專利名稱：一種多孔質氣體靜壓止推軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體靜壓止推軸承，尤其涉及一種高剛度和高穩定性的多 孔質氣體靜壓止推軸承。
背景技術：
發展國防工業、微電子工業等尖端技術需要精密和超精密的儀器設備，精 密儀器設備要求高速、高精度的靜壓支撐軸承。氣體靜壓支撐軸承具有明顯的 特點，其壓力氣膜具有均化效應，因而振動小，旋轉精度高；氣體的粘度很低， 因此摩擦損耗小，發熱變形也小；無物體間的接觸，理論上認為沒有磨損，所 以壽命長；氣體靜壓支撐軸承對環境無污染，因此無需考慮密封問題。基于以 上特點，氣體靜壓支撐軸承廣泛應用于航空航天工業、半導體工業和超精密加 工設備與測量儀器中。
氣體靜壓支撐軸承的承載能力和剛度與支撐的結構尺寸、供氣壓力以及節 流的形式有關。節流形式的不同，直接影響支撐軸承的承載能力和剛度。氣體 靜壓支撐軸承采用的節流方式主要是小孔節流、狹縫節流、表面節流和多孔質 節流等。目前，國內外對上述氣體靜壓支撐軸承的節流方式都有不同程度的研 究和應用。應用廣泛的小孔節流氣體靜壓支撐軸承的剛度較高，但承載能力較 低，穩定性較差。整體多孔質氣體靜壓支撐軸承采用多孔質材料作為其軸承表 面和節流器，整個軸承面均布微小的供氣孔，因此大大提高了其承載能力，并 且阻尼特性好，穩定范圍寬，但是耗氣量大，而且當支撐結構較大時，難以保 證孔隙度均勻、滲透率一致、各向同性的多孔質材料，這必將嚴重影響靜壓支 撐軸承的性能。
發明內容
本發明的目的是提供一種多孔質氣體靜壓止推軸承，以解決氣體靜壓支撐 軸承采用小孔節流氣體靜壓支撐軸承承載能力較低，穩定性較差及采用整體多 孔質氣體靜壓支撐軸承，耗氣量大，且當支撐結構較大時，難以保證孔隙度均 勻、滲透率一致、各向同性的多孔質材料，從而嚴重影響多孔質氣體靜壓支撐 軸承性能的問題。本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發明的靜壓止推軸承由 止推板、不銹鋼材料制成的軸承基體和四 八個作為氣體靜壓軸承節流器的各 向同性多孔質石墨柱塞組成；所述軸承基體的上端面為經過研磨加工的工作 面，軸承基體的下端面上設有沉孔，軸承基體的上端面上設有四 八個與軸承 基體的沉孔相通的節流孔，所述四 八個節流孔的中心均布設置在軸承基體二 分之一半徑處所在的圓周上，每個節流孔內裝有一個與其內壁粘接的各向同性 多孔質石墨柱塞，所述止推板設置在軸承基體的工作面上，各向同性多孔質石 墨柱塞的半徑為1.5 3.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞的高度為4~8 mm。
本發明具有以下有益效果 一、本發明采用各向同性多孔質石墨柱塞作為 氣體靜壓軸承的節流器，保證了孔隙度均勻、滲透率一致和各向同性。二、本 發明與傳統整體多孔質氣體靜壓支撐軸承相比較，既保證了較高的承載能力和 較高的穩定性，又提高了靜態剛度，同時降低了氣體消耗量。三、本發明與小 孔節流氣體靜壓支撐軸承相比較，由于沒有氣腔的存在，故不易出現"氣錘" 現象，改善氣體靜壓支撐的穩定性。四、本發明的多孔質氣體靜壓止推軸承容 易在寬氣膜厚度范圍內得到高的承載能力和靜態剛度，并且可以通過改變各向 同性多孔質石墨柱塞的高度、半徑及其滲透率各個參數而獲得更優的參數組 合，從而得到更好性能的多孔質氣體靜壓止推軸承。
圖1是本發明的多孔質氣體靜壓止推軸承的主剖視圖，圖2是圖1的俯視 圖(去掉止推板4)，圖3是本發明的多孔質氣體靜壓止推軸承的工作狀態圖， 圖4是本發明的多孔質氣體靜壓止推軸承與整體多孔質氣體靜壓止推軸承和
小孔節流氣體靜壓支撐軸承的承載能力實驗對比曲線圖，圖5是本發明的多孔 質氣體靜壓止推軸承與整體多孔質氣體靜壓止推軸承和小孔節流氣體靜壓支
撐軸承的靜態剛度實驗對比曲線圖，圖6是本發明的多孔質氣體靜壓止推軸承 與整體多孔質氣體靜壓止推軸承和小孔節流氣體靜壓支撐軸承的穩定性實驗 對比曲線圖。圖4 圖6中的A為整體多孔質氣體靜壓止推軸承曲線；令為本 發明多孔質氣體靜壓止推軸承曲線，節流孔數為6個；^為本發明多孔質氣體
靜壓止推軸承曲線，節流孔數為4個；@為小孔節流氣體靜壓支撐軸承曲線，
節流孔數為6個；V'為小孔節流氣體靜壓支撐軸承曲線，節流孔數為4個。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖1~圖3說明本實施方式，本實施方式的靜壓止 推軸承由止推板4、不銹鋼材料制成的軸承基體3和四 八個作為氣體靜壓軸 承節流器的各向同性多孔質石墨柱塞1組成；所述軸承基體3的上端面為經過 研磨加工的工作面2，軸承基體3的下端面上設有沉孔5，軸承基體3的上端 面上設有四 八個與軸承基體3的沉孔5相通的節流孔6，所述四 八個節流孔 6的中心均布設置在軸承基體3 二分之一半徑處所在的圓周上，每個節流孔6 內裝有一個與其內壁粘接的各向同性多孔質石墨柱塞1，所述止推板4設置在 軸承基體3的工作面2上，各向同性多孔質石墨柱塞1的半徑為1.5~3.5 mm， 各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為4 8 mm。
