基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法

本发明涉及超精密轴承润滑，具体涉及一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法。

背景技术：

1、超声悬浮轴承具有结构简单、成本低、控制方便等特点，在对超精密主轴转子的支承中具有显著优势，而轴承的承载特性是影响设备工作精度的关键因素。然而，轴承的承载力和刚度相比于其他非接触式轴承较小，对转子的支承效果有限，虽然通过提高电压来提高振幅以及改变悬浮高度可以适当增大轴承的承载能力，但过高的电压会导致轴承发热严重甚至开裂损坏。因此，探究一种新的提高轴承承载特性的办法具有重要意义。

2、专利号为202211229764.9，公开了一种带有人字槽微结构的多孔质气体静压轴承，专利号为202121103062.7和专利号为201610704131.7分别公开了带有螺旋槽和人字槽微结构的动压轴承，以提升轴承的承载力和刚度。然而，上述方法只分析了凹陷型微结构对轴承承载特性的影响，并没有分析凸起型微结构的影响，且超声悬浮轴承的工作原理和承载机理与其他轴承不同，微结构对其影响也不同，因此该方法不适用于超声悬浮轴承。

技术实现思路

1、为克服上述问题，本发明公开一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，即通过激光加工或机加工等手段在转子表面加工微结构来提升超声悬浮轴承(以下简称为轴承)的承载特性。相较于支承无微结构的转子，当轴承对带有微结构的转子支承时，其气膜压力场会因为微结构发生变化，低压区得到改善，进而提高轴承的承载能力。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，包括如下步骤：

4、1)建立以超声悬浮轴承及超声悬浮轴承上方的转子为整体的超声悬浮轴承体系；

5、2)在超声悬浮轴承体系的转子外表面加工微结构，微结构涉及多种形状、不同尺寸以及不同数量；

6、3)通过建立、修正并求解流体雷诺方程进行理论仿真分析，并搭建承载力测试试验台进行实验验证，研究不同形状微结构、不同尺寸微结构以及不同数量微结构对超声悬浮轴承体系中超声悬浮轴承体承载特性的影响。

7、进一步的，所述步骤2)中利用激光加工或机加工等技术在超声悬浮轴承体系的转子外表面加工微结构。

8、进一步的，所述微结构沿转子外表面圆周方向和/或轴向均匀设置。

9、进一步的，所述微结构采用凸起结构或凹陷结构。

10、进一步的，所述微结构包括六面体型、三棱柱型、周向槽型或轴向槽型。

11、进一步的，所述微结构凸起高度或凹陷深度范围在8-20μm。

12、进一步的，所述微结构的数量范围在5-300个。

13、本发明的有益效果如下：利用激光加工或机加工等技术在转子表面加工微结构，显著地提高了轴承的承载特性，实现轴承性能的优化，并通过控制微结构的形状、尺寸、数量来选择优先提高轴承承载力或刚度。

技术特征：

1.一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，其特征在于，所述微结构沿转子外表面圆周方向和/或轴向均匀设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，其特征在于，所述微结构采用凸起结构或凹陷结构。

4.根据权利要求3所述的一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，其特征在于，所述微结构包括六面体型、三棱柱型、周向槽型或轴向槽型。

5.根据权利要求1所述的一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，其特征在于，所述微结构凸起高度或凹陷深度范围在8-20μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，其特征在于，所述微结构的数量范围在5-300个。

7.根据权利要求1所述的一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，其特征在于，所述步骤2)中利用激光加工或机加工技术在超声悬浮轴承体系的转子外表面加工微结构。

技术总结
本发明公开了一种基于转子表面微结构提高超声悬浮轴承承载特性的方法，包括如下步骤：1)建立以超声悬浮轴承及超声悬浮轴承上方的转子为整体的超声悬浮轴承体系；2)利用激光加工或机加工等技术在超声悬浮轴承体系的转子外表面加工微结构；3)研究不同形状微结构、不同尺寸微结构以及不同数量微结构对超声悬浮轴承体系中超声悬浮轴承体承载特性的影响。本发明的有益效果如下：利用激光加工或机加工等技术在转子表面加工微结构，显著地提高了轴承的承载特性，实现轴承性能的优化，并通过控制微结构的形状、尺寸、数量来选择优先提高轴承承载力或刚度。

技术研发人员：陈国达,张伟,葛一帆
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13