专利名称：静压气浮复合轴及工作方式的制作方法
技术领域：
本发明属于静压空气轴承、高速轴承技术领域，具体涉及一种静压气浮复合轴及
工作方式，主要用于涡轮增压器、燃气发动机、燃气发电机、氢燃料电池等行业。
背景技术：
静压空气轴承是气体轴承的常见形式之一，静压空气轴承由于运转速度高、回转精度高、润滑洁净环保等优点，逐渐被广泛应用于精密加工行业、低温压縮行业、食品工业、医疗卫生行业、核工业、航空航天等领域。但是静压空气轴承运行时必须有一专用压縮气源，一旦气源出现故障停气，静压空气轴承将彻底损坏。在静压空气轴承启动时，必须先开启压縮气源，当压力达到一定值时才可启动。在静压空气轴承停止工作时，气源必须延时关闭。这种苛刻的要求使得在特殊场合使用静压空气轴承受到了极大的限制。
高速轴承应用已非常广泛，如电主轴行业。但是高速轴承对使用环境要求较高，如润滑、冷却等。最大缺陷是不能长期工作，寿命有限。 目前在涡轮增压器、燃气发动机、燃气发电机、氢燃料电池等行业，急需一种传动轴，希望具备静压空气轴承的优点或者具备高速轴承的优点，但同时又没有以上使用条件的苛刻限制。由于使用场合条件有限，所以又不能满足静压空气轴承或高速轴承的使用条件。为解决这些问题我们设计了一种静压气浮复合轴，这种复合轴分时利用了静压空气轴承和高速轴承的优点，又避开了静压空气轴承和高速轴承的缺点。此项目为自主研发产品。
发明内容
本发明的目的是提出一种静压气浮复合轴及工作方式，使所提出的静压气浮复合轴结构和工作方式可分时利用静压空气轴承和高速轴承的优点，并可避免静压空气轴承和高速轴承的缺点。 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是 —种静压气浮复合轴，具有主轴、高速轴承和气浮轴轴套；主轴由两只高速轴承支撑安装在气浮轴轴套内，主轴与轴承内圈压紧配合，轴承外圈与气浮轴轴套内壁压紧配合，构成气浮轴结构；在气浮轴的两端设置有端盖，用以对气浮轴端面起止推作用；喷嘴体压配安装在复合轴轴套内，气浮轴安装在复合轴的喷嘴体内，两者之间具有一定的间隙；没有压縮空气时，气浮轴和喷嘴体直接接触，当压縮空气达到一定气压时，气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态在主轴的一端设置有驱动主轴旋转的动力配置，主轴的另一端设置有与主轴同轴的叶轮；所述的叶轮位于压气腔内，压气腔有一气源输出给喷嘴体上的喷嘴，用于给气浮轴的悬浮提供压縮空气；在所述的压气腔内设置有压力单向阀，当压力达到一定值时，开始向发动机或燃气机的燃烧室送气；即所述的压气腔具有两个排气口 ，其中一个排气口与为多个喷嘴提供压縮空气的分配腔连通，用以为气浮轴的悬浮旋转提供压縮空气；另一个排气口连通发动机或燃气发电机的燃烧室，为发动机或燃气发电机的燃烧室提供压縮空气。
所述的喷嘴体与复合轴轴套之间构成压縮空气的分配腔，喷嘴体上的多个喷嘴进气端与压縮空气的分配腔连通，出口端与气浮轴轴套、喷嘴体之间的间隙连通，为气浮轴的悬浮提供压縮空气。 所述设置在主轴一端驱动主轴旋转的动力配置可为电机、齿轮构成或电机、带轮、传动带构成，也可在主轴的一端设置由气体驱动、与主轴同轴的涡轮。
本发明静压气浮复合轴的工作方式为启动和运动初始，驱动主轴旋转的动力作
用于主轴，由高速轴承支撑主轴高速旋转；主轴和高速轴承与气浮轴轴套之间作相对运动
与主轴同轴的叶轮产生气流并由压气腔集存产生的高压气体通过喷嘴体上的多个喷嘴作
用于气浮轴，使气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态，高速轴承、气浮轴轴套随主轴同体旋转，
此时主轴与高速轴承、气浮轴轴套之间处于相对静止状态气浮轴处于静压空气轴承的工
作状态；在压气腔内气体的压力达到一定值时，开始向发动机或燃气发电机的燃烧室提供
压縮空气；主轴的驱动动力关闭，压縮空气的压力低于一定值时，压力单向阀自动关闭，停
止向发动机或燃气发电机的燃烧室提供压縮空气；随压气腔内的气体压力逐渐降低，气浮
