专利名称：一种多孔质气体静压止推轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体静压止推轴承，尤其涉及一种高刚度和高稳定性的多 孔质气体静压止推轴承。
背景技术：
发展国防工业、微电子工业等尖端技术需要精密和超精密的仪器设备，精 密仪器设备要求高速、高精度的静压支撑轴承。气体静压支撑轴承具有明显的 特点，其压力气膜具有均化效应，因而振动小，旋转精度高；气体的粘度很低， 因此摩擦损耗小，发热变形也小；无物体间的接触，理论上认为没有磨损，所 以寿命长；气体静压支撑轴承对环境无污染，因此无需考虑密封问题。基于以 上特点，气体静压支撑轴承广泛应用于航空航天工业、半导体工业和超精密加 工设备与测量仪器中。
气体静压支撑轴承的承载能力和刚度与支撑的结构尺寸、供气压力以及节 流的形式有关。节流形式的不同，直接影响支撑轴承的承载能力和刚度。气体 静压支撑轴承采用的节流方式主要是小孔节流、狭缝节流、表面节流和多孔质 节流等。目前，国内外对上述气体静压支撑轴承的节流方式都有不同程度的研 究和应用。应用广泛的小孔节流气体静压支撑轴承的刚度较高，但承载能力较 低，稳定性较差。整体多孔质气体静压支撑轴承采用多孔质材料作为其轴承表 面和节流器，整个轴承面均布微小的供气孔，因此大大提高了其承载能力，并 且阻尼特性好，稳定范围宽，但是耗气量大，而且当支撑结构较大时，难以保 证孔隙度均匀、渗透率一致、各向同性的多孔质材料，这必将严重影响静压支 撑轴承的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔质气体静压止推轴承，以解决气体静压支撑 轴承采用小孔节流气体静压支撑轴承承载能力较低，稳定性较差及采用整体多 孔质气体静压支撑轴承，耗气量大，且当支撑结构较大时，难以保证孔隙度均 匀、渗透率一致、各向同性的多孔质材料，从而严重影响多孔质气体静压支撑 轴承性能的问题。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明的静压止推轴承由 止推板、不锈钢材料制成的轴承基体和四 八个作为气体静压轴承节流器的各 向同性多孔质石墨柱塞组成；所述轴承基体的上端面为经过研磨加工的工作 面，轴承基体的下端面上设有沉孔，轴承基体的上端面上设有四 八个与轴承 基体的沉孔相通的节流孔，所述四 八个节流孔的中心均布设置在轴承基体二 分之一半径处所在的圆周上，每个节流孔内装有一个与其内壁粘接的各向同性 多孔质石墨柱塞，所述止推板设置在轴承基体的工作面上，各向同性多孔质石 墨柱塞的半径为1.5 3.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞的高度为4~8 mm。
本发明具有以下有益效果 一、本发明采用各向同性多孔质石墨柱塞作为 气体静压轴承的节流器，保证了孔隙度均匀、渗透率一致和各向同性。二、本 发明与传统整体多孔质气体静压支撑轴承相比较，既保证了较高的承载能力和 较高的稳定性，又提高了静态刚度，同时降低了气体消耗量。三、本发明与小 孔节流气体静压支撑轴承相比较，由于没有气腔的存在，故不易出现"气锤" 现象，改善气体静压支撑的稳定性。四、本发明的多孔质气体静压止推轴承容 易在宽气膜厚度范围内得到高的承载能力和静态刚度，并且可以通过改变各向 同性多孔质石墨柱塞的高度、半径及其渗透率各个参数而获得更优的参数组 合，从而得到更好性能的多孔质气体静压止推轴承。
图1是本发明的多孔质气体静压止推轴承的主剖视图，图2是图1的俯视 图(去掉止推板4)，图3是本发明的多孔质气体静压止推轴承的工作状态图， 图4是本发明的多孔质气体静压止推轴承与整体多孔质气体静压止推轴承和
小孔节流气体静压支撑轴承的承载能力实验对比曲线图，图5是本发明的多孔 质气体静压止推轴承与整体多孔质气体静压止推轴承和小孔节流气体静压支
撑轴承的静态刚度实验对比曲线图，图6是本发明的多孔质气体静压止推轴承 与整体多孔质气体静压止推轴承和小孔节流气体静压支撑轴承的稳定性实验 对比曲线图。图4 图6中的A为整体多孔质气体静压止推轴承曲线；令为本 发明多孔质气体静压止推轴承曲线，节流孔数为6个；^为本发明多孔质气体
静压止推轴承曲线，节流孔数为4个；@为小孔节流气体静压支撑轴承曲线，
节流孔数为6个；V'为小孔节流气体静压支撑轴承曲线，节流孔数为4个。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1~图3说明本实施方式，本实施方式的静压止 推轴承由止推板4、不锈钢材料制成的轴承基体3和四 八个作为气体静压轴 承节流器的各向同性多孔质石墨柱塞1组成；所述轴承基体3的上端面为经过 研磨加工的工作面2，轴承基体3的下端面上设有沉孔5，轴承基体3的上端 面上设有四 八个与轴承基体3的沉孔5相通的节流孔6，所述四 八个节流孔 6的中心均布设置在轴承基体3 二分之一半径处所在的圆周上，每个节流孔6 内装有一个与其内壁粘接的各向同性多孔质石墨柱塞1，所述止推板4设置在 轴承基体3的工作面2上，各向同性多孔质石墨柱塞1的半径为1.5~3.5 mm， 各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为4 8 mm。
