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你知道气体轴承用在哪?气体轴承工作原理是什么?


[中华轴承网] 2020/4/26 作者:中华轴承网

轴承类型中,我们是否听过:气体轴承,空气轴承,气浮轴承,这些类似的词语,说白了,这都是一类轴承,也就是说一个轴承好几个名字的那种。这类轴承我们常见于电子计算机、高速离心分离器、仪表机床、纺织机械、电流机械、陀螺仪、低温运转的制冷机、氢膨胀机和高温运转的气体循环器等中。

气体轴承的介绍:

气体轴承是指借助于轴承滑动副表面之间形成的压力气膜将负荷支撑起来的轴承,工作时滑动副表面之间完全由气膜分开。由于两个相对运动部件之间有一层气膜,其中一个处于“悬浮”状态,因此也被称为气浮轴承。

气体轴承属于滑动轴承中之流体滑动轴承,工作时为流体润滑状态,其润滑介质为气体(通常是空气,也可能是其它气体,比如氮气、二氧化碳等。由于多为压缩空气,所以也称空气轴承)。

气体轴承工作原理是什么呢?

根据气膜形成机理气体轴承主要分为两大类:气体静压轴承和气体动压轴承。

气体静压轴承工作原理:

气体静压轴承的压力气膜是由外部的压缩气体通过节流器导入滑动副表面之间形成,见图1。使用气体静压轴承必须配备洁净的外部气源。

气体静压轴承压力气膜的形成与运动无关,因此接通气源,轴承承载区就一直处于流体摩擦状态。

气体静压轴承分为径向气体轴承、止推气体轴承和球面气体轴承等。单独使用的止推气体轴承一般称为平面气体轴承或者气浮垫,主要用来实现线性运动,比如各类精密气浮线性运动平台、高频高加速线性驱动、无接触静压气浮输送系统等;径向气体轴承和止推气体轴承组合实现旋转运动,比如各类精密气浮转台、高速气浮电主轴、气浮主轴等;单独使用的径向气体轴承一般称为气浮轴套,除了转动外还可以实现沿轴向的滑动。

气体静压轴承在精密和超精密装备中应用广泛,比如集成电路生产设备、平面显示器生产设备、半导体生产设备、电子生产设备、太阳能电池生产设备、新型元器件生产设备、检验和测量设备、医疗设备以及高精度机床等。

图 1

气体动压轴承工作原理:

气体动压轴承亦称气动箔轴承(或气膜轴承),它是滑动轴承的一种,是各主要零件的加工精度、表面粗糙度以及各种相关参数的匹配都非常理想的滑动轴承。工作时在轴与轴承的工作区域形成一个完整的压力气膜,使金属脱离接触,形成纯气体摩擦。气体动压轴承按形成机理分为动压箔轴承、静压箔轴承、动静压混合轴承、压膜轴承等。

静压箔轴承靠外力形成纯气体摩擦,因需要较为复杂的供气系统,应用较少动静压混合轴承在启动时靠外部压力形成气楔,正常工作时由外部压力和动压压力共同作用下形成纯气体摩擦。动压箔轴承基于气体的动压原理:旋转的轴不断地把具有一定粘度的气体带入收敛的楔形间際,由于气体在被轴旋转吸入收敛的楔性间隙的过程中受到压缩,就产生气膜力,当在载荷方向上气膜力足以能平衡外载荷时,在轴与轴之间就形成了一个完整的压力气膜,使轴承与轴的表面
脱离接触,形成纯气体摩擦。

气体动压轴承的压力气膜是通过滑动副的相互运动将气体带入滑动副表面之间收敛性的区域而形成的,气膜大致为楔形。气体动压轴承不需要外部气源,因此也称为“自作用轴承”。

气体动压轴承在压力气膜的形成过程中,随着速度的提高,轴承承载区依次出现边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦,反之亦然。换言之,只有在相对速度达到一定值后滑动副之间为流体摩擦状态,图2 Stribeck曲线可以定性说明这一过程。

图2 Stribeck曲线

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