什么是氣體潤(rùn)滑軸承？?jī)?yōu)缺點(diǎn)是什么？

[ 發(fā)布日期：2019-02-15 10:16:13 點(diǎn)擊：10431 來源:普瑞森(PRS)精密軸承【打印此文】【關(guān)閉窗口】]

　　氣體潤(rùn)滑軸承是用氣體作為潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)軸承。它利用氣體的傳輸性（擴(kuò)散性、粘性和熱傳導(dǎo)性）、吸附性和可壓縮性，使之在摩擦副之間，在流體動(dòng)壓應(yīng)、靜壓應(yīng)和擠壓應(yīng)的作用下，形成層完整氣膜，具有支承載荷、減少摩擦的功能。

　　用氣體作潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)軸承，常用的氣體潤(rùn)滑劑為空氣，根據(jù)需要也可用氮、氬、氫、氦或二氧化碳等，在氣體壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和循環(huán)器中，常以工作介質(zhì)作為潤(rùn)滑劑。氣體軸承可用于紡織機(jī)械、電纜機(jī)械、儀表機(jī)床、陀螺儀、高速離心分離機(jī)、牙鉆、低溫運(yùn)轉(zhuǎn)的制冷機(jī)、氫膨脹機(jī)和高溫運(yùn)轉(zhuǎn)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(rùn)滑軸承的類別

　　氣體潤(rùn)滑軸承般分為氣體動(dòng)壓軸承、氣體靜壓軸承和氣體擠壓軸承3種類型。實(shí)際軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)常常以動(dòng)、靜壓，動(dòng)、擠壓，靜、擠壓及動(dòng)、靜、擠壓混合潤(rùn)滑狀態(tài)形式存在。

　　（1）氣體動(dòng)壓軸承

　　氣體動(dòng)壓軸承也稱為自作用軸承，般常就地取材，采用幾乎無處不有的空氣作為潤(rùn)滑劑。它的氣膜壓力是靠粘性剪切機(jī)理產(chǎn)生的，與液體動(dòng)壓軸承油膜產(chǎn)生的機(jī)理類似。當(dāng)其中個(gè)表面相對(duì)于另表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于粘性作用，氣體在兩表面間形成氣楔，從而產(chǎn)生壓力?？諝鈩?dòng)壓軸承是種簡(jiǎn)單而巧妙的軸承，完自成系統(tǒng)，不需要外壓力源或其它附設(shè)，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合。由于在陀螺和核工程中應(yīng)用而早獲得進(jìn)展的就是這類軸承。

　　由于低速下動(dòng)壓膜根本建立不起來，因此，在起動(dòng)和停車時(shí)需格外注意，避免擦傷現(xiàn)象。另外，氣體動(dòng)壓軸承還有自激渦動(dòng)現(xiàn)象，盡量使渦動(dòng)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(yīng)用為廣泛的種，它的氣膜壓力由外部氣源供給，般常用空氣壓縮機(jī)提供。氣體經(jīng)過節(jié)流器進(jìn)入軸承間隙，然后連續(xù)地從軸承外緣排入大氣。與氣體動(dòng)壓軸承相比，它具有較大的承載力和剛度，穩(wěn)定性也更容易控制些，而且壓力的建立與工作表面之間的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，可在各種速度下使用，別是利于起動(dòng)和停車。

　　軸承工作表面的精度要求也可適當(dāng)降低，但工作時(shí)必須保證足夠的節(jié)流器出口壓力。靜壓軸承有時(shí)會(huì)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(dāng)流量過大時(shí)，選用這種軸承就很不經(jīng)濟(jì)。

　　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(jìn)入氣室，然后分?jǐn)?shù)路流經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入軸承和軸頸的間隙，再?gòu)膬闪鞒鲚S承，在間隙內(nèi)形成支承載荷的靜壓氣膜。氣體靜壓軸承的內(nèi)孔表面般不開氣腔，以增大氣膜剛度，提高穩(wěn)定性。

