[发明专利]静压气浮复合轴及工作方式

说明书

技术领域

本发明属于静压空气轴承、高速轴承技术领域，具体涉及一种静 压气浮复合轴及工作方式，主要用于涡轮增压器、燃气发动机、燃气 发电机、氢燃料电池等行业。

技术背景

静压空气轴承是气体轴承的常见形式之一，静压空气轴承由于运 转速度高、回转精度高、润滑洁净环保等优点，逐渐被广泛应用于精 密加工行业、低温压缩行业、食品工业、医疗卫生行业、核工业、航 空航天等领域。但是静压空气轴承运行时必须有一专用压缩气源，一 旦气源出现故障停气，静压空气轴承将彻底损坏。在静压空气轴承启 动时，必须先开启压缩气源，当压力达到一定值时才可启动。在静压 空气轴承停止工作时，气源必须延时关闭。这种苛刻的要求使得在特 殊场合使用静压空气轴承受到了极大的限制。

高速轴承应用已非常广泛，如电主轴行业。但是高速轴承对使用 环境要求较高，如润滑、冷却等。最大缺陷是不能长期工作，寿命有 限。

目前在涡轮增压器、燃气发动机、燃气发电机、氢燃料电池等行 业，急需一种传动轴，希望具备静压空气轴承的优点或者具备高速轴 承的优点，但同时又没有以上使用条件的苛刻限制。由于使用场合条 件有限，所以又不能满足静压空气轴承或高速轴承的使用条件。为解 决这些问题我们设计了一种静压气浮复合轴，这种复合轴分时利用了 静压空气轴承和高速轴承的优点，又避开了静压空气轴承和高速轴承 的缺点。此项目为自主研发产品。

发明内容

本发明的目的是提出一种静压气浮复合轴及工作方式，使所提出 的静压气浮复合轴结构和工作方式可分时利用静压空气轴承和高速 轴承的优点，并可避免静压空气轴承和高速轴承的缺点。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种静压气浮复合轴，具有主轴、高速轴承和气浮轴轴套；主轴 由两只高速轴承支撑安装在气浮轴轴套内，主轴与轴承内圈压紧配 合，轴承外圈与气浮轴轴套内壁压紧配合，构成气浮轴结构；在气浮 轴的两端设置有端盖，用以对气浮轴端面起止推作用；喷嘴体压配安 装在复合轴轴套内，气浮轴安装在复合轴的喷嘴体内，两者之间具有 一定的间隙；没有压缩空气时，气浮轴和喷嘴体直接接触，当压缩空 气达到一定气压时，气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态：在主轴的一端 设置有驱动主轴旋转的动力配置，主轴的另一端设置有与主轴同轴的 叶轮；所述的叶轮位于压气腔内，压气腔有一气源输出给喷嘴体上的 喷嘴，用于给气浮轴的悬浮提供压缩空气；在所述的压气腔内设置有 压力单向阀，当压力达到一定值时，开始向发动机或燃气机的燃烧室 送气；即所述的压气腔具有两个排气口，其中一个排气口与为多个喷 嘴提供压缩空气的分配腔连通，用以为气浮轴的悬浮旋转提供压缩空 气；另一个排气口连通发动机或燃气发电机的燃烧室，为发动机或燃 气发电机的燃烧室提供压缩空气。

所述的喷嘴体与复合轴轴套之间构成压缩空气的分配腔，喷嘴体 上的多个喷嘴进气端与压缩空气的分配腔连通，出口端与气浮轴轴 套、喷嘴体之间的间隙连通，为气浮轴的悬浮提供压缩空气。

所述设置在主轴一端驱动主轴旋转的动力配置可为电机、齿轮构 成或电机、带轮、传动带构成，也可在主轴的一端设置由气体驱动、 与主轴同轴的涡轮。

本发明静压气浮复合轴的工作方式为：启动和运动初始，驱动主 轴旋转的动力作用于主轴，由高速轴承支撑主轴高速旋转；主轴和高 速轴承与气浮轴轴套之间作相对运动：与主轴同轴的叶轮产生气流并 由压气腔集存产生的高压气体通过喷嘴体上的多个喷嘴作用于气浮 轴，使气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态，高速轴承、气浮轴轴套随主 轴同体旋转，此时主轴与高速轴承、气浮轴轴套之间处于相对静止状 态：气浮轴处于静压空气轴承的工作状态；在压气腔内气体的压力达 到一定值时，开始向发动机或燃气发电机的燃烧室提供压缩空气；主 轴的驱动动力关闭，压缩空气的压力低于一定值时，压力单向阀自动 关闭，停止向发动机或燃气发电机的燃烧室提供压缩空气；随压气腔 内的气体压力逐渐降低，气浮轴由悬浮状态逐渐恢复为运动初始状 态，与喷嘴体接触，主轴的惯性能量在高速轴承支撑下继续旋转，直 到完全停止。

本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)稳定工作状态具有静压空气轴承的优点，即低摩擦、低功耗、 高精度、稳定性好等。

(2)气浮复合轴的主轴启动时由高速轴承支撑，启动扭矩小且易于 启动。