轴由悬浮状态逐渐恢复为运动初始状态，与喷嘴体接触，主轴的惯性能量在高速轴承支撑
下继续旋转，直到完全停止。 本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果 (1)稳定工作状态具有静压空气轴承的优点，即低摩擦、低功耗、高精度、稳定性好等。
(2)气浮复合轴的主轴启动时由高速轴承支撑，启动扭矩小且易于启动。
(3)气浮复合轴启动时由高速轴承支撑，启动时不会损坏气浮轴。
(4)当驱动动力消失，气浮压力逐渐减小后，气浮轴停止工作，主轴的惯性能量带
动高速轴承继续旋转，直到完全停止。不会损坏气浮轴。
(5)气浮复合轴两端装有端面止推轴承，可以有效的防止主轴轴向窜动。
图1为本发明中气浮轴的结构示意图。
图2为本发明静压气浮复合轴的结构示意图。
图3为发明中气浮轴的部件图。
图4为发明中气浮轴轴套的部件图。
图5为发明静压气浮复合轴的部件图。 图中1 、高速轴承，2、气浮轴轴套，3、端盖，4、主轴，5、喷嘴体，6、复合轴轴套，7、涡轮，8、叶轮，9、外壳，10、反丝螺母，11、喷嘴，12、压气腔，13、压力单向阀，14、进气口 ， 15、16、
排气口。
具体实施例方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但不构成对本发明的任何限制
如图1、图2所示，并参照图3、图4、图5， 一种静压气浮复合轴，具有主轴4、高速轴承1和气浮轴轴套2 ;所述的主轴4由两个高速轴承1支撑安装在气浮轴轴套2内，主轴4与两个高速轴承的内圈压紧配合，两个高速轴承的外圈与气浮轴轴套内壁压紧配合，构成气浮轴；在气浮轴套2的两端设置有用以对气浮轴端面起止推作用的端盖3 ;所述的气浮轴套2位于喷嘴体5内，且与喷嘴体5之间具有微小的间隙；所述的喷嘴体5位于复合轴轴套6内，所述的喷嘴体5与复合轴轴套6之间构成压縮空气的分配腔，喷嘴体上的多个喷嘴与压縮空气的分配腔连通，并与气浮轴轴套2、喷嘴体5之间的间隙连通，为气浮轴的悬浮提供压縮空气。没有压縮空气时，气浮轴和喷嘴体5直接接触，在当压縮空气达到一定气压时，气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态；所述的复合轴轴套6位于外壳9内；在主轴4的一端设置有与其同轴的涡轮7，主轴的另一端设置有压气腔12，压气腔12与外壳9通过螺钉连为一体；在压气腔12内具有与主轴同轴的叶轮8，压气腔11具有两个排气口，其中一个排气口 16排出的气源通过位于外壳上端的进气口 14将气源输给喷嘴体5，用于通过多个喷嘴11给气浮轴2供气；另一个排气口 15与发动机或发电机的燃烧室连通，排气口 15内设置有压力单向阀13，当压力达到一定值时，开始向发动机或发电机的燃烧室送气。
本发明静压气浮复合轴的工作方式为启动和运动初始，驱动主轴旋转的动力作用于主轴4，由高速轴承1支撑主轴高速旋转；主轴4与高速轴承1、气浮轴轴套2之间作相对运动与主轴同轴的叶轮8产生气流并由压气腔12集存产生的高压气体通过喷嘴体上的多个喷嘴11作用于气浮轴，使气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态，高速轴承1、气浮轴轴套2随主轴4同体旋转，此时主轴4与高速轴承1、气浮轴轴套2之间处于相对静止状态气浮轴处于静压空气轴承的工作状态；在压气腔内气体的压力达到一定值时，开始向发动机或发电机的燃烧室提供压縮空气；停止工作时，主轴的驱动动力关闭，压縮空气的压力低于一定值时，压力单向阀13关闭，停止向发动机或发电机的燃烧室提供压縮空气；随压气腔内的气体压力逐渐降低，气浮轴由悬浮状态逐渐恢复为运动初始状态，与喷嘴体5接触，主轴4的惯性能量在高速轴承1支撑下继续旋转，直到完全停止。 以涡轮增压器为例说明工作原理如下汽车点火后，发动机将持续排出燃烧后的尾气，汽车尾气作为启动动力源，通过吹动与主轴同轴的涡轮来启动主轴4，主轴4由高速轴承1支撑旋转。主轴4带动另一端的叶轮8工作，叶轮8持续旋转时，压气腔体内将会产生压縮空气。当压縮空气压力达到一定值的时候，气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态；高速轴承、气浮轴轴套随主轴同体旋转，此时主轴与高速轴承、气浮轴轴套之间处于相对静止状态压气腔内的气体一部分供给气浮轴，另一部分供给发动机；这样在汽车尾气的带动下，叶轮就可以持续旋转，为发动机提供源源不断的压縮空气。