本實施方式中的各向同性多孔質石墨柱塞1在各個方向上的滲透率相同， 各向同性多孔質石墨柱塞l釆用冷等壓工藝方法制備，在機械加工后，經過超 聲波清洗，這樣可以保證孔隙不被堵塞。本實施方式中的各向同性多孔質石墨 柱塞1不僅具有一般石墨的全部特性，同時還具有材料結構均勻且致密、機械 強度高、孔隙分布均勻、抗氧化能力強、機加工性能好等特點。
本實施方式中的多孔質氣體靜壓止推軸承在工作狀態下，軸承基體3的工 作面2與止推板4的下端面之間的氣膜7的厚度變化范圍為10~4(Vm。
具體實施方式
二結合圖1~圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式一的不同點是本實施方式的各向同性多孔質石墨柱塞1的數量為四 個，所述軸承基體3上的節流孔6的數量為四個，各向同性多孔質石墨柱塞l 的半徑為2.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為6mm，承載能力隨氣 膜7厚度的增大而減小，變化的范圍是120 310N。軸承靜態剛度，隨氣膜7 厚度變化先增大后減小，變化范圍是1.6 8.4N/拜。
具體實施方式
三結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式一的不同點是本實施方式的各向同性多孔質石墨柱塞1的數量為六 個，所述軸承基體3上的節流孔6的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞l 的半徑為2.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為6mm，承載能力隨氣 膜7厚度的增大而減小，變化的范圍是170 ~340N。軸承靜態剛度，隨氣膜7 厚度變化先增大后減小，變化范圍是2.1 7.8N/Mm。
具體實施方式
四結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式一的不同點是本實施方式的各向同性多孔質石墨柱塞1的數量為六個，所述軸承基體3上的節流孔6的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞1 的半徑為1.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為6mm，承載能力隨氣 膜7厚度的增大而減小，變化的范圍是.100 320N。軸承靜態剛度，隨氣膜7 厚度變化先增大后減小，變化范圍是3 10N/(am。
具體實施方式
五結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式一的不同點是本實施方式的各向同性多孔質石墨柱塞1的數量為六 個，所述軸承基體3上的節流孔6的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞l 的半徑為3.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為6mm，承載能力隨氣 膜7厚度的增大而減小，變化的范圍是290 370N。軸承靜態剛度，隨氣膜7 厚度變化先增大后減小，變化范圍是0.5 5N4im。
具體實施方式
六結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式一的不同點是本實施方式的各向同性多孔質石墨柱塞1的數量為八 個，所述軸承基體3上的節流孔6的數量為八個，各向同性多孔質石墨柱塞l 的半徑為2.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為6mm，承載能力隨氣 膜7厚度的增大而減小，變化的范圍是230 360N。軸承靜態剛度，隨氣膜7 厚度變化先增大后減小，變化范圍是0.5 7N/^m。
具體實施方式
七結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式一的不同點是本實施方式的各向同性多孔質石墨柱塞1的數量為六 個，所述軸承基體3上的節流孔6的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞1 的半徑為2.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為4mm，承載能力隨氣 膜7厚度的增大而減小，變化的范圍是190~350N。軸承靜態剛度，隨氣膜7 厚度變化先增大后減小，變化范圍是0.4 6.5N4im。
具體實施方式
