一种主动静压气体推力轴承

技术领域

本发明属于机械领域，尤其涉及一种主动静压气体推力轴承。

背景技术

超精密加工要求轴承具有高刚度性能，刚度越大，轴承抵抗外部载荷或冲击变化的能力越强，外载荷变化所引起的气膜厚度变化越小，对应振幅也就越小，从而使加工误差得以降低。小孔节流静压气体轴承有很广泛的应用，且具有较高的刚度，但是，小孔节流静压气体轴承的高刚度尤其是最大刚度通常只能保持在一个极小的气膜厚度区域，一旦气膜厚度不在这个区域，轴承的刚度就会明显降低。因此，为了满足超精密加工的需求，迫切的需要找到一种能让小孔节流静压气体轴承既获得高刚度，同时又在较大气膜厚度变化区域一直处于高刚度的办法。轴承的刚度等于承载能力的变化除以气膜厚度的变化，所以如果能够让轴承的气膜厚度不变或者只发生微小变化时，轴承的承载能力仍然能够改变，且该特性在任意气膜厚度都能够实现，那么就能让轴承实现宽气膜厚度区域的高刚度特性。小孔节流静压气体轴承的承载能力除了会受到气膜厚度的影响，还会受到均压腔体积的影响。因此，如果能够在轴承工作的过程中根据状态需求，实时的改变均压腔体积，那么就能够在不改变气膜厚度的情况下让承载能力发生改变，从而获得高刚度。而这种调控过程在任意气膜厚度下都能实施，所以能够让轴承的刚度在较宽气膜厚度区域内都一直处于最大值。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种主动静压气体推力轴承。本发明为满足超精密加工对小孔节流静压气体轴承高刚度的苛刻需求，通过均压腔体积可控的静压气体轴承来实现高刚度，并让轴承的高刚度保持在一个较大的气膜厚度变化区域。

为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：

一种主动静压气体推力轴承，包括轴承本体，所述轴承本体上安装有小孔节流器，所述小孔节流器包含节流孔，节流孔的出气端成形有均压腔；节流孔和均压腔形成均压结构；所述节流孔内安装有与节流孔紧密配合的调节棒，调节棒连接有压电陶瓷片，压电陶瓷片与轴承本体固定连接；压电陶瓷片通过带动调节棒沿节流孔轴向运动，调节均压结构的体积，从而调节轴承的承载能力。

进一步的改进，所述调节棒为T形调节棒；压电陶瓷片通过强力粘接胶粘贴在轴承本体内，T形调节棒的底板两端分别通过强力粘接胶粘贴于压电陶瓷片上。

进一步的改进，所述节流孔的直径小于或等于均压腔的直径。

进一步的改进，所述轴承本体的径向截面形状为圆形或矩形。

进一步的改进，当所述轴承本体的径向截面形状为圆形时小孔节流器的数量≥3；当所述主动静压气体推力轴承的径向截面形状为矩形时，小孔节流器数量≥4；所述小孔节流器在轴承本体上均匀分布。

进一步的改进，所述轴承本体上安装有圈到圈小孔节流器；处于同一圈上的小孔节流器的均压腔内径相同。

进一步的改进，所述均压腔的截面为圆形、矩形、菱形或三角形；：压电陶瓷片的截面形状为圆形、矩形、菱形或三角形；T形调节棒与压电陶瓷片的邻近端的截面形状为圆形、矩形、菱形或三角形；T形调节棒与均压腔的邻近端的截面形状为圆形、矩形、菱形或三角形。

进一步的改进，所述轴承本体上通过螺栓连接有轴承端盖；压电陶瓷片固定在轴承端盖。

进一步的改进，所述轴承本体上成形有凹槽；T形调节棒的底板两端通过压电陶瓷片与凹槽顶部相连。

本发明的优点：

本发明通过T型调节棒的上下运动，实时调节均压腔的体积。均压腔的体积改变会直接改变轴承的承载能力，轴承可以在气膜厚度不变或者只发生微小变化时，承载能力形成明显的改变，从而让轴承获得高刚度。该方法适用于任意气膜厚度，所以轴承可以获得宽气膜厚度变化区域的高刚度效果。

附图说明

图1为实施例1圆形轴承的分体式的主视图，其中1为轴承端盖，2为轴承，该轴承可以是圆形的、矩形的、甚至其他形状，3为节流孔，4为均压腔，5为强力粘接胶，6为压电陶瓷片，7为T形调节棒。

图2为实施例1对应的圆形轴承的仰视图，节流器为中心节流设计，数量为1个。

图3为本发明圆形轴承的整体式的主视图，其中2为轴承，3为节流孔，4位均压腔，5为强力粘接胶，6为压电陶瓷片，7为T形调节棒，8为凹槽。

图4为实施例2对应的圆形轴承的主动控制系统，主动控制系统包括压电陶瓷片和T形调节棒。

图5为实施例3的圆形轴承的仰视图，节流器设计为1圈，数量为4个。

图6为实施例4的圆形轴承的仰视图，节流器设计为1圈，数量为5个。

图7为实施例5的矩形轴承的仰视图，节流器设计为1圈，数量为7个。

图8为实施例6的矩形轴承的仰视图，节流器设计为2圈，数量为8个。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案作具体说明。

实施例1

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1

图1为本发明的轴承结构示意图；图4为压电陶瓷片6和T形调节棒7组成的主动控制系统的局部结构示意图，通过压电陶瓷片6的变形，带动T形调节棒7的上下运动，实现对均压腔4体积的实时控制，并让轴承在气膜厚度不变或者只发生微小变化时，承载能力也发生明显改变，从而使轴承获得高刚度。

实施例2

本实施例与实施例1的基本结构类似，不同的是，本实施例上表面中心开了凹槽8，用于放置压电陶瓷片6和T形调节棒7组成的主动控制系统，通过控制压电陶瓷片6的变形来带动T形调节棒7的运动，实现对均压腔4体积的实时控制，使轴承获得高刚度，如图3所示。

实施例3

本实施例与实施例1的基本结构类似，不同的是，本实施例中的底面设置了4个孔，外围一圈3个孔，相邻两孔中心与轴承中心的连线所成的角为120°，如图5所示。

实施例4

本实施例与实施例1的基本结构类似，不同的是，本实施例中的底面设置了5个孔，外围一圈4个孔，相邻两孔中心与轴承中心的连线所成的角为90°，如图6所示。

实施例5

本实施例与实施例1的基本结构类似，不同的是，本实施例中的轴承为矩形，且底面设置了7个孔，如图7所示。

实施例6

本实施例与实施例1的基本结构类似，不同的是，本实施例中的轴承为矩形，且底面设置了8个孔，如图8所示。

上述仅为本发明的一个具体导向实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明的保护范围的行为。