一种主动式轴型组合空气轴承

技术领域

本发明涉及使用箔片式轴承的技术领域，具体地为一种主动式轴型组合空气轴承。

背景技术

空气轴承在工业领域中有着广泛地应用。常规的机械接触式滚动轴承转速越高，对轴承精度，润滑等要求越高，使用寿命越短。空气轴承把主轴在空气中悬浮起来，没有机械接触，使用清洁空气作为润滑剂，磨损程度降到了最低，因而其可以提供极高的径向和轴向旋转精度，在高速、低摩擦、高温、低温及有辐射性的场合，显示了独具的优越性。

但是，空气轴承在不同应用工况中起飞转速和最高转速都是需要面临的挑战。起飞转速越高，箔片与轴之间接触磨损概率也越高。同样，最高转速越高，轴承摩擦损失也越高，轴承发热量也越大。

发明所要解决的问题

空气轴承在起飞时需要的转速较高，在轴开始旋转一直到起飞之前，轴与周围的箔片相互接触，持续的高速摩擦会产生大量的热量，同时轴和箔片即使表面涂有耐磨材料，轴和箔片仍然会出现磨损的现象。热量和磨损是引起失效的因素中占比较大的项目，需要从结构设计、材料、工艺等方面控制轴和箔片的发热及磨损。

空气轴承在起飞后虽然是在气膜的包裹下运动，与箔片没有接触，但高速的轴与高速的气膜仍然会发生摩擦，高速的气膜与轴承也仍然会发生摩擦，根据轴承摩擦引起的功率损失公式可以得到，轴承的功率损失与轴承的总摩擦力矩和转速呈正相关，在这两个因素中，控制转速相对于控制总摩擦力矩更为容易。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有的箔片轴承易损坏的问题，提供了一种通过结合箔片轴承、滚珠和电机来使箔片轴承的轴承座转动起来，达到箔片环中滚轴更快且在更低转速下起飞、高转速的滚轴与低速旋转的内轴承座同向旋转，降低了转轴的实际相对转速，减少了转轴和内轴承座之间的相对摩擦和发热，减少磨损损耗，提高整体产品的使用寿命和质量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种主动式轴型组合空气轴承，包括外轴承座、内轴承座、滚轴和若干滚珠，所述内轴承座包括外滚珠轴座、内空气轴座和延长同轴座，各滚珠处于外轴承座和外滚珠轴座之间，所述内空气轴座内壁上设有箔片环，所述滚轴处于箔片环内，所述延长同轴座一端连接有驱动电机。在滚轴启动转动的同时，驱动电机开始转动，但是驱动电机的转动方向和滚轴的转向相反，带动内轴承座反向转动，此时滚轴和内轴承座的相对转速，是两者的速度相加，这样提高了滚轴的起飞的相对转速，滚轴内的气膜在两个方向相反的作用力下其气体外圈层跟随内空气轴座旋转，内圈层跟随滚轴旋转，气体间相对流速变快（气膜流动需额外特别设计，以确保气膜能稳定工作并确保气膜内能耗受控），静压增大，可以让箔片环中滚轴更快且在更低转速下起飞，在滚轴起飞后转速逐渐升高时，驱动电机逐渐减速并反向转动，即可在滚轴高速旋转动时，驱动内轴承座和滚轴保持同向旋转，中高转速的滚轴与低速旋转的内轴承座同向旋转，以此来达到降低滚轴和内轴承座之间相对转速，原先的转轴最高转速减去内轴承座的同向转速，即是转轴相对与内轴承座的实际相对转速，减少了转轴和内轴承座之间的相对摩擦以及发热，减少磨损损耗，提高整体产品的使用寿命和质量。

