一种静压气体轴承装置的制作方法

本发明是涉及一种静压气体轴承装置，属于流体循环设备技术领域。

背景技术：

随着工业技术的不断发展，人们对设备运行的紧凑性，可靠性和长寿命性的要求越来越高。对于活塞在气缸内的往复运动，通过油润滑的弊端日益暴露，尤其在自由活塞往复运动的设备里，无论是对于活塞还是置换器，无油润滑的气体轴承都备受青睐。由于气体轴承的存在，随着活塞的运动，当到达一定压力时，工作气体会通过止回阀进入充气腔，随后经过限流孔形成高速气流，并喷射到气缸内壁产生一层高压气膜，从而使活塞和气缸的相对运动得到气膜润滑，气体轴承具有摩阻极低、速度高、精密度高、振动小、噪音低、摩擦损耗小、适用温度范围宽广、无污染、寿命长等众多优点，同时，现有气体轴承也存在着结构复杂、制造精度要求高和造价昂贵的不足。

而影响气体轴承性能的关键在于气体轴承上的限流孔处的限流机构，现有气体轴承用限流机构的结构与类型多种多样，有螺丝型，毛细管型，精密通道型，以及多孔介质型等，例如中国专利02819435.7公开了一种机械设备用的流体轴承装置，其限流机构是设置于活塞侧壁上并安装有可通过流体的多空体的通孔结构，该种形式的气体轴承装置的限流机构借助多空体介质实现，结构复杂、装卸不便，特别是多空体堵塞需要维护时，维护困难，而且对生产材料和生产工艺要求高，不利于批量化生产。根据工况的不同，对于气体轴承的“刚度”需求也不尽相同，现有气体轴承一旦装配完成，限流机构形成的限流通道的孔径和长度则固定不能更改，这显然限制了气体轴承的应用范围。因此，人们渴望通过对限流机构的重点改进并配合对气体轴承装置的整体结构调整，从而得到一种静压气体轴承装置，其结构简单、成本低廉、材料易得、可靠性高、使用寿命长，便于装卸和维护，以满足人们对静压气体轴承装置的批量化生产需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种静压气体轴承装置，其结构简单、成本低廉、材料易得、可靠性高、使用寿命长，便于装卸和维护，以满足人们对静压气体轴承装置的批量化生产需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种静压气体轴承装置，至少包括气体轴承和气缸，所述气体轴承环隙配合设置于所述汽缸内并可在所述气缸内做往复运动，所述气体轴承包括圆柱状轴承本体、数个设置于所述轴承本体上的限流机构以及在所述轴承本体内沿轴向设置的充气腔，其特征在于：所述限流机构与所述轴承本体通过螺纹紧密配合连接，所述限流机构上设有限流通孔，所述充气腔通过所述限流通孔与所述环隙连通，所述充气腔的前端连接有单向进气机构，所述充气腔通过所述单向进气机构与所述充气腔外单向止通式连通。

一种实施方案，所述限流通孔的孔径为0.05mm～0.08mm。

一种实施方案，所述数个限流机构为内部设有限流通孔、外部设有螺纹的螺栓结构，所述限流通孔的上部设有扩流结构，所述扩流结构为圆台型或圆柱型。

作为进一步优选方案，所述轴承本体上设有与所述限流机构上设有的螺纹相适配的螺纹孔。

作为进一步优选方案，所述螺纹孔外延开设有端口。

作为进一步优选方案，所述限流通孔顶部设有与螺丝安装工具相适配的一字型、十字型或三角型的装配凹槽。

作为进一步优选方案，所述限流机构为铜质材质。

作为优选方案，数个所述限流机构沿同一纵切面周向均布嵌设于所述轴承本体外表面上。

作为优选方案，设有两组分别包括数个位于同一纵切面上沿轴承本体周向均布的所述限流机构，其中一组所述限流机构靠近所述轴承本体前端设置，另一组所述限流机构远离所述轴承本体前端设置。

作为进一步优选方案，两组所述限流机构之间沿径向夹角45°交错设置。

作为进一步优选方案，所述每组限流机构包括4个限流机构。

一种实施方案，所述单向进气机构包括阀体、过滤芯和阀片，设有进气通道的阀体与所述充气腔的内壁紧密连接，所述阀片可开合式连接于所示进气通道的出气口处，所示阀体通过设置于所述进气通道进气口处的卡簧限位固定于所述充气腔的开口端，所述过滤芯设置于所述进气通道内。

进一步实施方案，所述单向进气机构的阀片上还设有升程限制器。

作为优选方案，所述充气腔与所述单向进气机构之间通过设有的密封圈紧密连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所述静压气体轴承装置的限流仅发生在限流机构的限流通孔中，并配合轴承本体内的充气腔，其结构简单、性能稳定；通过简化限流机构的结构，使得材料易得、成本低廉、大大降低了加工工艺的难度，且便于装卸和维护，延长使用寿命；还可根据不同工况使用需求，配合选择或更换限流通道的孔径和长度不同的限流机构，以达到实际工况所需的理想气体轴承“刚度”，另外，本发明特别适用于自由活塞式制冷机中，可满足人们对静压气体轴承装置的批量化生产需求，具有显著的进步性和良好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种静压气体轴承装置结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图2的B-B剖面图；

