一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承

本发明涉及气浮支承领域，具体是一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承。

背景技术：

1、所谓气浮轴承，其原理就是由节流高压空气产生的气膜将工件支撑起来。由于其有非接触的特性，因此也具有驱动力需求低、高运动精度和热稳定性等特点，空气静压轴承也因此被广泛应用于精密测量仪器、超精密加工、微细加工和其他工程应用。

2、一般平面静压气浮轴承设计包括两个严格相关的步骤：静态特性设计和动态特性设计。静态特性可以定义轴承的承载能力、静态刚度和空气消耗量并表示为气隙高度的函数。动态特性包括评估刚度和阻尼系数作为激励频率的函数。动态特性的研究，旨在了解轴承是否收到气动锤的影响并评估稳定性的裕度。

3、但随着对于平面静压气浮轴承应用场景的不断拓展，其高速直线运动下的倾斜特性也成为了限制轴承应用发展的一个重要特性。平面静压气浮轴承在高速直线运动下的倾斜主要受两部分的影响：

4、一是轴承工作面前端和后端收到单向运动的影响，两侧的气体流出速率不相同，导致两侧力矩不均，从而产生倾斜。

5、二是轴承工作面的中部，其气体总的流出速率随速度变化不大，但单向运动会重新分配左右两侧节流孔流出压缩气体在中部流域的控制区域，导致左右两侧气体流出速率占中部总流出速率的比例产生变化，两侧气压差距拉大，从而也产生一个力矩驱动轴承倾斜。

6、上述两种因单向直线运动而产生的力矩偏转是反向，但是，这两种力矩并不能相互抵消，一般是这种差距会随着轴承运动速度的增加而不断拉大，最终导致轴承的倾斜增大。一般矩形平面静压气浮轴承运动速度越高，则两侧的力矩差距越大，其倾斜角度也就越大，其倾斜特性曲线一般是高于一次的上升曲线，倾斜方向为前倾。

7、针对这个问题，如何设计一种能在较高速度的直线运动下仍能保持较低倾斜的经济型高速平面静压气浮轴承，是一项亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，以解决现有技术气浮支承高速直线运动下的倾斜问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，包括轴承主体，轴承主体的一面为工作面，轴承主体内有非垂直于工作面的流道，流道一端设于轴承主体的非工作面形成进气孔，所述工作面中部设有横跨整个工作面的沟槽，工作面还设有若干节流孔，各个节流孔分别向轴承主体内延伸并分别连通所述流道。

4、进一步的，所述沟槽的截面为矩形。

5、进一步的，所述沟槽的截面面积不超过轴承单侧短边流出面积的1.25倍。

6、进一步的，所述节流孔有四个，四个节流孔呈矩形分布，且四个节流孔确定的矩形与所述工作面同心。

7、进一步的，四个节流孔确定的矩形长度为轴承主体长度的0.6倍，四个节流孔确定的矩形宽度为轴承主体宽度的0.5倍。

8、本发明中，压缩气体经由进气口流入轴承主体内部的流道，然后由节流孔射出流入至轴承工作面，在工作面与止推面之间形成气膜以支承轴承工作。其中，一部分气体流入方向是从轴承主体四周边缘流出，另一部分流入工作面中部的沟槽，再经由沟槽流入大气，气体在沟槽处受到运动的控制进行补偿，使得微型沟槽两侧的力矩受速度的影响尽可能的一致。

9、与现有技术相比，本发明优点为：

10、（1）与传统的平面气浮轴承相比，本发明轴承工作面中部的沟槽对于轴承在静止状态下的综合性能影响不大，包括承载力、静刚度和阻尼，承载力在微型沟槽截面积较小的情况下还会略有增加。

11、（2）本发明以工作面中部的沟槽对于轴承在高速运动下的压力分布进行补偿，具体来说就是使轴承两侧节流孔的流出的气体在沟槽处受到运动的控制进行补偿，使得微型沟槽两侧的力矩受速度的影响尽可能的一致，从而使轴承在高速运动的状态下的倾斜特性得到优化。

技术特征：

1.一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，包括轴承主体，轴承主体的一面为工作面，轴承主体内有非垂直于工作面的流道，流道一端设于轴承主体的非工作面形成进气孔，其特征在于，所述工作面中部设有横跨整个工作面的沟槽，工作面还设有若干节流孔，各个节流孔分别向轴承主体内延伸并分别连通所述流道。

2.根据权利要求1所述的一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，其特征在于，所述沟槽的截面为矩形。

3.根据权利要求2所述的一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，其特征在于，所述沟槽的截面面积为不超过轴承单侧短边流出面积的1.25倍。

4.根据权利要求1所述的一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，其特征在于，所述节流孔有四个，四个节流孔呈矩形分布，且四个节流孔确定的矩形与所述工作面同心。

5.根据权利要求3所述的一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，其特征在于，四个节流孔确定的矩形长度为轴承主体长度的0.6倍，四个节流孔确定的矩形宽度为轴承主体宽度的0.5倍。

技术总结
本发明公开了一种工作面中部具有沟槽的静压气浮轴承，包括轴承主体，轴承主体的一面为工作面，轴承主体内有流道，流道一端形成进气孔，工作面中部设有横跨整个工作面的沟槽，工作面还设有若干节流孔连通流道。本发明对于轴承在静止状态下的综合性能影响不大，并可使得微型沟槽两侧的力矩受速度的影响尽可能的一致，从而使轴承在高速运动的状态下的倾斜特性得到优化。

技术研发人员：李维诗,王路斌,曹鹏飞,杨森雨,夏豪杰,张进
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15