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什么是氣體潤滑軸承？優缺點是什么？

[ 發布日期：2019-02-15 10:16:13 點擊：9291 來源:普瑞森(PRS)精密軸承【打印此文】【關閉窗口】]

　　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，在流體動壓應、靜壓應和擠壓應的作用下，形成層完整氣膜，具有支承載荷、減少摩擦的功能。

　　用氣體作潤滑劑的滑動軸承，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常常以動、靜壓，動、擠壓，靜、擠壓及動、靜、擠壓混合潤滑狀態形式存在。

　　（1）氣體動壓軸承

　　氣體動壓軸承也稱為自作用軸承，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。當其中個表面相對于另表面運動時，由于粘性作用，氣體在兩表面間形成氣楔，從而產生壓力。空氣動壓軸承是種簡單而巧妙的軸承，完自成系統，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，避免擦傷現象。另外，氣體動壓軸承還有自激渦動現象，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，般常用空氣壓縮機提供。氣體經過節流器進入軸承間隙，然后連續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運動無關，可在各種速度下使用，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流器出口壓力。靜壓軸承有時會出現靜不穩定現象，俗稱“氣錘”現象或“嘯叫”。由于供氣要連續消耗功率，當流量過大時，選用這種軸承就很不經濟。

　　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，然后分數路流經節流器進入軸承和軸頸的間隙，再從兩流出軸承，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般不開氣腔，以增大氣膜剛度，提高穩定性。

　　（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定程度時，就會產生動壓應，形成自然的混合軸承，僅當主軸不轉或轉速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，按共節流形式可分為四類：小孔節流型、狹縫節流型、表面節流型、多孔質材料節流型。

　　二、氣體潤滑軸承的應用

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

　　氣體靜壓軸承在機床中應用多，其中以小孔節流和環面節流軸承為普遍。多孔質氣體靜壓軸承近年來越來越多地被用于機床主動靜壓混合潤滑軸承。浮環動靜壓氣體軸承是近年來新開發的高速氣體潤滑軸承，用于高速主軸支承很有前景。超高速空氣軸承內圓磨頭目前的磨削速度已可實現小孔和微小孔的精密磨削。

　　（1）應用于高精度測量儀器。隨著超精密加的發展，同時測量儀器也不斷發展從而滿足精密件的測量要求。測量儀器的工作精度很大部分取決于運動部件的運動精度。氣體軸承在慣性導航儀中的應用，正式開啟了氣體潤滑軸承在精密測量儀器中的應用。三坐標主軸及導軌，圓度儀摩擦力矩儀主軸及導軌，從60年代末就采用氣體潤滑軸承支撐，其精度提高1-2個數量。

　　（2）應用于超精密加工中。高的加工精度依賴于工作精度高機床。臺機床加工精度取決于高旋轉精度及高轉速的主軸，還有直線度高無爬行的導軌以及微進給機構。采用了石墨空氣軸承起氣體潤滑軸承在超精機械中得到廣泛應用。

　　（3）其他行業中的應用。在電子計算機行業中制造大規模集成電路的工作臺中采用了空氣軸承；在醫療器械中應用于高速牙鉆中，同時在紡織機械及食品機械甚至核工業都有應用，足見氣體潤滑軸承應用之廣泛。

　　三、氣體潤滑軸承的優缺點

　　優點

　　①摩阻低：由于氣體粘度比液體低得多，在室溫下空氣粘度僅為10號機械油的五千分之，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滑軸承低。

　　②適用速度范圍大：氣體軸承的摩阻低，溫升低，在轉速高達5萬轉/分時，其溫升不超過20～30℃，轉速甚至有高達130萬轉/分的。氣體靜壓軸承還能用于低的速度，甚至零速。小型氦渦輪膨脹機轉速已達650 000r/min，線速度為238m/s，按dn值計算已達到455x106mm·r/min。

　　③適用溫度范圍廣：氣體能在大的溫度范圍內保持氣態，其粘度受溫度影響很小(溫度升高時粘度還稍有增加，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-265℃到1650℃。

　　④承載能力低：動壓軸承的承載能力與粘度成正比，氣體動壓軸承的承載能力只有相同尺寸液體動壓軸承的千分之幾。由于氣體的可壓縮性，氣體動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，通常采用比液體潤滑軸承小的軸承間隙(小于0.015毫米)，需要相應地提高零件精度。氣膜具有誤差勻化作用，其精度比滾動軸承高兩個數量，而且振動小，噪聲低。

　　⑥無污染：潤滑氣體般為空氣或惰性氣體，排放到大氣不產生污染。軸承的振動小、噪聲低，對環境也不構成污染。

　　⑦壽命長：氣體靜壓軸承無金屬直接接觸，理論壽命為無限長。考慮其他條件限制，般應在104h以上。動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

　　①承載能力低：氣體潤滑軸承與同類油潤滑軸承比，承載能力約低1～2個數量。按單位面積承載能力，油潤滑軸承般為(0．5～2)MPa，而氣體潤滑軸承則只有(0．02～0．04)MPa。

　　②可靠性差：方面是氣體潤滑軸承容易失穩，出現常見的氣錘振動及渦動不穩定現象。另方面是氣體潤滑軸承卡滯、抱軸或咬死現象也時有發生。

　　③需要的制造精度高，造價昂貴：因氣膜很薄，般在幾微米到幾十微米之間，所以對零件制造精度要求較高，提高了造價。另外，有加工螺旋槽、節流小孔和多孔質材料等殊工藝要求，增加了制造難度和費用。

　　④要求工作條件苛刻：氣體潤滑軸承需要高清潔度的工作環境及嚴格遵守操作規程，以確保軸承正常工作，不發生意外。為此，定程度地限制了它的廣泛應用和商品化。

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