
氣體潤滑軸承是用氣體作為潤滑劑的滑動軸承。它利用氣體的傳輸性(擴散性、粘性和熱傳導性)、吸附性和可壓縮性,使之在摩擦副之間,在流體動壓效應、靜壓效應和擠壓效應的作用下,形成一層完整氣膜,具有支承載荷、減少摩擦的功能。
用氣體作潤滑劑的滑動軸承,最常用的氣體潤滑劑為空氣,根據需要也可用氮、氬、氫、氦或二氧化碳等,在氣體壓縮機、膨脹機和循環(huán)器中,常以工作介質作為潤滑劑。氣體軸承可用于紡織機械、電纜機械、儀表機床、陀螺儀、高速離心分離機、牙鉆、低溫運轉的制冷機、氫膨脹機和高溫運轉的氣體循環(huán)器等。
制造氣體軸承的材料有工具鋼、青銅、鎢鈷鉬合金、粉末冶金多孔材料、陶瓷和工程塑料等。
氣體潤滑軸承的類別
氣體潤滑軸承一般分為氣體動壓軸承、氣體靜壓軸承和氣體擠壓軸承3種類型。實際軸承的潤滑狀態(tài)常常以動、靜壓,動、擠壓,靜、擠壓及動、靜、擠壓混合潤滑狀態(tài)形式存在。
(1)氣體動壓軸承
氣體動壓軸承也稱為自作用軸承,一般常就地取材,采用幾乎無處不有的空氣作為潤滑劑。它的氣膜壓力是靠粘性剪切機理產生的,與液體動壓軸承油膜產生的機理類似。當其中一個表面相對于另一表面運動時,由于粘性作用,氣體在兩表面間形成氣楔,從而產生壓力。空氣動壓軸承是一種簡單而巧妙的軸承,完全自成系統(tǒng),不需要外壓力源或其它附設,適用于高速運轉場合。由于在陀螺和核工程中應用而最早獲得進展的就是這類軸承。
由于低速下動壓膜根本建立不起來,因此,在起動和停車時需格外注意,避免擦傷現(xiàn)象。另外,氣體動壓軸承還有自激渦動現(xiàn)象,盡量使渦動起始速度處于工作速度上限之外。
(2)氣體靜壓型
氣體靜壓軸承也稱為外部供壓軸承,是目前應用最為廣泛的一種,它的氣膜壓力由外部氣源供給,一般常用空氣壓縮機提供。氣體經過節(jié)流器進入軸承間隙,然后連續(xù)地從軸承外緣排入大氣。與氣體動壓軸承相比,它具有較大的承載力和剛度,穩(wěn)定性也更容易控制一些,而且壓力的建立與工作表面之間的任何相對運動無關,可在各種速度下使用,特別是利于起動和停車。
軸承工作表面的精度要求也可適當降低,但工作時必須保證足夠的節(jié)流器出口壓力。靜壓軸承有時會出現(xiàn)靜不穩(wěn)定現(xiàn)象,俗稱"氣錘"現(xiàn)象或"嘯叫"。由于供氣要連續(xù)消耗功率,當流量過大時,選用這種軸承就很不經濟。
一般氣體靜壓軸承的供氣壓力不超過0.6兆帕。氣體通過供氣孔進入氣室,然后分數(shù)路流經節(jié)流器進入軸承和軸頸的間隙,再從兩端流出軸承,在間隙內形成支承載荷的靜壓氣膜。氣體靜壓軸承的內孔表面一般不開氣腔,以增大氣膜剛度,提高穩(wěn)定性。
(3)擠壓膜型
與氣體動壓軸承類似,擠壓膜軸承也與外部氣源無關,靠兩個工作表面在法線方向上相對振動而在表面間產生壓力。至今擠壓膜軸承還很少得到實際應用。這在很大程度上是由于產生動壓膜壓力的運動不是依靠軸承本身的功能,而只由另外的機構,如機電的,磁致伸縮的或壓電晶體的振動發(fā)生器等產生的,這就給軸承的實際應用帶來很大的不便,自然也就很少有人問津了。
(4)混合軸承
是動、靜壓軸承的混合,即有外部氣源提供外壓,又有兩工作表面間的動壓效應,從而提高了承載能力和剛度。但這時要求軸承的間隙要適當小些,在動壓軸承的間隙范圍以內。
事實上,同一軸承-般能以三種模式工作,那就是:純靜壓式、純動壓式和混合式。如果靜壓軸承內表面不開氣腔,那么當主軸轉速達到一定程度時,就會產生動壓效應,形成自然的混合軸承,僅當主軸不轉或轉速極低的場合才能算是純靜壓軸承。
按承受載荷的方向不同,又可分為氣體徑向軸承、氣體推力軸承和氣體徑向推力組合軸承;
按支承形式可分為兩種類型:剛性支承型和彈性支承型;
對于氣體靜壓軸示,按共節(jié)流形式可分為四類:小孔節(jié)流型、狹縫節(jié)流型、表面節(jié)流型、多孔質材料節(jié)流型。