[发明专利]一种基于蜂鸟翅膀结构的气体动压止推轴承

说明书

本发明公开了一种基于蜂鸟翅膀结构的气体动压止推轴承，属于滑动轴承领域。该轴承包括主轴、转子止推板和止推轴承，转子止推板和主轴固定连接，与转子止推板同轴心的下方设有止推轴承，转子止推板与止推轴承之间为气膜；止推轴承上表面均匀开有模拟蜂鸟翅膀结构的凹槽。空气从凹槽的前边缘进入，通过凹槽的节流作用在台区与凹槽交界处改变气体速度和密度，形成一个高压气体区，使得气体动压止推轴承具有更高的承载能力；同时由于凹槽圆周阵列于止推轴承的上表面，高压气体因此可以均匀分布于气膜中，提高了气体动压止推轴承的稳定性，使得该轴承的整体性能得以提升。

技术领域

本发明涉及滑动轴承领域，具体为一种基于蜂鸟翅膀结构的气体动压止推轴承。

背景技术

止推轴承又叫推力轴承，常用于承受转轴的轴向力和对转轴进行轴向定位。气体润滑轴承具有精度高、寿命长以及热性能良好的优点，在高精密领域，如精密机床、氢燃料电池、光刻机、电子精密仪器及医疗器械等，具有广阔的应用前景。

根据气体润滑机理，气体轴承可以分为静压气体轴承和动压气体轴承。静压气体轴承是将外部的高压气体通过节流器，进入轴承间隙，形成高压气膜以支承负载。气体静压轴承必须配备相应的供气装置以及气体增压装置，使得气体轴承结构复杂，制造成本与运行成本较高。气体动压轴承是借助于转子止推板旋转时产生的动压效应，形成负载能力。

目前公知的气体动压止推轴承的承载能力低下，而且在转速过高的情况下容易失稳，这就使得气体动压止推轴承在实际生产与生活中的使用被限定在一定的范围内，而无法满足绝大多数的实际工况。

自然界中蜂鸟是唯一的一种能实现真正的悬停、前飞和倒飞的鸟类。蜂鸟飞行特性较为独特，主要是因为其翅膀结构的特殊性，飞行时的升力75%来自于翅膀上扇，25%来自翅膀的下扇。这种特殊的翅膀结构为蜂鸟的飞行提供了足够大的升力，使其能够进行高速飞行，同时也可以让蜂鸟实现在空中的悬停和高速机动的前飞、倒飞以及转向。而目前并没有在空气动压止推轴承上运用这种类似的结构使得止推轴承的性能提升。

发明内容

本发明提供一种基于蜂鸟翅膀结构的气体动压止推轴承，解决了现有止推轴承在高速运行情况下容易失稳和承载能力低下的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于蜂鸟翅膀结构的气体动压止推轴承包括主轴、转子止推板和止推轴承；转子止推板和主轴同轴心设置，两者固定连接；在转子止推板下方的主轴上安装止推轴承，所述止推轴承的上表面设有凹槽，所述凹槽之间为台区；所述止推轴承与主轴间隙配合，转子止推板与止推轴承之间为气膜。凹槽的设计相当于粘滞压缩器。轴承工作时止推轴承和转子止推板相对运动，相应地，两者间的气体也发生相对运动；相对运动过程中受到阻碍的气流经凹槽的节流阻挡作用，在凹槽与台区的交界处气体的速度和密度改变，使得止推轴承与转子止推板间气膜的气体压力升高，从而形成支承负载能力。

单个所述凹槽相对于止推轴承上表面的半径所在直线倾斜设置，这样以来在轴承工作时有利于外部气体能够更好地从前边缘泵入到靠近轴承内部的凹槽之中；若干个所述的凹槽呈圆周阵列分布于止推轴承上表面，凹槽的等间距排列使得高压气膜在止推轴承和转子止推板之间分布均匀，提高了止推轴承在运行过程中的稳定性。

单个所述凹槽的外轮廓呈蜂鸟翅膀结构的流线型；凹槽包括前边缘、下边缘、上边缘和后边缘。前边缘长度小于后边缘，上边缘长度小于下边缘，凹槽的外轮廓边缘模拟了蜂鸟翅膀的形状，由于蜂鸟翅膀结构的流线性好，这样可以使空气进入止推轴承的速度加快，使得止推轴承与转子止推板之间的间隙气体速度和密度改变，台区部分对应的气膜动压升高。由于蜂鸟翅膀的特殊生理结构，导致蜂鸟在飞行过程中产生更大的升力，而止推轴承上模拟蜂鸟翅膀结构的凹槽也可以使轴承具有更大的承载能力。