氣體軸承的工作原理、特點(diǎn)及典型應(yīng)用

氣體動壓軸承又稱自作用軸承，相比于氣體靜壓軸承，它不再需要外部氣源供氣系統(tǒng)，而是利用動壓效應(yīng)原理工作，如圖3所示。

圖3 動壓潤滑原理

兩相對運(yùn)動表面形成一定收斂間隙，運(yùn)動表面的高速移動將具有黏滯性的氣體帶入楔形間隙產(chǎn)生壓力升，進(jìn)而產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子的承載力，承載力的大小隨轉(zhuǎn)速的增加而增加。楔形間隙、潤滑氣膜厚度及氣體的黏滯性是形成動壓效應(yīng)的關(guān)鍵條件。由于擺脫了對氣源供氣系統(tǒng)的依賴，使得氣體動壓軸承結(jié)構(gòu)簡單、成本降低。但是，在啟停階段轉(zhuǎn)速較低、動壓效應(yīng)較弱時(shí)，不足以產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子的支撐力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與軸承內(nèi)壁接觸，產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦磨損，直接影響軸承的壽命。此外，氣體動壓軸承還存在阻尼特性差，轉(zhuǎn)子過臨界難的問題。針對以上問題，研究者通過開發(fā)耐磨涂層或設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)形式的軸承來解決此問題。其中比較有代表性的氣體動壓軸承結(jié)構(gòu)形式有刻槽氣體動壓軸承、可傾瓦氣體動壓軸承、箔片氣體動壓軸承，如圖4所示。

圖4 典型氣體動壓軸承結(jié)構(gòu)

刻槽氣體動壓軸承指在軸承或轉(zhuǎn)子表面刻有不同槽型以改善承載特性與穩(wěn)定性的一類氣體軸承，刻槽的引入使得氣體動壓軸承氣膜壓力分布及剛度阻尼發(fā)生變化，進(jìn)而獲得較好的軸承特性；然而，此類軸承特性的改善對槽型依賴性較強(qiáng)，且提升效果有限。

可傾瓦氣體動壓軸承由多塊可以繞其樞軸轉(zhuǎn)動的軸瓦與軸承體組成，軸瓦可以自適應(yīng)氣膜力作用改變偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，進(jìn)而適應(yīng)轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此，此類軸承具有較高的穩(wěn)定性，但其加工和理論分析相對較為困難。

箔片氣體動壓軸承是一種以單層或多層彈性金屬箔片為柔性支承表面的自適應(yīng)氣體動壓軸承，利用柔性支承結(jié)構(gòu)彈性變形和庫倫摩擦為軸承提供剛度和阻尼，具有較高的d_mn值；但承載力低、啟停階段摩擦磨損、高速穩(wěn)定性及缺乏可靠的軸承性能預(yù)測和設(shè)計(jì)方法是此類軸承目前所面臨的主要問題。

基于以上特點(diǎn)，目前氣體動壓軸承在空氣循環(huán)機(jī)、高速渦輪機(jī)械、高速透平機(jī)械及超低溫冷卻系統(tǒng)中表現(xiàn)出優(yōu)越的應(yīng)用前景。

3、擠壓膜氣體軸承

4、結(jié)束語

除以上氣體軸承類型外，不同工作原理的混合型軸承也被研究者相繼提出，如動靜壓混合氣體軸承、磁氣混合軸承等。氣體軸承不僅具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，而且軸承形式多樣，隨著氣體軸承理論與應(yīng)用技術(shù)的研究逐步完善、日趨成熟，其在工業(yè)生產(chǎn)中也將發(fā)揮越來越大的作用。

（來源：軸承雜志社）

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