带有通孔的单轴旋转气体轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]公开的实施例涉及增压气体轴承领域，更特别地，涉及带有气体通孔的旋转增压气体轴承领域。
【背景技术】
[0002]在机械轴承中经常选择尤其是流体轴承和气体轴承是有多方面原因的。例如，气体轴承可以具有几乎为零的摩擦，即使在极低速时以及当启动或停止时，显示出轴承表面上的近零磨损以及提供优良的机械振动隔离。因此，气体轴承的一个应用是提供具有几乎为零的摩擦旋转运动的旋转接合处以及优良的有效载荷振动隔离。
[0003]然而，难以跨过气体轴承将增压气体供给到旋转侧的气体陷阱。传统地，有三种方式来实现这点:使软管从气体供给直接延伸到气体陷阱，通过使用滑环，以及通过在气体轴承的旋转侧上包含额外的气体供给源。软管的使用将气体轴承的运动范围限制到在软管变得缠结或扭绞之前至多几个完整圈。滑环引入了跨轴承的摩擦和机械振动，可能抵消气体轴承所提供的一些优点。在气体轴承的旋转侧上的单独的气体供给源引入了额外的机械复杂度以及额外的重量，并且如果使用压缩机还会引入机械振动以及向气体轴承的旋转侧供给电力的需求。
[0004]发明概述
[0005]根据一个实施例，描述了在供给通过轴承的增压气体的同时允许绕单轴旋转的旋转气体轴承。气体轴承构造为与增压气体供给源和气体陷阱流体连通。气体轴承包括限定了气体供给轴承表面的气体供给部件和限定了气体陷阱轴承表面的气体陷阱部件。限定了气体供给轴承表面和气体陷阱轴承表面中的一个的筒状凹陷部，位于所述气体供给部件和所述气体陷阱部件中的一个中。筒状突起从所述气体供给部件和所述气体陷阱部件中的另一个突出，并且其尺寸适于以预定间隙装配在筒状凹陷部内。所述筒状突起限定了气体供给轴承表面和所述气体陷阱轴承表面中的另一个。所述气体供给轴承表面与所述气体陷阱轴承表面相对。适于经由气体供给部件而在馈给压力下与增压气体供给源流体连通的至少一个开口，位于所述气体供给轴承表面中。多孔涂层覆盖所述气体供给轴承表面的围绕开口的部分。所述多孔涂层适于经由所述气体供给部件而与所述增压气体供给源流体连通，用于维持所述多孔涂层与所述气体陷阱轴承表面之间的轴承压力，所述轴承压力大于所述馈给压力。位于所述气体陷阱轴承表面中的环状通道与所述开口对准且相对地定位，并且适于经由所述气体陷阱部件而与气体陷阱流体连通。
[0006]在另一实施例中，所述多孔涂层包括烧结材料。
[0007]在另一实施例中，所述多孔涂层包括黄铜和碳中的至少之一。
[0008]在另一实施例中，所述多孔涂层包括石墨。
[0009]在另一实施例中，选择所述预定间隙而使得所述多孔涂层与所述气体陷阱轴承表面之间的空隙在5μπι与50μπι之间。
[0010]在另一实施例中，选择所述预定间隙而使得所述多孔涂层与所述气体陷阱轴承表面之间的空隙在12μπι与25μπι之间。
[0011]在另一实施例中，所述增压气体包括空气。
[0012]在另一实施例中，所述增压气体包括氧气、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的至少之一。
[0013]在另一实施例中，所述馈给压力比轴承压力小大约30kPa。
[0014]在另一实施例中，所述轴承压力在600kPa与100kPa之间，且所述馈给压力在570kPa 与 970kPa 之间。
[0015]在另一实施例中，所述通道的宽度大于所述至少一个开口的宽度。
[0016]在另一实施例中，所述环状通道绕着所述筒状突起的周缘延伸。
[0017]在另一实施例中，所述筒状凹陷部位于所述气体供给部件中，并且所述筒状突起从所述气体陷阱部件突出。
[0018]根据另一实施例，描述了在供给通过轴承的增压气体的同时允许绕单轴旋转的旋转气体轴承。所述气体轴承构造为与增压气体供给源和气体陷阱流体连通。所述气体轴承包括限定气体供给轴承表面的气体供给部件以及限定气体陷阱轴承表面的气体陷阱部件。定形为第一回转表面且限定所述气体供给轴承表面和所述气体陷阱轴承表面中的一个的凹陷部，位于所述气体供给部件和所述气体陷阱部件中的一个中。定形为第二回转表面且限定所述气体供给轴承表面和所述气体陷阱轴承表面中的另一个的突起，从所述气体供给部件和所述气体陷阱部件中的另一个突出。所述突起被定尺寸为以预定间隙装配在所述凹陷部内。适于经由所述气体供给部件而在馈给压力下与所述增压气体供给源流体连通的至少一个开口，位于所述气体供给轴承表面中。多孔涂层覆盖所述气体供给轴承表面的部分。所述多孔涂层适于经由所述气体供给部件而与所述增压气体供给源流体连通，用于维持所述多孔涂层与所述气体陷阱轴承表面之间的轴承压力，所述轴承压力大于所述馈给压力。所述气体陷阱轴承表面中的环状通道与所述开口对准且与所述开口相对地定位。所述通道适于经由所述气体陷阱部件而与所述气体陷阱流体连通。