本实施方式中的各向同性多孔质石墨柱塞1在各个方向上的渗透率相同， 各向同性多孔质石墨柱塞l釆用冷等压工艺方法制备，在机械加工后，经过超 声波清洗，这样可以保证孔隙不被堵塞。本实施方式中的各向同性多孔质石墨 柱塞1不仅具有一般石墨的全部特性，同时还具有材料结构均匀且致密、机械 强度高、孔隙分布均匀、抗氧化能力强、机加工性能好等特点。
本实施方式中的多孔质气体静压止推轴承在工作状态下，轴承基体3的工 作面2与止推板4的下端面之间的气膜7的厚度变化范围为10~4(Vm。
具体实施方式
二结合图1~图3说明本实施方式，本实施方式与具体实 施方式一的不同点是本实施方式的各向同性多孔质石墨柱塞1的数量为四 个，所述轴承基体3上的节流孔6的数量为四个，各向同性多孔质石墨柱塞l 的半径为2.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为6mm，承载能力随气 膜7厚度的增大而减小，变化的范围是120 310N。轴承静态刚度，随气膜7 厚度变化先增大后减小，变化范围是1.6 8.4N/拜。
具体实施方式
三结合图1 图3说明本实施方式，本实施方式与具体实 施方式一的不同点是本实施方式的各向同性多孔质石墨柱塞1的数量为六 个，所述轴承基体3上的节流孔6的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞l 的半径为2.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为6mm，承载能力随气 膜7厚度的增大而减小，变化的范围是170 ~340N。轴承静态刚度，随气膜7 厚度变化先增大后减小，变化范围是2.1 7.8N/Mm。
具体实施方式
四结合图1 图3说明本实施方式，本实施方式与具体实 施方式一的不同点是本实施方式的各向同性多孔质石墨柱塞1的数量为六个，所述轴承基体3上的节流孔6的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞1 的半径为1.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为6mm，承载能力随气 膜7厚度的增大而减小，变化的范围是.100 320N。轴承静态刚度，随气膜7 厚度变化先增大后减小，变化范围是3 10N/(am。
具体实施方式
五结合图1 图3说明本实施方式，本实施方式与具体实 施方式一的不同点是本实施方式的各向同性多孔质石墨柱塞1的数量为六 个，所述轴承基体3上的节流孔6的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞l 的半径为3.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为6mm，承载能力随气 膜7厚度的增大而减小，变化的范围是290 370N。轴承静态刚度，随气膜7 厚度变化先增大后减小，变化范围是0.5 5N4im。
具体实施方式
六结合图1 图3说明本实施方式，本实施方式与具体实 施方式一的不同点是本实施方式的各向同性多孔质石墨柱塞1的数量为八 个，所述轴承基体3上的节流孔6的数量为八个，各向同性多孔质石墨柱塞l 的半径为2.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为6mm，承载能力随气 膜7厚度的增大而减小，变化的范围是230 360N。轴承静态刚度，随气膜7 厚度变化先增大后减小，变化范围是0.5 7N/^m。
具体实施方式
七结合图1 图3说明本实施方式，本实施方式与具体实 施方式一的不同点是本实施方式的各向同性多孔质石墨柱塞1的数量为六 个，所述轴承基体3上的节流孔6的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞1 的半径为2.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为4mm，承载能力随气 膜7厚度的增大而减小，变化的范围是190~350N。轴承静态刚度，随气膜7 厚度变化先增大后减小，变化范围是0.4 6.5N4im。
具体实施方式
八结合图1 图3说明本实施方式，本实施方式与具体实 施方式一的不同点是本实施方式的各向同性多孔质石墨柱塞1的数量为六 个，所述轴承基体3上的节流孔6的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞l 的半径为2.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞1的高度为8mm，承载能力随气 膜7厚度的增大而减小，变化的范围是150 330N。轴承静态刚度，随气膜7 厚度变化先增大后减小，变化范围是0.2 9N/,。