八結合圖1 圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實 施方式一的不同點是本實施方式的各向同性多孔質石墨柱塞1的數量為六 個，所述軸承基體3上的節流孔6的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞l 的半徑為2.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞1的高度為8mm，承載能力隨氣 膜7厚度的增大而減小，變化的范圍是150 330N。軸承靜態剛度，隨氣膜7 厚度變化先增大后減小，變化范圍是0.2 9N/,。
各向同性多孔質石墨柱塞高度增加，使氣體在多孔質內流動受到的阻力加 大，從而使壓力降增加，氣膜內的壓力降低，最終導致承載能力有一定的減小。高度的增加，使靜態剛度得到很大的提高，質量流量得到很大的降低。
各向同性多孔質石墨柱塞半徑減小，使多孔質氣體靜壓止推軸承的靜態剛
度得到很大的提高，但是最大靜態剛度出現在氣膜厚度15pm左右，由于受多 孔質氣體靜壓止推軸承粗糙度和裝配精度的限制，很難將多孔質氣體靜壓止推 軸承的平均氣膜厚度選擇為小于10pm，所以各向同性多孔質石墨柱塞半徑不 可以取的過小，通常取為1.5 3mm。
各向同性多孔質石墨柱塞個數的減小，使從各向同性多孔質石墨柱塞之間 的壓力降增大，承載能力明顯降低，而各向同性多孔質石墨柱塞個數也不是越 多越好，它還受到多孔質氣體靜壓止推軸承靜態剛度和裝配條件的限制，各向 同性多孔質石墨柱塞的個數通常取6或8。
具體實施方式
九結合圖1~圖3說明本實施方式，本實施方式的各向同 性多孔質石墨柱塞1采用環氧樹脂與節流孔6的內壁粘接，構成一種局部多孔 質節流的氣體靜壓止推軸承。其它與具體實施方式
一至八中任一具體實施方式
相同。
具體實施方式
十結合圖4說明本實施方式，本實施方式是本發明的多孔 質氣體靜壓止推軸承與整體多孔質氣體靜壓止推軸承和小孔節流氣體靜壓支 撐軸承的承載能力實驗對比的一個實施例，從圖4中可以看出，本發明的多孔 質氣體靜壓止推軸承的承載能力高于小孔節流氣體靜壓支撐軸承，隨著氣膜厚 度的增大，承載能力減小。在節流孔數相同的情況下，多孔質氣體靜壓止推軸 承的承載能力是小孔節流氣體靜壓支撐軸承承載能力的2~2.5倍。
具體實施方式
十一結合圖5說明本實施方式，本實施方式是本發明的多 孔質氣體靜壓止推軸承與整體多孔質氣體靜壓止推軸承和小孔節流氣體靜壓 支撐軸承的靜態剛度實驗對比的一個實施例，從圖5中可以看出，在軸承氣膜 工作范圍區間內(氣膜厚度大于10pm時)，多孔質氣體靜壓止推軸承的靜態 剛度高于小孔節流氣體靜壓支撐軸承。在節流孔數相同的情況下，多孔質氣體 靜壓止推軸承的靜態剛度是小孔節流氣體靜壓支撐軸承靜態剛度的1~3.5倍。
具體實施方式
十二結合圖6說明本實施方式，本實施方式是本發明的多 孔質氣體靜壓止推軸承與整體多孔質氣體靜壓止推軸承和小孔節流氣體靜壓 支撐軸承的穩定性實驗對比的一個實施例，從圖6中可以看出，多孔質氣體靜 壓止推軸承的穩定性比小孔節流氣體靜壓支撐軸承的穩定性好，多孔質氣體靜壓止推軸承穩定性的理論值與實驗值比較吻合。
采用多孔質氣體靜壓止推軸承很容易在寬氣膜厚度范圍內得到高的承載 能力和靜態剛度，并且能改變靜態特性曲線的參數很多。當多孔質氣體靜壓止 推軸承尺寸一定時，供氣壓力、環境壓力和節流孔個數一樣的情況下，多孔質 氣體靜壓止推軸承可以通過改變各向同性多孔質石墨柱塞的高度、半徑及其滲 透率來改變靜態特性曲線，在實際應用中，可以通過綜合各個參數而獲得更優 的參數組合，從而得到更好性能的多孔質氣體靜壓止推軸承。而小孔節流氣體 靜壓支撐軸承則不容易改變承載特性曲線，只能通過改變小孔直徑這個參數來 改變軸承的靜態特性。
權利要求
1、一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于所述靜壓止推軸承由止推板(4)、不銹鋼材料制成的軸承基體(3)和四～八個作為氣體靜壓軸承節流器的各向同性多孔質石墨柱塞(1)組成；所述軸承基體(3)的上端面為經過研磨加工的工作面(2)，軸承基體(3)的下端面上設有沉孔(5)，軸承基體(3)的上端面上設有四～八個與軸承基體(3)的沉孔(5)相通的節流孔(6)，所述四～八個節流孔(6)的中心均布設置在軸承基體(3)二分之一半徑處所在的圓周上，每個節流孔(6)內裝有一個與其內壁粘接的各向同性多孔質石墨柱塞(1)，所述止推板(4)設置在軸承基體(3)的工作面(2)上，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為1.5～3.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為4～8mm。
2、 根據權利要求1所述的一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于 所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)的數量為四個，所述軸承基體(3)上的 節流孔(6)的數量為四個，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為2.5mm， 各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為6mm。
