[发明专利]一种具有表面织构的组合气体轴承及表面织构设计方法

说明书

本发明公开了一种具有表面织构的组合气体轴承，包括半圆弧形的固定瓦块，正对着固定瓦块的开口设置有半圆弧形的可倾瓦块单元，固定瓦块与可倾瓦块单元共同围成圆柱形，可倾瓦块单元的内表面设置有表面织构，可倾瓦块单元的外表面设置有可倾瓦块支撑体。本发明还公开了一种具有表面织构的组合气体轴承的表面织构设计方法，通过采用遗传进化策略，动态运用选择、交叉和变异等操作，实现可倾瓦块表面织构形状、尺寸参数和分布位置的最优配置，从而最大程度地提高具有表面织构的组合气体轴承的承载性能，改善轴承的服役可靠性。

技术领域

本发明属于气体轴承动力润滑装置技术领域，具体涉及一种具有表面织构的组合气体轴承，还涉及一种表面织构设计方法。

背景技术

具有表面织构的组合气体轴承因具有无污染、低噪音、低成本和高转速等特点，在微型燃气轮机发电机组和新型高速高能电机等新一代微型高速动力驱动装置领域得到了广泛的应用。但是，随着新一代微型高速动力驱动装置向高效率、高服役可靠性方向发展，其重要支撑部件具有表面织构的组合气体轴承的服役工况越来越苛刻，对具有表面织构的组合气体轴承的性能要求也越来越高。目前，制约具有表面织构的组合气体轴承性能的根源主要在于轴承-转子系统与润滑气体相互作用时的承载性能，因此，提高具有表面织构的组合气体轴承性能的关键在于改善轴承承载能力。

表面织构技术是随着离子刻蚀、表面喷丸、机械微刻以及激光技术等的发展而逐渐发展起来的一种表面处理手段，通过在摩擦副表面加工出合适尺度的表面织构(如：凹槽、凹坑)，能够凭借其二次润滑、容纳磨损颗粒和附加流体动压效应，有效改善摩擦副的承载能力。但是，由于表面织构的形状、尺寸参数、分布形式等对摩擦副的承载能力有较大影响，因此，对表面织构的形状、尺寸参数和分布形式进行优化设计能够最大程度地提高摩擦副承载能力。

目前，尚未见在具有表面织构的组合气体轴承表面进行表面织构以改善承载性能的相关专利报道。如何在具有表面织构的组合气体轴承表面进行表面织构优化设计，实现承载能力的最优化，对突破具有表面织构的组合气体轴承性能制约，推动新一代微型高速动力驱动装置向高效率、高服役可靠性方向发展有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有表面织构的组合气体轴承，解决了现有技术组合气体轴承性能的承载能力不足的问题。

本发明的另一个目的是提供一种具有表面织构的组合气体轴承表面织构的设计方法，以实现轴承承载性能的最优化。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种具有表面织构的组合气体轴承，包括半圆弧形的固定瓦块，正对着固定瓦块的开口设置有半圆弧形的可倾瓦块单元，固定瓦块与可倾瓦块单元共同围成圆柱形，可倾瓦块单元的内表面设置有表面织构，可倾瓦块单元的外表面设置有可倾瓦块支撑体。

本发明的特点还在于，

可倾瓦块单元包括多个可倾瓦块，表面织构设置于每个可倾瓦块的内表面，可倾瓦块支撑体设置在可倾瓦块的外表面中间位置。

可倾瓦块的轴向表面织构率t为100％、周向表面织构率s为10％-50％、表面织构起始角度比k不大于50％，

其中，轴向表面织构率t为表面织构区域的轴向宽度b_t与可倾瓦块宽度b的比值，

周向表面织构率s为表面织构区域的周向角度β_t与可倾瓦块包角β的比值，

表面织构起始角度比k为表面织构距离可倾瓦起始边的角度β_s与可倾瓦块包角β的比值。

表面织构为均匀排列的凹坑或凹槽。

当表面织构为均匀排列的凹坑时，凹坑形状为半球形、圆柱形或立方体形。

当表面织构为均匀排列的凹槽时，凹槽的横截面形状为抛物线形或矩形。