各向同性多孔质石墨柱塞高度增加，使气体在多孔质内流动受到的阻力加 大，从而使压力降增加，气膜内的压力降低，最终导致承载能力有一定的减小。高度的增加，使静态刚度得到很大的提高，质量流量得到很大的降低。
各向同性多孔质石墨柱塞半径减小，使多孔质气体静压止推轴承的静态刚
度得到很大的提高，但是最大静态刚度出现在气膜厚度15pm左右，由于受多 孔质气体静压止推轴承粗糙度和装配精度的限制，很难将多孔质气体静压止推 轴承的平均气膜厚度选择为小于10pm，所以各向同性多孔质石墨柱塞半径不 可以取的过小，通常取为1.5 3mm。
各向同性多孔质石墨柱塞个数的减小，使从各向同性多孔质石墨柱塞之间 的压力降增大，承载能力明显降低，而各向同性多孔质石墨柱塞个数也不是越 多越好，它还受到多孔质气体静压止推轴承静态刚度和装配条件的限制，各向 同性多孔质石墨柱塞的个数通常取6或8。
具体实施方式
九结合图1~图3说明本实施方式，本实施方式的各向同 性多孔质石墨柱塞1采用环氧树脂与节流孔6的内壁粘接，构成一种局部多孔 质节流的气体静压止推轴承。其它与具体实施方式
一至八中任一具体实施方式
相同。
具体实施方式
十结合图4说明本实施方式，本实施方式是本发明的多孔 质气体静压止推轴承与整体多孔质气体静压止推轴承和小孔节流气体静压支 撑轴承的承载能力实验对比的一个实施例，从图4中可以看出，本发明的多孔 质气体静压止推轴承的承载能力高于小孔节流气体静压支撑轴承，随着气膜厚 度的增大，承载能力减小。在节流孔数相同的情况下，多孔质气体静压止推轴 承的承载能力是小孔节流气体静压支撑轴承承载能力的2~2.5倍。
具体实施方式
十一结合图5说明本实施方式，本实施方式是本发明的多 孔质气体静压止推轴承与整体多孔质气体静压止推轴承和小孔节流气体静压 支撑轴承的静态刚度实验对比的一个实施例，从图5中可以看出，在轴承气膜 工作范围区间内(气膜厚度大于10pm时)，多孔质气体静压止推轴承的静态 刚度高于小孔节流气体静压支撑轴承。在节流孔数相同的情况下，多孔质气体 静压止推轴承的静态刚度是小孔节流气体静压支撑轴承静态刚度的1~3.5倍。
具体实施方式
十二结合图6说明本实施方式，本实施方式是本发明的多 孔质气体静压止推轴承与整体多孔质气体静压止推轴承和小孔节流气体静压 支撑轴承的稳定性实验对比的一个实施例，从图6中可以看出，多孔质气体静 压止推轴承的稳定性比小孔节流气体静压支撑轴承的稳定性好，多孔质气体静压止推轴承稳定性的理论值与实验值比较吻合。
采用多孔质气体静压止推轴承很容易在宽气膜厚度范围内得到高的承载 能力和静态刚度，并且能改变静态特性曲线的参数很多。当多孔质气体静压止 推轴承尺寸一定时，供气压力、环境压力和节流孔个数一样的情况下，多孔质 气体静压止推轴承可以通过改变各向同性多孔质石墨柱塞的高度、半径及其渗 透率来改变静态特性曲线，在实际应用中，可以通过综合各个参数而获得更优 的参数组合，从而得到更好性能的多孔质气体静压止推轴承。而小孔节流气体 静压支撑轴承则不容易改变承载特性曲线，只能通过改变小孔直径这个参数来 改变轴承的静态特性。
权利要求
1、一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于所述静压止推轴承由止推板(4)、不锈钢材料制成的轴承基体(3)和四～八个作为气体静压轴承节流器的各向同性多孔质石墨柱塞(1)组成；所述轴承基体(3)的上端面为经过研磨加工的工作面(2)，轴承基体(3)的下端面上设有沉孔(5)，轴承基体(3)的上端面上设有四～八个与轴承基体(3)的沉孔(5)相通的节流孔(6)，所述四～八个节流孔(6)的中心均布设置在轴承基体(3)二分之一半径处所在的圆周上，每个节流孔(6)内装有一个与其内壁粘接的各向同性多孔质石墨柱塞(1)，所述止推板(4)设置在轴承基体(3)的工作面(2)上，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为1.5～3.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为4～8mm。
2、 根据权利要求1所述的一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于 所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)的数量为四个，所述轴承基体(3)上的 节流孔(6)的数量为四个，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为2.5mm， 各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为6mm。
