[发明专利]一种微型箔片气体动压轴承

说明书

技术领域

本发明涉及空气轴承技术领域，具体涉及一种微型箔片气体动压轴承。

背景技术

作为微机电系统(micro-electro-mechanical system(MEMS))的重要分支，微旋转机械不但可以为MEMS提供能源，而且是非常重要的执行机构，如远程机器人用微型燃气轮机、微型燃料电池用微型空压机、儿童人工心藏、微型无人机的推进器、微型机器人和微小卫星的发电系统等。近年来随着3D打印、激光加工、Mold SDM等技术的发展，为微转动机械的发展提供了重要的技术支持和发展契机。然而，轴承作为机电系统中的基础核心部件，一直滞后于其他技术的发展，已成为限制微旋转机械高效稳定运转的“卡脖子”关键技术。微型机械中的摩擦、磨损、润滑问题相比宏观旋转机械而言更为突出，因此对微观轴承的要求更高。然而，在微观尺度下由于各种限制可供选择的轴承形式是十分有限的。目前主要采用的轴承形式有微型陶瓷球轴承、气体静压轴承、磁轴承。但这些方案要么尺寸过大，要么需要外部气源，都只能算是仅适用于实验室的中间方案。

气体轴承具有速度高、精密度高、耐高温、摩擦损耗小、寿命长等优点，经过最近几十年的迅速发展，气体轴承已经在高速支承、高精密支承等领域取得了广泛应用。目前气体轴承已经发展出多种类型，主要分为动压型和静压型。动压型中又有箔片式、人字槽式和侧倾瓦式等多种结构。其中箔片气体轴承凭借其优异性能得到了广泛的关注和研究。在箔片气体轴承中，箔片是主要的支承结构，它应该具有一定的刚度和阻尼，使轴承相应获得一定的承载能力和缓和冲击振动的能力。现有的箔片轴承已经具有一定的刚度值，其承载能力较最初的结构已经提高了三到四倍。然而轴承的阻尼值却没有大的提高，这导致轴承的临界转速较低，在高速运转时容易失稳甚至卡死。

LIGA是德文Lithographie，Galvanoformung和Abformung三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写。LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术(工艺流程如图所示)，主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，使LIGA技术能够制造出高宽比达到500、厚度大于1500μm、结构侧壁光滑且平行度偏差在亚微米范围内的三维立体结构。这是其它微制造技术所无法实现的。LIGA技术被视为微纳米制造技术中最有生命力、最有前途的加工技术。利用LIGA技术，不仅可制造微纳尺度结构，而且还能加工尺度为毫米级的Meso结构。

大尺寸的空气箔片经过几十年的发展，其工艺和性能分析已趋近成熟，但是如果将大尺寸的空气箔轴承进行微型化，那么将是极为困难的。首先是波箔具有极为复杂的结构，很难用非常薄的金属薄片去制作，同时又能保证良好的表面光洁度。其次微型空气所应用的波箔是极为微小的，安装如此小的波箔到轴承上是极为困难的。而且对于微型空气轴承而言，连续的波箔结构使得对轴承的性能分析是非常困难的。

发明内容

本发明正是为了至少部分地解决上述技术问题，而提供一种微型箔片气体动压轴承，以在一定程度上解决了波箔难加工，难以装配到轴承上和轴承性能分析困难等问题，提高现有微型气体轴承的稳定性。

为了达到上述目的，本发明的提供了一种微型箔片气体动压轴承，包括轴承体、顶层箔片和和复合弹性波箔结构，所述复合弹性波箔结构通过连接顶层箔片进行圆周定位，所述复合弹性波箔结构包括外弹性波箔和内弹性波箔，所述复合弹性波箔结构的内侧凸面与所述顶层箔片的外表面相切处连接，所述复合弹性波箔结构的外侧凸面与所述轴承体的内表面接触，所述轴承体起安装、保护和支撑的作用；所述顶层箔片内表面形成轴承与转轴的配合面。

进一步，所述复合弹性波箔结构中的外弹性波箔和内弹性波箔采用整体式结构。

进一步，所述顶层箔片与转轴接触的表面设置有镀层。

进一步，所述复合弹性波箔结构在圆周方向上均匀分布，所对应的的中心角度为β，其个数N＝3600/β。

进一步，所述复合波箔结构可进行小幅度的变形。

进一步，复合弹性波箔结构采用多足式波箔结构。

本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：