气体润滑轴承是用气体作为润滑剂的滑动轴承。它利用气体的传输性(扩散性、粘性和热传导性)、吸附性和可压缩性,使之在摩擦副之间,在流体动压效应、静压效应和挤压效应的作用下,形成一层完整气膜,具有支承载荷、减少摩擦的功能。
用气体作润滑剂的滑动轴承,最常用的气体润滑剂为空气,根据需要也可用氮、氩、氢、氦或二氧化碳等,在气体压缩机、膨胀机和循环器中,常以工作介质作为润滑剂。气体轴承可用于纺织机械、电缆机械、仪表机床、陀螺仪、高速离心分离机、牙钻、低温运转的制冷机、氢膨胀机和高温运转的气体循环器等。
制造气体轴承的材料有工具钢、青铜、钨钴钼合金、粉末冶金多孔材料、陶瓷和工程塑料等。
气体润滑轴承的类别
气体润滑轴承一般分为气体动压轴承、气体静压轴承和气体挤压轴承3种类型。实际轴承的润滑状态常常以动、静压,动、挤压,静、挤压及动、静、挤压混合润滑状态形式存在。
(1)气体动压轴承
气体动压轴承也称为自作用轴承,一般常就地取材,采用几乎无处不有的空气作为润滑剂。它的气膜压力是靠粘性剪切机理产生的,与液体动压轴承油膜产生的机理类似。当其中一个表面相对于另一表面运动时,由于粘性作用,气体在两表面间形成气楔,从而产生压力。空气动压轴承是一种简单而巧妙的轴承,完全自成系统,不需要外压力源或其它附设,适用于高速运转场合。由于在陀螺和核工程中应用而最早获得进展的就是这类轴承。
由于低速下动压膜根本建立不起来,因此,在起动和停车时需格外注意,避免擦伤现象。另外,气体动压轴承还有自激涡动现象,尽量使涡动起始速度处于工作速度上限之外。
(2)气体静压型
气体静压轴承也称为外部供压轴承,是目前应用最为广泛的一种,它的气膜压力由外部气源供给,一般常用空气压缩机提供。气体经过节流器进入轴承间隙,然后连续地从轴承外缘排入大气。与气体动压轴承相比,它具有较大的承载力和刚度,稳定性也更容易控制一些,而且压力的建立与工作表面之间的任何相对运动无关,可在各种速度下使用,特别是利于起动和停车。
轴承工作表面的精度要求也可适当降低,但工作时必须保证足够的节流器出口压力。静压轴承有时会出现静不稳定现象,俗称"气锤"现象或"啸叫"。由于供气要连续消耗功率,当流量过大时,选用这种轴承就很不经济。
一般气体静压轴承的供气压力不超过0.6兆帕。气体通过供气孔进入气室,然后分数路流经节流器进入轴承和轴颈的间隙,再从两端流出轴承,在间隙内形成支承载荷的静压气膜。气体静压轴承的内孔表面一般不开气腔,以增大气膜刚度,提高稳定性。
(3)挤压膜型
与气体动压轴承类似,挤压膜轴承也与外部气源无关,靠两个工作表面在法线方向上相对振动而在表面间产生压力。至今挤压膜轴承还很少得到实际应用。这在很大程度上是由于产生动压膜压力的运动不是依靠轴承本身的功能,而只由另外的机构,如机电的,磁致伸缩的或压电晶体的振动发生器等产生的,这就给轴承的实际应用带来很大的不便,自然也就很少有人问津了。
(4)混合轴承
是动、静压轴承的混合,即有外部气源提供外压,又有两工作表面间的动压效应,从而提高了承载能力和刚度。但这时要求轴承的间隙要适当小些,在动压轴承的间隙范围以内。
事实上,同一轴承-般能以三种模式工作,那就是:纯静压式、纯动压式和混合式。如果静压轴承内表面不开气腔,那么当主轴转速达到一定程度时,就会产生动压效应,形成自然的混合轴承,仅当主轴不转或转速极低的场合才能算是纯静压轴承。
按承受载荷的方向不同,又可分为气体径向轴承、气体推力轴承和气体径向推力组合轴承;
按支承形式可分为两种类型:刚性支承型和弹性支承型;
对于气体静压轴示,按共节流形式可分为四类:小孔节流型、狭缝节流型、表面节流型、多孔质材料节流型。