[发明专利]一种具备快速散热功能的气浮轴承结构

说明书

一种具备快速散热功能的气浮轴承结构，涉及三浮陀螺仪电机球形气体轴承设计领域；包括气体球轴、n个螺旋浅腔、2n个连接通道和环形散热槽；其中，气体球轴为半球体结构；气体球轴的水平面水平放置；环形散热槽水平设置在气体球轴的顶端外壁处；n个螺旋浅腔均匀设置在气体球轴的外壁；且位于环形散热槽一个的下方；2n个连接通道两两一组，分成n组；每组连接通道对应1个螺旋浅腔；且每组连接通道的顶部与环形散热槽连通；每组连接通道的底部与对应的螺旋浅腔连通；n为正整数；本发明经过散热设计的气浮轴承具备合理的尺寸，使得旋转磨损效应有效降低，不会出现气锤振动或涡动失稳现象，有效增加气浮轴承的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种三浮陀螺仪电机球形气体轴承设计领域，特别是一种具备快速散热功能的气浮轴承结构。

背景技术

气体轴承具有摩擦极小，精度高，无污染，寿命长，工作稳定等优点，气体的粘性约为液体粘性的千分之一，在极高的转速下摩擦损耗也非常小，因此特别适合极低和极高的转速下工作，如我国研制出的超高速精密空气主轴，转速达到3.3x105r/min，小型氦透平膨胀机转速达到6.5x105r/min，而三轴仿真气浮台的转动速度可低至0.06°/s～0.07°/s，这是液体轴承和普通的滚动轴承难以达到的。

气体轴承的气膜具有匀化误差的作用，轴承能达到比滚动轴承高百倍以上的精密度，且基本无振动、噪声。气体轴承在正常工作时无机械接触，润滑气体一般为空气或者惰性气体，理论上不存在磨损，在保持高精度的情况下同时具有长的寿命。同时气体静压轴承气膜厚度只有几到几十微米，要求零件具有高的加工精度，由于气体的可压缩性等特点，气源压力不能过高，承载能力和静态刚度比同尺寸的液体静压轴承约小一个数量级。当设计不当及使用不当时，会出现气锤振动或涡动而失稳，或者出现卡滞甚至咬合现象。

气体轴承在极高速旋转的过程中，随着气体动压的增加和气体粘性，会产生大量热量，随着时间的增加，这些热量会在狭小的气膜腔内快速聚集，导致轴承结构温度快速升高、轴承表面温度分布不均等问题，极大地影响高精度陀螺仪、高精度导轨等设备的使用精度。目前并没有很好的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种具备快速散热功能的气浮轴承结构，经过散热设计的气浮轴承具备合理的尺寸，使得旋转磨损效应有效降低，不会出现气锤振动或涡动失稳现象，有效增加气浮轴承的使用寿命。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种具备快速散热功能的气浮轴承结构，包括气体球轴、n个螺旋浅腔、2n个连接通道和环形散热槽；其中，气体球轴为半球体结构；气体球轴的水平面水平放置；环形散热槽水平设置在气体球轴的顶端外壁处；n个螺旋浅腔均匀设置在气体球轴的外壁；且位于环形散热槽一个的下方；2n个连接通道两两一组，分成n组；每组连接通道对应1个螺旋浅腔；且每组连接通道的顶部与环形散热槽连通；每组连接通道的底部与对应的螺旋浅腔连通；n为正整数。

在上述的一种具备快速散热功能的气浮轴承结构，所述的环形散热槽为环形凹槽结构；环形散热槽的截面为倒置梯形形状；梯形截面的上边L1长为500mm；下边L2长为200mm；高为8μm。

在上述的一种具备快速散热功能的气浮轴承结构，所述环形散热槽与连接通道连通的底边圆弧半径为5.6-5.7mm。

在上述的一种具备快速散热功能的气浮轴承结构，所述的螺旋浅腔为螺旋凹槽结构；螺旋浅腔的凹槽截面为矩形形状；螺旋浅腔凹槽的槽宽为1.9-2.0mm；槽深为6μm；12≤n≤24。

在上述的一种具备快速散热功能的气浮轴承结构，所述的螺旋浅腔的母线为螺旋线；母线的螺距为17.1-17.2mm；高度为4.6mm；螺旋浅腔顶部的钝角顶点为圆角结构；钝角顶点圆角的半径为0.5mm；螺旋浅腔顶部的锐角顶点为圆角结构；锐角顶点圆角的半径为0.1mm。