权利要求
一种静压气浮复合轴，其特征在于具有主轴(4)、高速轴承(1)和气浮轴轴套(2)；主轴(4)由两只高速轴承(1)支撑安装在气浮轴轴套(2)内，主轴(4)与轴承内圈压紧配合，轴承外圈与气浮轴轴套内壁压紧配合，构成气浮轴结构；在气浮轴的两端设置有端盖(3)，用以对气浮轴端面起止推作用；喷嘴体(5)压配安装在复合轴轴套(6)内，气浮轴安装在复合轴的喷嘴体(5)内，两者之间具有一定的间隙；没有压缩空气时，气浮轴和喷嘴体直接接触，当压缩空气达到一定气压时，气浮轴在喷嘴体内处于悬浮状态在主轴(4)的一端设置有驱动主轴旋转的动力配置，主轴(4)的另一端设置有与主轴同轴的叶轮(8)；所述的叶轮(8)位于压气腔(12)内，压气腔(12)有一气源输出给喷嘴体上的喷嘴，用于给气浮轴的悬浮提供压缩空气；在所述的压气腔内设置有压力单向阀(13)，当压力达到一定值时，开始向发动机或发电机的燃烧室送气；即所述的压气腔(12)具有两个排气口，其中一个排气口与为多个喷嘴(11)提供压缩空气的分配腔连通，用以为气浮轴的悬浮旋转提供压缩空气；另一个排气口连通发动机或发电机的燃烧室，为发动机或发电机的燃烧室提供压缩空气。
2. 根据权利要求1所述的静压气浮复合轴，其特征在于所述压縮空气的分配腔位于 喷嘴体(5)与复合轴轴套(6)之间，喷嘴体(5)上的多个喷嘴(11)其进气端与压縮空气的 分配腔连通，出口端与气浮轴轴套(2)、喷嘴体(5)之间的间隙连通，为气浮轴的悬浮提供 压縮空气。
3. 根据权利要求1所述的静压气浮复合轴，其特征在于所述设置在主轴一端驱动主 轴旋转的动力配置可为电机、齿轮构成或电机、带轮、传动带构成，也可在主轴的一端设置 由气体驱动、与主轴同轴的涡轮。
4. 权利l所述静压气浮复合轴的工作方式，其特征在于启动和运动初始，驱动主轴旋 转的动力作用于主轴(4)，由高速轴承(1)支撑主轴高速旋转；主轴(4)与高速轴承(1)、气 浮轴轴套(2)之间作相对运动与主轴同轴的叶轮(8)产生气流并由压气腔(12)集存产生 的高压气体通过喷嘴体上的多个喷嘴(11)作用于气浮轴，使气浮轴在喷嘴体内处于悬浮 状态，高速轴承(1)、气浮轴轴套(2)随主轴(4)同体旋转，此时主轴(4)与高速轴承(1)、 气浮轴轴套(2)之间处于相对静止状态气浮轴处于静压空气轴承的工作状态；在压气腔 内气体的压力达到一定值时，开始向发动机或燃气发电机的燃烧室提供压縮空气；主轴的 驱动动力关闭，压縮空气的压力低于一定值时，压力单向阀(13)关闭，停止向发动机或发 电机的燃烧室提供压縮空气；随压气腔内的气体压力逐渐降低，气浮轴由悬浮状态逐渐恢 复为运动初始状态，与喷嘴体(5)接触，主轴的惯性能量在高速轴承支撑下继续旋转，直到 完全停止。
全文摘要
本发明属于静压空气轴承、高速轴承技术领域，涉及一种静压气浮复合轴，具有主轴(4)、高速轴承(1)和气浮轴轴套(2)；主轴(4)由两只高速轴承(1)支撑安装在气浮轴轴套(2)内，主轴(4)与轴承内圈压紧配合，轴承外圈与气浮轴轴套内壁压紧配合，构成气浮轴；喷嘴体(5)安装在复合轴轴套(6)内，气浮轴安装在复合轴的喷嘴体(5)内，两者之间具有一定的间隙；主轴(4)的一端设置有驱动主轴旋转的动力配置，主轴(4)的另一端设置有位于压气腔(12)内与主轴同轴的叶轮(8)；压气腔(12)具有的两个排气口分别与喷嘴(11)、发动机或发电机的燃烧室连通。本发明具有低摩擦、高转速、低功耗、高精度、稳定性好等特点。
文档编号F02C6/00GK101725379SQ20091022546
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者唐松立, 曹立波 申请人:洛阳恒锐测控科技有限公司