[0019]在另一实施例中，所述凹陷部是锥形凹陷部，并且所述突起是锥形突起。
[0020]在另一实施例中，所述凹陷部是截头锥形凹陷部，并且所述突起是截头锥形突起。[0021 ]在另一实施例中，所述多孔涂层围绕所述开口。
【附图说明】
[0022]为更好的理解所描述的实施例以及更清楚地表明它们如何实施，将通过示例的方式参考附图，在附图中:
[0023]图1示出了带有通孔的单轴旋转气体轴承的一个实施例的剖视图。
[0024]图2示出了图1所描绘的带有通孔的单轴旋转气体轴承的实施例的立体剖开视图。
[0025]图3示出了带有通孔的单轴旋转气体轴承的另一实施例的剖视图。
[0026]图4示出了带有通孔的单轴旋转气体轴承的另一实施例的剖视图。
[0027]发明详述
[0028]图1示出了带有通孔的单轴旋转气体轴承的一个实施例的剖视图。气体轴承1000允许气体陷阱(集气汇，gas sink)部件1010相对于气体供给部件1020绕轴线1005自由旋转，同时从气体供给部件1020上的增压气体供给源1030向气体陷阱部件11上的气体陷阱1040供给增压气体。气体陷阱1040可以是任何类型的气体陷阱，包括例如沿着不同旋转轴线对准的其它气体轴承。
[0029]在气体轴承1000中使用的气体可以是任何适合的工作气体。优选地，因空气是易于得到的供给源，工作气体是空气。可选地，还可以使用诸如氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气的其它各种气体中的一种或混合物。
[0030]增压气体供给源1030包括能够在气体轴承1000运转期间维持充足压力(参见下面)的任何合适的增压气体供给源。例如，增压气体供给源1030可以包括带有气体供给源的压缩机或者带有调节器的增压和/或液化气体罐。优选地，工作气体是空气，使得可以使用在环境空气中抽气的压缩机。
[0031]继续参考图1，气体轴承1000包括在气体供给部件1020中的筒状凹陷部1025，其内表面具有气体供给轴承表面1050。对应的筒状突起1015从气体陷阱部件1010延伸出。筒状突起1015的外表面包括气体陷阱轴承表面1060。筒状突起1015被定尺寸为以预定间隙适配在筒状凹陷部1025内(下文进一步详细描述)。多孔涂层1070施加到轴承表面1050上，并且经由轴承气体供给导管1080连接到增压气体供给源1030。来自增压气体供给源1030的增压气体从多孔涂层1070逸出到多孔涂层1070与气体陷阱轴承表面1060之间的空隙1090，在轴承压力下提供了增压气体缓冲，这允许气体陷阱部件1010绕着气体轴承1000的轴线1005而关于气体供给部件1020旋转。
[0032]多孔涂层1070可以包括任何适合于构造气体轴承的材料，取决于所选的运转压力和工作气体。例如，多孔黄铜或诸如石墨的多孔碳可用于构造多孔涂层1070。更一般地，由烧结材料构造而成的多孔涂层是适合的。
[0033]补充轴承1100优选地也包括多孔涂层且连接到增压气体供给源1030，可用于防止气体供给部件1020接触气体陷阱部件11。
[0034]选择预定间隙以平衡所需增压气体的量与制造气体轴承的难度。多孔涂层1070与气体陷阱轴承表面1060之间的较小的空隙导致较低的气体损失以维持增压气体缓冲，但是也更难以制造。已经发现，应选择预定的间隙以使得图1中的多孔涂层1070与气体陷阱轴承表面1060之间的空隙，在5μπι与50μπι之间，优选地在12μπι与25μπι之间。
[0035]开口 1110位于气体供给轴承表面1050与多孔涂层1070之间。开口 1110经由馈给气体供给导管1120和馈给气体压力调节器1130而连接到增压气体供给源1030。
[0036]馈给气体供给导管1120在开口1110处的气体压力(也称为“