3、 根據權利要求1所述的一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于.-所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)的數量為六個，所述軸承基體(3)上的 節流孔(6)的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為2.5mm， 各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為6mm。
4、 根據權利要求1所述的一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于 所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)的數量為六個，所述軸承基體(3)上的 節流孔(6)的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為1.5mm， 各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為6mm。
5、 根據權利要求1所述的一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于--所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)的數量為六個，所述軸承基體(3)上的 節流孔(6)的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為3.5mm， 各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為6mm。
6、 根據權利要求1所述的一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于: 所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)的數量為八個，所述軸承基體(3)上的 節流孔(6)的數量為八個，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為2.5mm，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為6mm。
7、 根據權利要求1所述的一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于: 所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)的數量為六個，所述軸承基體(3)上的 節流孔(6)的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為2.5mm， 各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為4mm。
8、 根據權利要求1所述的一種多孔質氣體靜壓止推軸承，其特征在于: 所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)的數量為六個，所述軸承基體(3)上的 節流孔(6)的數量為六個，各向同性多孔質石墨柱塞(1)的半徑為2.5mm， 各向同性多孔質石墨柱塞(1)的高度為8mm。
9、 根據權利要求1至8中任一權利要求所述的一種多孔質氣體靜壓止推 軸承，其特征在于所述各向同性多孔質石墨柱塞(1)采用環氧樹脂與節流 孔(6)的內壁粘接。
全文摘要
一種多孔質氣體靜壓止推軸承，它涉及一種氣體靜壓止推軸承。針對氣體靜壓支撐軸承采用小孔節流氣體靜壓支撐軸承，承載能力低，穩定性差及采用整體多孔質氣體靜壓支撐軸承，耗氣量大，難以保證孔隙度均勻、滲透率一致、各向同性的多孔質材料問題。軸承基體的下端面上設有沉孔，軸承基體的上端面上設有四～八個與軸承基體的沉孔相通的節流孔，四～八個節流孔的中心均布設置在軸承基體二分之一半徑處所在的圓周上，節流孔內裝有一個與其內壁粘接的各向同性多孔質石墨柱塞，止推板設置在軸承基體的工作面上。本發明采用各向同性多孔質石墨柱塞，保證了孔隙度均勻、滲透率一致和各向同性，此外，本發明還具有承載能力大、穩定性高及靜態剛度高的優點。
文檔編號F16C32/06GK101435466SQ20081020979
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月25日 優先權日2008年12月25日
發明者于雪梅, 劉海濤, 盧澤生, 孫雅洲, 梁迎春 申請人:哈爾濱工業大學