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空气轴承知识:空气轴承工作原理和特点


[中华轴承网] 2020/1/9 作者:中华轴承网

轴承我们都知道,作为转动体的主要零部件,其使用作用不可而喻。轴承的类型有很多,根据转动方式的不同可以分为滚动轴承和滑动轴承,但不知道大家是否了解空气轴承,空气轴承也属于滑动轴承类型的一种,中华轴承网根据对空气轴承知识的了解,今天来分享下有关空气轴承的相关知识。

什么是空气轴承?

空气轴承也可以称之为气浮轴承,指的是以空气(也可以是其他气体)作润滑剂的滑动轴承。最常用的气体润滑剂为空气,根据需要也可用氮、氩、氢、氦或二氧化碳等。在气体压缩机、膨胀机和循环器中,常以工作介质作为润滑剂。

空气轴承的结构组成是什么?

空气轴承的结构:由轴承内圈和外圈,外圈上有空气的进出口孔,内圈上有喷嘴。

空气轴承的工作原理

空气轴承是指借助于轴承滑动副表面之间形成的压力空气膜将负荷支承起来的轴承,工作时滑动副表面之间完全由气膜分开。空气轴承属于滑动轴承中之流体滑动轴承,工作时为流体润滑,其润滑介质为空气。

根据压力空气膜形成机理,空气轴承主要分为两类:空气动压轴承和空气静压轴承。

空气动压轴承的压力空气膜是通过滑动副的相互运动将空气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,见图1。由于空气动压轴承不需要外部气源,因此也称为“自作用轴承”。

空气静压轴承的压力空气膜是由外部的压缩空气通过节流器导入滑动副表面之间形成,见图2。空气静压轴承需要洁净的外部气源。

资料大全王中王论坛 在空气轴承中,滚珠由气垫代替。空气轴承最为人熟知的应用之一或许是气垫船。巨大的风扇在气垫船下方吹动空气,通过弹性橡胶 “裙边” 阻止空气的逸出。气垫船下方所产生的高气压能够支撑船体重量,因而使其漂浮在气垫上。巨大的气垫不仅起到支撑船体重量的作用,而且还作为一个软弹簧使船体平稳地漂浮在粗糙的陆地表面或水面上。

可将同样的原理运用于转轴轴承。将高压空气注入转轴和固定轴承之间的空隙中。 该空隙非常小(约为 1% 毫米),从而使得空隙中的空气压力保持不变。而且,这一狭小的空隙也显著降低了气垫的“弹性”,从而使轴非常精确地固定,即仅可产生低动态偏心。 由于摩擦力很低,轴便可以自由地旋转,而且空气压力可确保转轴不与固定轴承表面相接触。

空气轴承的主要类型:

空气轴承(气浮轴承)主要类型有:动压气浮轴承、静压气浮轴承、压膜轴承和其它类型气浮轴承。

资料大全王中王论坛 动压气浮轴承与液体动压轴承的支承原理相同,只是气体可以压缩,为可压缩流体润滑轴承。

静压气浮轴承的作用原理同样与液体静压轴承相同。常用的节流器有小孔、狭缝和多孔质轴衬。高承载时也使用可变节流器。供气压力、节流器参数和轴承间隙三者,若匹配得当,可得到承载高、剐度大、流量小和工作稳定的轴承。

当轴或轴承沿支承面的法向作高频振动时,其间隙内的气体不断受到挤压,形成一压力高于环境压力的气膜,由该气膜承受外载荷。这种轴承称为压膜轴承。压膜轴承的高频振动是由压电陶瓷或磁致伸缩材料制成的换能器产生。

压膜轴承的优点是:结构简单、紧凑、容易调整。缺点是:承载能力低、安装较复杂。

空气轴承使用特点:

1、摩阻极低

由于气体粘度比液体低得多,在室温下空气粘度仅为10号机械油的五千分之一,而轴承的摩阻与粘度成正比,所以气体轴承的摩阻比液体润滑轴承低。

2、适用速度范围大

资料大全王中王论坛 气体轴承的摩阻低,温升低,在转速高达5万转/分时,其温升不超过20~30℃,转速甚至有高达130万转/分的。气体静压轴承还能用于极低的速度,甚至零速。

资料大全王中王论坛 3、适用温度范围广

气体能在极大的温度范围内保持气态,其粘度受温度影响很小(温度升高时粘度还稍有增加,如温度从20℃升至100℃,空气粘度增加23%),因此,气体轴承的适用温度范围可达-265℃到1650℃。

4、承载能力低

动压轴承的承载能力与粘度成正比,气体动压轴承的承载能力只有相同尺寸液体动压轴承的千分之几。由于气体的可压缩性,气体动压轴承的承载能力有极限值,一般单位投影面积上的载荷只能加到0.36兆帕。

5、加工精度要求高

资料大全王中王论坛 为提高气体轴承的承载能力和气膜刚度,通常采用比液体润滑轴承小的轴承间隙(小于0。015毫米),需要相应地提高零件精度。

空气轴承缺点:制造过程中要求高几何精度洁净且干燥的加压空气供应。在从空作环境中去除脂、油、和油雾后,使用空气主轴的条件将保持更加清洁。空气轴承对环境不产生反作用,因此,是无尘环境(如:磁盘驱动器制造)的理想应用产品。事实上,特殊设计的西风空气主轴还能在高度真空的条件下使用,如:已经在半导体硅晶片制造方面的应用。

空气轴承的应用:

空气轴承是利用空气弹性势能来起支承作用的一种新型轴承。唯一使用的润滑剂是空气;因此,对于必须要求无污染的工件、或者工作环境来说,空气轴承技术是理想的。

在空气轴承中,滚珠由气垫代替。空气轴承最为人熟知的应用之一或许是气垫船。

资料大全王中王论坛 巨大的风扇在气垫船下方吹动空气,通过弹性橡胶 “裙边” 阻止空气的逸出。气垫船下方所产生的高气压能够支撑船体重量,因而使其漂浮在气垫上。

50年代以来,气体轴承的应用越来越广泛,并且受到广泛和深入的研究。目前气体轴承可用于纺织机械、电缆机械、仪表机床、陀螺仪、高速离心分离机、牙钻、低温运转的制冷机、氢膨胀机和高温运转的气体循环器等。

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标签:轴承类型

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