　?。?）擠壓膜型

　　與氣體動(dòng)壓軸承類似，擠壓膜軸承也與外部氣源無關(guān)，靠?jī)蓚€(gè)工作表面在法線方向上相對(duì)振動(dòng)而在表面間產(chǎn)生壓力。至今擠壓膜軸承還很少得到實(shí)際應(yīng)用。這在很大程度上是由于產(chǎn)生動(dòng)壓膜壓力的運(yùn)動(dòng)不是依靠軸承本身的功能，而只由另外的機(jī)構(gòu)，如機(jī)電的，磁致伸縮的或壓電晶體的振動(dòng)發(fā)生器等產(chǎn)生的，這就給軸承的實(shí)際應(yīng)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(dòng)、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(dòng)壓應(yīng)，從而提高了承載能力和剛度。但這時(shí)要求軸承的間隙要適當(dāng)小些，在動(dòng)壓軸承的間隙范圍以內(nèi)。

　　事實(shí)上，同軸承-般能以三種模式工作，那就是：純靜壓式、純動(dòng)壓式和混合式。如果靜壓軸承內(nèi)表面不開氣腔，那么當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到定程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓應(yīng)，形成自然的混合軸承，僅當(dāng)主軸不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速低的場(chǎng)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(duì)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(zhì)材料節(jié)流型。

　　二、氣體潤(rùn)滑軸承的應(yīng)用

　　氣體潤(rùn)滑軸承在機(jī)床中的應(yīng)用實(shí)例：氣體潤(rùn)滑軸承在機(jī)床中主要用于主軸支承，包括工件軸、刀具軸、砂輪軸等。機(jī)床主軸軸承般采用氣靜壓軸承和動(dòng)靜壓混合軸承兩種。小型高速主軸也可采用波箔軸承。

　　氣體靜壓軸承在機(jī)床中應(yīng)用多，其中以小孔節(jié)流和環(huán)面節(jié)流軸承為普遍。多孔質(zhì)氣體靜壓軸承近年來越來越多地被用于機(jī)床主動(dòng)靜壓混合潤(rùn)滑軸承。浮環(huán)動(dòng)靜壓氣體軸承是近年來新開發(fā)的高速氣體潤(rùn)滑軸承，用于高速主軸支承很有前景。超高速空氣軸承內(nèi)圓磨頭目前的磨削速度已可實(shí)現(xiàn)小孔和微小孔的精密磨削。

　?。?）應(yīng)用于高精度測(cè)量?jī)x器。隨著超精密加的發(fā)展，同時(shí)測(cè)量?jī)x器也不斷發(fā)展從而滿足精密件的測(cè)量要求。測(cè)量?jī)x器的工作精度很大部分取決于運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度。氣體軸承在慣性導(dǎo)航儀中的應(yīng)用，正式開啟了氣體潤(rùn)滑軸承在精密測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用。三坐標(biāo)主軸及導(dǎo)軌，圓度儀摩擦力矩儀主軸及導(dǎo)軌，從60年代末就采用氣體潤(rùn)滑軸承支撐，其精度提高1-2個(gè)數(shù)量。

　?。?）應(yīng)用于超精密加工中。高的加工精度依賴于工作精度高機(jī)床。臺(tái)機(jī)床加工精度取決于高旋轉(zhuǎn)精度及高轉(zhuǎn)速的主軸，還有直線度高無爬行的導(dǎo)軌以及微進(jìn)給機(jī)構(gòu)。采用了石墨空氣軸承起氣體潤(rùn)滑軸承在超精機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。

　?。?）其他行業(yè)中的應(yīng)用。在電子計(jì)算機(jī)行業(yè)中制造大規(guī)模集成電路的工作臺(tái)中采用了空氣軸承；在醫(yī)療器械中應(yīng)用于高速牙鉆中，同時(shí)在紡織機(jī)械及食品機(jī)械甚至核工業(yè)都有應(yīng)用，足見氣體潤(rùn)滑軸承應(yīng)用之廣泛。