3、 根据权利要求1所述的一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于.-所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)的数量为六个，所述轴承基体(3)上的 节流孔(6)的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为2.5mm， 各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为6mm。
4、 根据权利要求1所述的一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于 所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)的数量为六个，所述轴承基体(3)上的 节流孔(6)的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为1.5mm， 各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为6mm。
5、 根据权利要求1所述的一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于--所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)的数量为六个，所述轴承基体(3)上的 节流孔(6)的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为3.5mm， 各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为6mm。
6、 根据权利要求1所述的一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于: 所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)的数量为八个，所述轴承基体(3)上的 节流孔(6)的数量为八个，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为2.5mm，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为6mm。
7、 根据权利要求1所述的一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于: 所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)的数量为六个，所述轴承基体(3)上的 节流孔(6)的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为2.5mm， 各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为4mm。
8、 根据权利要求1所述的一种多孔质气体静压止推轴承，其特征在于: 所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)的数量为六个，所述轴承基体(3)上的 节流孔(6)的数量为六个，各向同性多孔质石墨柱塞(1)的半径为2.5mm， 各向同性多孔质石墨柱塞(1)的高度为8mm。
9、 根据权利要求1至8中任一权利要求所述的一种多孔质气体静压止推 轴承，其特征在于所述各向同性多孔质石墨柱塞(1)采用环氧树脂与节流 孔(6)的内壁粘接。
全文摘要
一种多孔质气体静压止推轴承，它涉及一种气体静压止推轴承。针对气体静压支撑轴承采用小孔节流气体静压支撑轴承，承载能力低，稳定性差及采用整体多孔质气体静压支撑轴承，耗气量大，难以保证孔隙度均匀、渗透率一致、各向同性的多孔质材料问题。轴承基体的下端面上设有沉孔，轴承基体的上端面上设有四～八个与轴承基体的沉孔相通的节流孔，四～八个节流孔的中心均布设置在轴承基体二分之一半径处所在的圆周上，节流孔内装有一个与其内壁粘接的各向同性多孔质石墨柱塞，止推板设置在轴承基体的工作面上。本发明采用各向同性多孔质石墨柱塞，保证了孔隙度均匀、渗透率一致和各向同性，此外，本发明还具有承载能力大、稳定性高及静态刚度高的优点。
文档编号F16C32/06GK101435466SQ20081020979
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者于雪梅, 刘海涛, 卢泽生, 孙雅洲, 梁迎春 申请人:哈尔滨工业大学