作为优选，所述驱动电机包括电机转轴和电机定子，所述延长同轴座和电机转轴连接。

作为优选，所述驱动电机启动阶段：电机转轴转动方向与滚轴转动方向相反，滚轴起飞稳定后：电机转轴逐渐减速并反向旋转，和滚轴转动方向相同。

作为优选，所述箔片环包括至少三片独立刚性箔片依次首尾相连组成。

作为优选，所述独立刚性箔片包括弧形刚性承载部和弹性形变引脚部。独立刚性箔片在受到外界振激后，具有良好的形变空间，箔片环的形状跟随中心转轴以及空气膜的转移而变形迅速，箔片环有良好的跟随性，保证气膜能够随着轴的振动均匀分布，箔片环不容易和转轴发生碰撞。

作为优选，独立刚性箔片数量为五片。

作为优选，所述外滚珠轴座、内空气轴座和延长同轴座为一体成型结构。提高整体结构的稳定性，保证电机转子转速和滚轴保持同步转动。

本发明具备的有益技术效果是：驱动电机的转动方向和滚轴的转向相反，带动内轴承座反向转动，提高了滚轴的起飞的相对转速，让箔片环中滚轴更快且在更低转速下起飞；

高转速的滚轴与低速旋转的内轴承座同向旋转，降低了转轴的实际相对转速，减少了转轴和内轴承座之间的相对摩擦和发热，减少磨损损耗，提高整体产品的使用寿命和质量。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的正面结构示意图；

图3是本发明的侧面结构示意图；

图中：外轴承座1、滚珠11、内轴承座2、外滚珠轴座21、内空气轴座22、延长同轴座23、箔片环3、独立刚性箔片31、弧形刚性承载部311、弹性形变引脚部312、滚轴4、驱动电机5、电机转轴51、电机定子52。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。

实施例

如图1所示：一种主动式轴型组合空气轴承，包括外轴承座1、内轴承座2、滚轴4和若干滚珠11，各滚珠处于外轴承座和外滚珠轴座21之间，内空气轴座22内壁上设有箔片环3，滚轴4处于箔片环3内。

如图2所示：内轴承座2包括外滚珠轴座21、内空气轴座22和延长同轴座23，外滚珠轴座21、内空气轴座22和延长同轴座23为一体成型结构。箔片环3包括五片独立刚性箔片31依次首尾相连组成，独立刚性箔片31包括弧形刚性承载部311和弹性形变引脚部312。独立刚性箔片在受到外界振激后，具有良好的形变空间，箔片环的形状跟随中心转轴以及空气膜的转移而变形迅速，箔片环有良好的跟随性，保证气膜能够随着轴的振动均匀分布，箔片环不容易和转轴发生碰撞。

如图3所示：驱动电机5包括电机转轴51和电机定子52，延长同轴座23和电机转轴51连接，延长同轴座23一端连接有驱动电机5。

本实施例中，在滚轴4启动转动的同时，驱动电机5开始转动，但是驱动电机5的转动方向和滚轴4的转向相反，电机转轴51带动内轴承座2反向转动，此时滚轴4和内轴承座2的相对转速，是两者的转动速度相加，这样相对的提高了滚轴的起飞的相对转速，滚轴上的气膜在两个方向相反的作用力下其气体外圈层跟随内空气轴座旋转，内圈层跟随滚轴旋转，气体间相对流速变快，（气膜流动需额外特别设计，以确保气膜能稳定工作并确保气膜内能耗受控），静压增大，可以让箔片环3中滚轴4更快且在更低转速下起飞，在滚轴4起飞后转速逐渐升高时，驱动电机中电机转轴51逐渐减速并反向转动，即在滚轴4高速旋转动时，电机转轴51驱动内轴承座2和滚轴4保持同向旋转，中高转速的滚轴4与低速旋转的内轴承座2同向旋转，以此来达到降低滚轴和内轴承座之间相对转速，原先的转轴最高转速减去内轴承座的同向转速，即是转轴相对与内轴承座的实际相对转速，原滚轴相对与地面的转速不便，但是相对与内轴承座的转速降低，减少了转轴和内轴承座之间的相对摩擦以及发热，减少磨损损耗，提高整体产品的使用寿命和质量。

当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。