　　三、氣體潤(rùn)滑軸承的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)

　?、倌ψ璧停河捎跉怏w粘度比液體低得多，在室溫下空氣粘度僅為10號(hào)機(jī)械油的五千分之，而軸承的摩阻與粘度成正比，所以氣體軸承的摩阻比液體潤(rùn)滑軸承低。

　?、谶m用速度范圍大：氣體軸承的摩阻低，溫升低，在轉(zhuǎn)速高達(dá)5萬轉(zhuǎn)/分時(shí)，其溫升不超過20～30℃，轉(zhuǎn)速甚至有高達(dá)130萬轉(zhuǎn)/分的。氣體靜壓軸承還能用于低的速度，甚至零速。小型氦渦輪膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)650 000r/min，線速度為238m/s，按dn值計(jì)算已達(dá)到455x106mm·r/min。

　?、圻m用溫度范圍廣：氣體能在大的溫度范圍內(nèi)保持氣態(tài)，其粘度受溫度影響很小(溫度升高時(shí)粘度還稍有增加，如溫度從20℃升至100℃,空氣粘度增加23%),因此，氣體軸承的適用溫度范圍可達(dá)-265℃到1650℃。

　?、艹休d能力低：動(dòng)壓軸承的承載能力與粘度成正比，氣體動(dòng)壓軸承的承載能力只有相同尺寸液體動(dòng)壓軸承的千分之幾。由于氣體的可壓縮性，氣體動(dòng)壓軸承的承載能力有限值，般單位投影面積上的載荷只能加到0.36兆帕。

　　⑤加工精度要求高：為提高氣體軸承的承載能力和氣膜剛度，通常采用比液體潤(rùn)滑軸承小的軸承間隙(小于0.015毫米)，需要相應(yīng)地提高零件精度。氣膜具有誤差勻化作用，其精度比滾動(dòng)軸承高兩個(gè)數(shù)量，而且振動(dòng)小，噪聲低。

　　⑥無污染：潤(rùn)滑氣體般為空氣或惰性氣體，排放到大氣不產(chǎn)生污染。軸承的振動(dòng)小、噪聲低，對(duì)環(huán)境也不構(gòu)成污染。

　　⑦壽命長(zhǎng)：氣體靜壓軸承無金屬直接接觸，理論壽命為無限長(zhǎng)?？紤]其他條件限制，般應(yīng)在104h以上。動(dòng)壓氣體軸承啟停瞬間存在金屬間摩擦，壽命受定影響，但也在3000h以上。

　　缺點(diǎn)

　?、俪休d能力低：氣體潤(rùn)滑軸承與同類油潤(rùn)滑軸承比，承載能力約低1～2個(gè)數(shù)量。按單位面積承載能力，油潤(rùn)滑軸承般為(0．5～2)MPa，而氣體潤(rùn)滑軸承則只有(0．02～0．04)MPa。

　　②可靠性差：方面是氣體潤(rùn)滑軸承容易失穩(wěn)，出現(xiàn)常見的氣錘振動(dòng)及渦動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。另方面是氣體潤(rùn)滑軸承卡滯、抱軸或咬死現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

　?、坌枰闹圃炀雀?，造價(jià)昂貴：因氣膜很薄，般在幾微米到幾十微米之間，所以對(duì)零件制造精度要求較高，提高了造價(jià)。另外，有加工螺旋槽、節(jié)流小孔和多孔質(zhì)材料等殊工藝要求，增加了制造難度和費(fèi)用。

　?、芤蠊ぷ鳁l件苛刻：氣體潤(rùn)滑軸承需要高清潔度的工作環(huán)境及嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，以確保軸承正常工作，不發(fā)生意外。為此，定程度地限制了它的廣泛應(yīng)用和商品化。

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