静压止推气体轴承性能分析

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论1.2气体润滑技术的发展和气体轴承特征概述气体润滑技术是本世纪中期迅速发展起来的一项高新技术。它的出现，打破了液 体润滑的一统天下，使润滑技术产生了质的飞跃。气体轴承就是从这项技术开发出的 核心产品，它是利用气膜支承负载或减少摩擦的机械构件。气体轴承与滚动轴承及油 滑动轴承相比，具有速度高、精度高、功耗低和寿命长的四大优点。它使轴承速度提高了5～10倍，支承精度提高了2个数量级，功耗降低了3个数量级，而轴承的工作寿命则增张了数十倍。自19世纪末，人们初探到气体润滑的效果以来，到1949年半个多世纪里，只有 几十篇原理性的

2、文章公诸于世。1950～1959年的10年时间，理论、实验和应用方面 的文章就有近300篇，发表在多种杂志及会刊上，气体润滑轴承已从理想变成现实。 1959年，在美国华盛顿举行了第一届国际气体润滑轴承学术会议。从此，气体润滑技术在美、英等几个发达国家迅速发展起来。60～70年代，是气体轴承的大发展时期，是从理论研究进入使用设计及推广应用的阶段。各种各样的设计方案竞相抛出，稳态设计理论逐渐完善，动态性能的理论分析和基础试验文章日渐增多。与稳态性能 的研究性比，动态性能的研究尚且不足。轴承类型上，除纯动压和静压轴承外，又出 现了动、静压混合轴承、压膜轴承、箔

3、带轴承及多孔质轴承等新类型。气体轴承产品， 也从初期的军品为主转向民品居多，军品、民品同时发展的新格局。在一些发达国家， 有些气体轴承的产品已开始商品化，如空气主轴、高数空气牙钻等。有些军品轴承， 如惯导陀螺马达动压气体轴承，已正式服役。继第一届学术会议后，又相继召开了第 二、三、⋯⋯、第八届国际气体轴承的学术会议，其中后六次均在英国的南安普敦(Southampton)大学召开。每次会议都有一批新的研究成果公诸于世。中国从1962年开始对气体轴承展开正式研究。首先，在机械工业部洛阳轴承研 究所建立起气体轴承研究基地。1968年首次成功的研制出我国第一代气

4、体轴承产品——陀螺马达动压气体轴承，并在主机上获得成功应用。随后，在高速主轴、透平膨胀机、高速空气牙钻、精密仪器及空间技术等领域，气体润滑技术在我国获得迅速发展。进入80年代后，随着气体润滑理论的逐步完善和气体轴承技术的不断进步，其实用化和商品化程度日益提高，并在高速度、高精度和低摩擦三个应用领域，显示出十分强大的生命力，常常是滚动轴承与油滑动轴承无法替代的。与电磁轴承相比，又具有结构简单、制造容易和便于推广应用的优点。高速空气精密主轴，在油嘴行业已第2页上海交通大学硕士学位论文第一章绪论应用多年；高速空气牙钻，在一些大医院也在临床应用；空气轴承支撑的圆

5、度仪，在轴承厂广泛应用；此外，如三坐标测量仪、低速伺服转台、空间模拟装置等，现在也都采用气体轴承支承。高速、精密、低摩擦三大特点，是气体的优点；而承载小、刚度低、可靠性差，又影响了它的广泛应用。气体轴承的优点：(1)速度高国际上已成商品的高速空气轴承牙钻，转速达50×104r/min，我国研制成功的超高速精密空气主轴，转速达33×104r/min，其线速度已达130～140m/s；而小型氦透平膨胀机转速达到65×104r/min，线速度为238m/s。这速度是滚动轴承和油滑动轴承所望尘莫及的。(2)精密度高气体轴承本身的制造精度高，气膜又具有均匀化作用，

6、所以气体轴承的精度比滚动轴承高2个数量级，且振动、噪声值也低。比如，美国西北太平洋实验室研制的一种Omega纳米车床，使用空气轴承支承，加工精度达到0.075µm，表 面粗糙度为Ra0.0011µm。日本芝浦电器有限公司研制的空气轴承超精密镗铣头，加 工表面粗糙度最大值在Ra0.06～0.02µm，平面度达0.1µm。目前，国际上超精密镜面 车床（空气轴承）主轴回转精度已达到0.025µm，国内试制的类车床主轴回转精度为 0.05µm。(3)摩擦损耗小气体粘度仅为油粘度的千分之一，所以，由气膜引起的摩擦力 矩比油膜低了3个数量级。轴承摩擦低，对主机的干扰

7、力矩小，功率损耗小，这是理想支承技术所追求的目标。(4)具有耐高温、低温及原子辐射的能力油、脂润滑剂，高温挥发、低温凝固、 原子辐射下分解变质。气体润滑剂不存在这些问题。高温气体轴承可承受300～500℃，低温可在-263℃下工作。(5)无污染或少污染气体轴承一般用空气或惰性气体做润滑剂，所以，润滑剂排放对环境无任何污染。少数采用CO2、CH4等做润滑剂的轴承，一般都在封闭状态下工作，对环境的影响也不大。气体轴承的振动、噪声低，也比滚动轴承对环境的污染小。(6)寿命长寿命短、寿命分布离散是滚动轴承的致命缺点；特别是高速滚动轴承更甚，一般工作寿命只有几十小

8、时到几百小时。气体轴承在正常工作时，无金属接触，理论上无磨损，轴承的寿命应该是无