图4为图1的C-C剖面图；

图5为图4的D-D剖面图；

图6为本发明实施例提供1的限流机构的结构示意图；

图7为本发明实施例1提供的气体轴承的结构示意图；

图8为本发明实施例1提供的气体轴承的分解状态示意图；

图9为本发明实施例1提供的单向进气机构的俯视图；

图10为本发明实施例1提供的升程限制器的结构示意图；

图11为本发明实施例1提供的升程限制器的侧视图；

图12为本发明实施例1提供的卡簧的结构示意图；

图13为本发明实施例2提供的限流机构的结构示意图；

图14为图13的E-E剖面图。

图中标号示意如下：1、气体轴承；11、轴承本体；111、端口；12、限流机构；121、限流通孔；1211、装配凹槽；13、充气腔；14、单向进气机构；141、阀体；1411、进气通道；142、卡簧；143、阀片；144、过滤芯；145、升程限制器；15、密封圈；2、气缸；21、压缩腔；3、环隙。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

实施例1

结合图1至图12所示，本实施例提供的一种静压气体轴承装置，至少包括气体轴承1和气缸2，所述气体轴承1环隙配合设置于所述汽缸2内并可在所述气缸2内做往复运动，为了便于观察，附图中环隙3的尺寸已经被放大，所述气体轴承1包括圆柱状轴承本体11、数个设置于所述轴承本体11上的限流机构12以及在所述轴承本体11内沿轴向设置的充气腔13，所述限流机构12与所述轴承本体11通过螺纹紧密配合连接，所述限流机构12上设有限流通孔121，所述充气腔13通过所述限流通孔121与所述环隙3连通，位于工作气流中的“上游”的所述充气腔13的前端连接有单向进气机构14，所述充气腔13通过所述单向进气机构14与所述充气腔外单向止通式连通，所述限流通孔121的孔径为0.05mm-0.08mm。

在本实施例中，所述数个限流机构12为内部设有限流通孔121、外部设有螺纹的螺栓结构，所述限流通孔121的上部设有扩流结构，所述扩流结构为圆柱型结构，所述轴承本体11上设有与所述限流机构12上设有的螺纹相适配的螺纹孔，所述螺纹孔外延开设有端口111，如图2-图6所示。

在本实施例中，上述限流机构12为铜质材质。

为了抑制气体轴承在运动过程中的径向偏移，设有两组所述限流机构12，每组所述限流机构12包括数个沿同一纵切面周向均布的所述限流机构12，所述限流机构12嵌设于所述轴承本体11外表面上，其中一组所述限流机构12靠近所述轴承本体11前端设置，另一组所述限流机构12远离所述轴承本体11前端设置，两组所述限流机构12之间沿径向夹角45°交错设置，如图7、图8所示。

为了适应不同工况，在本实施例中，所述每组限流机构12包括4个所述限流机构，在靠近所述轴承本体11两端可分别设置多于或者少于4个所述限流机构12，其尺寸相对位置、形状以及定向角度是可变的。

在本实施例中，所述单向进气机构14包括阀体141和阀片143，设有进气通道1411的阀体141与所述充气腔13的内壁紧密连接，所述阀片143可开合式连接于所示进气通道1411的出气口处，所示阀体141通过设置于所述进气通道141进气口处的卡簧142限位固定于所述充气腔13的开口端，如图2、图5和图9-图12所示。

在本实施例中，所述单向进气机构14还包括过滤芯144，所述进气通道1411为设有大口径段和大口径段的台阶孔结构，所述过滤芯144设置于所述进气通道1411的大口径段内台阶处，如图2所示。

在本实施例中，所述单向进气机构14的阀片143上还设有升程限制器145，如图8所示。

在本实施例中，所述单向进气机构14还可以为仅容气体单向通过的止回阀。

为方便一体成型，在本实施例中，所述充气腔13为一横截面为环形的盲孔型结构，所述充气腔13的一端为作为充气腔13前端的开口端，另一端为由轴承本体11限定的闭口端，如图2、图5、图8和图9所示。

考虑到密封紧密性，所述充气腔13的开口端与所述单向进气机构14通过设有的密封圈15紧密连接紧密连接，如图2、图5所示。

如图2、图5所示，随着气体轴承1在气缸2内的运动，仅当气缸2的压缩腔21的压力大于气体轴承1的充气腔13内的压力时，单向进气机构14的阀片143开启，工作气体(例如氦气)通过阀体141的进气通道1411经过滤芯144过滤后进入的充气腔13，使充气腔13内压力升高，充气腔内的高压气体经过限流通孔121后形成高速气流，再经端口111扩散到所述气体轴承1与所述汽缸3之间的环隙3内，随后在环隙3中形成高压气膜，从而防止气体轴承1与汽缸2发生接触摩擦，至此得到静压气体轴承装置。

实施例2

结合图13和图14所示，本实施例提供的一种静压气体轴承装置，与实施例1的不同之处仅在于：所述扩流结构为圆台型，所述限流通孔121的孔径为0.06mm-0.07mm，圆台型的扩流结构使得充气腔13内的高压气体经过限流通孔121后形成高速气流扩散更均匀，更利于静压气体轴承装置的稳定运行。

作为优选方案，在本实施例中，如图13和图14所示，在所述限流通孔121顶部设有与螺丝安装工具相适配的一字型、十字型或三角型的装配凹槽1211，方便限流机构12的安装与拆卸。另外，本发明所述静压气体轴承装置特别适用于自由活塞式制冷机中，在本实施例中，所述静压气体轴承装置的限流仅发生在限流机构的限流通孔中，并配合轴承本体内的充气腔，其结构简单、性能稳定、可靠性能高，适于批量生产；通过简化限流机构的结构，使得材料易得、成本低廉、大大降低了加工工艺的难度，且便于装卸和维护，延长使用寿命；还可根据不同工况使用需求，配合选择或更换限流通道的孔径和长度不同的限流机构，以达到实际工况所需的理想气体轴承“刚度”。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。