气体轴承，包括端盖、轴承体以及仿生气流调节器，所述端盖通过螺钉与所述轴承体连接，所述端盖与所述轴承体之间通过密封胶密封，所述轴承体在竖直方向上贯穿设有安装孔，所述仿生气流调节器固设于所述端盖下侧并收容于所述安装孔内，所述仿生气流调节器包括一端固设于所述端盖下侧的支撑柱以及装配于所述支撑柱另一端的褶型气囊，所述端盖与所述支撑柱内设有供气通道，所述支撑柱上设有连通所述供气通道与所述褶型气囊的出气孔，所述安装孔从上至下依次包括相互连通的收容腔、节流器以及均压腔，所述轴承体内设有连通外界环境与所述收容腔的气道，节流器的出气端与均压腔连通。
作为本发明的一种优选改进，所述气道的截面形状是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
作为本发明的一种优选改进，所述气道沿长度方向上的各个位置的截面形状和尺寸可以不一致。
作为本发明的一种优选改进，该仿生主动静压气体轴承的表面形状是圆形或者矩形。
作为本发明的一种优选改进，所述节流器为小孔节流器或者环面节流器。
作为本发明的一种优选改进，所述小孔节流器数量可以是一个或者多个，且排布方式不限。
作为本发明的一种优选改进，所述供气通道的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
作为本发明的一种优选改进，所述出气端的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
作为本发明的一种优选改进，所述均压腔的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
作为本发明的一种优选改进，所述螺钉的数量可以是4个，且排布方式不限。
本发明提供的一种仿生主动静压气体轴承的有益效果：
1、本发明使用仿生气流调节器，可控地改变节流面积，从而直接改变轴承承载能力，使轴承的承载能力即使在不改变气膜厚度或者气膜厚度发生极其微小变化时也能发生明显的改变，从而实现高刚度；
2、能够根据性能和成本的需求，灵活地配置节流器的数量关系，同时通过改变仿生气流调节器的膨胀程度，对节流面积进行主动控制，实现对气体轴承宽域高刚度可调。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明实施例1仿生主动静压气体轴承的侧面剖视图；
图2为本发明实施例1仿生主动静压气体轴承的俯视图；
图3为本发明实施例1仿生主动静压气体轴承在仿生气体调节器通入高压气体后膨胀的剖视图；
图4为本发明实施例2采用轴承端盖和仿生气流调节器分体布置的轴承样式剖视图；
图5为本发明实施例2采用轴承端盖和仿生气流调节器分体布置轴承的仿生气流调节器俯视图；
图6为本发明实施例3仿生主动静压气体轴承的仰视图；
图7为本发明实施例4仿生主动静压气体轴承的仰视图；
图8为本发明实施例5仿生主动静压气体轴承的仰视图；
图9为本发明实施例6仿生主动静压气体轴承的仰视图；
图10为本发明实施例7仿生主动静压气体轴承的仰视图；
图11为本发明实施例8仿生主动静压气体轴承的仰视图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1-3所示，本发明提供一种仿生主动静压气体轴承，包括端盖1、轴承体2以及仿生气流调节器3，所述端盖1通过螺钉12与所述轴承体2连接，所述端盖1与所述轴承体2之间通过密封胶密封，所述轴承体2在竖直方向上贯穿设有安装孔，所述仿生气流调节器3固设于所述端盖1下侧并收容于所述安装孔内。通过控制所述仿生气流调节器3通入的高压气体的量，从而使所述仿生气流调节器3膨胀/伸缩，实现气体节流面积的改变，使轴承能在更宽的气膜厚度区域保持高刚度。
所述仿生气流调节器3包括一端固设于所述端盖1下侧的支撑柱5以及装配于所述支撑柱5另一端的褶型气囊4，所述褶型气囊4是一根柔软的空心橡胶管,管外被一层编织护套同轴包裹。基本工作原理是气源通过进气口往褶型气囊4内部通入高压缩空气,借助内外压力差实现径向扩张/收缩。通过对进气量的主动控制，可以控制所述仿生气流调节器3的膨胀/收缩程度，从而实现节流面积的改变，使轴承的承载能力即使在不改变气膜厚度或者气膜厚度发生极其微小变化时也能发生明显的改变，从而实现高刚度。
需进一步说明的是，所述仿生气流调节器3充气膨胀时，类似于青蛙吸气时，紧闭嘴巴，外界空气从鼻孔吸入嘴里，使口腔鼓起。而所述仿生气流调节器4排气收缩时，类似于青蛙将空气通过喉头通入肺里，鼓起的口腔恢复正常。
所述端盖1与所述支撑柱5内设有供气通道6，所述支撑柱5上设有连通所述供气通道6与所述褶型气囊4的出气孔7，所述安装孔从上至下依次包括相互连通的收容腔13、节流器9以及均压腔11，所述轴承体2内设有连通外界环境与所述收容腔13的气道8，节流器9的出气端10与均压腔11连通。
