[发明专利]空气静力轴承心轴

说明书

技术领域

本发明涉及空气静力轴承心轴以及用于这种心轴的轴承。 

背景技术

这样的空气静力轴承心轴典型地用在诸如高速钻孔的加工应用中，例如印刷电路板的钻孔。这样的钻孔机可以在比方说50,000到300,000rpm范围的转速下运转。尤其在印刷电路板钻孔中，要求具有可以在大范围的转速下工作从而对大范围的刀具直径适用的心轴。(一般而言，刀具直径越小，刀具必须转得越快以获得足够的切削速度从而提供满意的钻孔。) 

在高速空气静力心轴的设计中，最重要的设计参数之一是对轴组件的在轴颈气膜中生成的同步共振频率的预测。有两个受关注的基本频率，通常被称为圆柱的和圆锥的旋振频率——其描述了轴在轴承系统内的运动。虽然通过仔细设计和精确平衡极有可能使轴在这些共振频率内以及大大超出这些共振频率而运转，但是由于在这些高转速下气膜减振的减少，轴会在共振频率附近表现出相当大的径向偏摆。理想地，将心轴设计为使得这两个频率恰好一致，从而将偏摆较大的频率范围最小化，但是这仍存在问题，尤其是心轴要在大范围的速度下工作的情况下。 

同样真实的是，为了适应加工中所涉及的力，通常选择可以在最高期望速度下工作的最大心轴轴径。 

不幸地，这在高速时增加了轴离心增大的问题，并因此在最高速度时增加了在轴和径向空气轴承之间保持足够间隙的问题。这通常导致在较低速度时存在大于要求的间隙。这就接着会对轴承性能尤其是刚度和减振产生不利的影响，这会导致增加上述的、共振频率下的动态问题。 

发明内容

本发明的一个目的在于提供旨在减轻现有心轴遇到的至少一些问题的空气静力轴承心轴和轴承。 

根据本发明的一个发明点，提供了一种空气静力轴承心轴，其包括一个轴颈处于空气静力轴承内的轴，所述轴承包括至少一系列喷嘴，用于供应气体从而在轴和轴承之间产生轴颈气膜，其中所述喷嘴绕轴承的圆周以这样的方式布置，使得在使用中绕轴承产生不均匀的压力分布，导致轴在轴承内部采用一个离轴(off-axis)的位置。 

这样的布置可以产生减振作用，该减振作用有助于在达到一个或多个共振频率时限制轴在轴承内的偏摆。该减振作用其特征可在于可以描述为挤压膜减振作用。偏摆的附加减振可以源自轴承内的挤压膜减振系数的增大。 

根据本发明的另一个发明点，提供了一种空气静力轴承心轴，其包括一个轴颈处于空气静力轴承内的轴，所述轴承包括至少一个供应口，用于供应气体从而在所述轴和所述轴承之间产生轴颈气膜，其中所述心轴以这样的方式布置，使得在使用中绕所述轴承产生不均匀的压力分布以产生减振作用，从而控制所述轴在所述轴承内的偏摆。 

所述不均匀的压力分布可以使所述轴在使用中在轴承内部采用一个离轴位置。 

所述轴承可以包括至少一个喷嘴系列，用于供应气体从而在所述轴和所述轴承之间产生轴颈气膜，其中所述喷嘴绕所述轴承的圆周以这样的方式布置，使得在使用中绕所述轴承产生不均匀的压力分布从而使轴在轴承内部采用一个离轴位置。 

在所述系列中的每个喷嘴可以是平口喷嘴。在空气静力轴承中传统使用的类型中，术语平口喷嘴被使用不同于凹口喷嘴。在凹口喷嘴中，喷嘴的出口布置在轴承表面的凹口或凹陷部分中。在平口喷嘴中，喷嘴的出口在轴承表面。使用平口喷嘴也可能有助于减振。 

在所述喷嘴系列中的喷嘴可以布置为绕轴承表面不完整的一周。 

喷嘴可以绕所述轴承的圆周不均匀分布。 

喷嘴可以绕轴承的圆周布置，使得存在一个有喷嘴区域和一个无喷嘴区域，其中无喷嘴区域占有圆周的一部分，该部分大于在有喷嘴区域中相邻喷嘴之间的平均圆周间隔。优选地，在有喷嘴区域内的喷 嘴等间隔分布。喷嘴可以这样布置，使得在与无喷嘴区域的每个端部交界的喷嘴之间的圆周间隔是在有喷嘴区域中的喷嘴之间的圆周间隔的整数倍。 

喷嘴可以绕轴承的圆周不对称地分布，使得如果考虑将该圆周分为两个且仅分为两个区域，每个区域包括至少两个喷嘴，那么在其中一个区域中相邻喷嘴的平均间隔大于在另一区域中相邻喷嘴的平均间隔。 

可以具有两喷嘴系列，所述系列互相轴向地间隔开。 

在一些实施方案中，一系列内的喷嘴的出口可以布置在一条绕轴承表面的圆周线上。在另一些实施方案中，一系列内的喷嘴的出口可以互相轴向地间隔开。可以例如以交错布置的方式设置所述出口。