具体的，所述气道8的截面形状是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。所述气道8沿长度方向上的各个位置的截面形状和尺寸可以不一致。所述供气通道6的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。所述出气端10的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。所述均压腔11的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
该仿生主动静压气体轴承的表面形状是圆形或者矩形。
所述节流器9可以为小孔节流器或者环面节流器，所述节流器9数量可以是一个或者多个，且排布方式不限。采用小孔节流器与环面节流器的区别在于，小孔节流器的出气端10有所述均压腔11，环面节流器的出气端没有所述均压腔11。
所述螺钉12的数量可以是4个，且排布方式不限，当然的，所述螺钉12的数量也可以是其它合适的数量。
需要进一步说明的是：
实施例2
本实施例2与实施例1的基本结构相同，不同的是仿生气流调节器不再与轴承端盖固连，而是单独的一个组成构建。采用密封胶将仿生气流调节器粘接在气道壁面，轴承端盖上有供气通道与仿生气流调节器相接，以实现供气。独立仿生气流调节器俯视图如图5所示，整体轴承结构如图4所示。
实施例3
本实施例3与实施例1的基本结构相同，轴承端面布置有一个节流器，如图6所示。
实施例4
本实施例4与实施例1的基本结构相同，不同的是轴承端面布置有四个节流器，如图7所示。
实施例5
本实施例5与实施例1的基本结构相同，不同的是轴承端面布置有五个节流器，如图8所示。
实施例6
本实施例6与实施例1的基本结构相同，不同的是轴承的形状为矩形，如图9所示。
实施例7
本实施例7与实施例1的基本结构相同，不同的是轴承的形状为矩形，轴承端面布置有四个节流器，如图10所示。
实施例8
本实施例8与实施例1的基本结构相同，不同的是轴承的形状为矩形，轴承端面布置有五个节流器，如图11所示。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，包括端盖(1)、轴承体(2)以及仿生气流调节器(3)，所述端盖(1)通过螺钉(12)与所述轴承体(2)连接，所述端盖(1)与所述轴承体(2)之间通过密封胶密封，所述轴承体(2)在竖直方向上贯穿设有安装孔，所述仿生气流调节器(3)固设于所述端盖(1)下侧并收容于所述安装孔内，所述仿生气流调节器(3)包括一端固设于所述端盖(1)下侧的支撑柱(5)以及装配于所述支撑柱(5)另一端的褶型气囊(4)，所述端盖(1)与所述支撑柱(5)内设有供气通道(6)，所述支撑柱(5)上设有连通所述供气通道(6)与所述褶型气囊(4)的出气孔(7)，所述安装孔从上至下依次包括相互连通的收容腔(13)、节流器(9)以及均压腔(11)，所述轴承体(2)内设有连通外界环境与所述收容腔(13)的气道(8)，节流器(9)的出气端(10)与均压腔(11)连通。
2.如权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述气道(8)的截面形状是圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述气道(8)沿长度方向上的各个位置的截面形状和尺寸不一致。
4.如权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，该仿生主动静压气体轴承的表面形状是圆形或者矩形。
5.根据权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述节流器为小孔节流器或者环面节流器。
6.根据权利要求5所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述小孔节流器(9)数量是一个或者多个，且排布方式不限。
7.根据权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述供气通道(6)的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述出气端(10)的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述均压腔(11)的截面形状为圆形、矩形、菱形、半圆形、三角形中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的一种仿生主动静压气体轴承，其特征在于，所述螺钉(12)的数量是4个，且排布方式不限。
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