空氣軸承的工作原理及特點
2020-12-01軸承，我們都知道，作為轉(zhuǎn)動體的主要零部件，其使用作用不可而喻。軸承的類型有很多，根據(jù)轉(zhuǎn)動方式的不同可以分為滾動軸承和滑動軸承，但不知道大家是否了解空氣軸承，空氣軸承也屬于滑動軸承類型的一種，今天來跟大家分享下有關(guān)空氣軸承的相關(guān)知識。
什么是空氣軸承？
空氣軸承也可以稱之為氣浮軸承，指的是以空氣（也可以是其他氣體）作潤滑劑的滑動軸承。最常用的氣體潤滑劑為空氣，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)作為潤滑劑。
空氣軸承的結(jié)構(gòu)組成是什么？
空氣軸承的結(jié)構(gòu)：由軸承內(nèi)圈和外圈，外圈上有空氣的進(jìn)出口孔，內(nèi)圈上有噴嘴。
空氣軸承的工作原理
空氣軸承是指借助于軸承滑動副表面之間形成的壓力空氣膜將負(fù)荷支承起來的軸承，工作時滑動副表面之間完全由氣膜分開?？諝廨S承屬于滑動軸承中之流體滑動軸承，工作時為流體潤滑，其潤滑介質(zhì)為空氣。根據(jù)壓力空氣膜形成機(jī)理，空氣軸承主要分為兩類：空氣動壓軸承和空氣靜壓軸承?？諝鈩訅狠S承的壓力空氣膜是通過滑動副的相互運動將空氣帶入滑動副表面之間收斂性的區(qū)域而形成的，氣膜大致為楔形（見圖1）。由于空氣動壓軸承不需要外部氣源，因此也稱為“自作用軸承”。
空氣軸承也可以稱之為氣浮軸承，指的是以空氣（也可以是其他氣體）作潤滑劑的滑動軸承。最常用的氣體潤滑劑為空氣，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)作為潤滑劑。
空氣軸承的結(jié)構(gòu)組成是什么？
空氣軸承的結(jié)構(gòu)：由軸承內(nèi)圈和外圈，外圈上有空氣的進(jìn)出口孔，內(nèi)圈上有噴嘴。
空氣軸承的工作原理
空氣軸承是指借助于軸承滑動副表面之間形成的壓力空氣膜將負(fù)荷支承起來的軸承，工作時滑動副表面之間完全由氣膜分開?？諝廨S承屬于滑動軸承中之流體滑動軸承，工作時為流體潤滑，其潤滑介質(zhì)為空氣。根據(jù)壓力空氣膜形成機(jī)理，空氣軸承主要分為兩類：空氣動壓軸承和空氣靜壓軸承?？諝鈩訅狠S承的壓力空氣膜是通過滑動副的相互運動將空氣帶入滑動副表面之間收斂性的區(qū)域而形成的，氣膜大致為楔形（見圖1）。由于空氣動壓軸承不需要外部氣源，因此也稱為“自作用軸承”。
圖1 空氣動壓軸承工作原理
圖2 空氣靜壓軸承工作原理
空氣靜壓軸承的壓力空氣膜是由外部的壓縮空氣通過節(jié)流器導(dǎo)入滑動副表面之間形成（見圖2）?？諝忪o壓軸承需要潔凈的外部氣源。在空氣軸承中，滾珠由氣墊代替?？諝廨S承最為人熟知的應(yīng)用之一或許是氣墊船（見圖3）。巨大的風(fēng)扇在氣墊船下方吹動空氣，通過彈性橡膠 “裙邊” 阻止空氣的逸出。氣墊船下方所產(chǎn)生的高氣壓能夠支撐船體重量，因而使其漂浮在氣墊上。巨大的氣墊不僅起到支撐船體重量的作用，而且還作為一個軟彈簧使船體平穩(wěn)地漂浮在粗糙的陸地表面或水面上。
圖3 氣墊船
可將同樣的原理運用于轉(zhuǎn)軸軸承。將高壓空氣注入轉(zhuǎn)軸和固定軸承之間的空隙中。該空隙非常?。s為 1% 毫米），從而使得空隙中的空氣壓力保持不變。而且，這一狹小的空隙也顯著降低了氣墊的“彈性”，從而使軸非常精確地固定，即僅可產(chǎn)生低動態(tài)偏心。 由于摩擦力很低，軸便可以自由地旋轉(zhuǎn)，而且空氣壓力可確保轉(zhuǎn)軸不與固定軸承表面相接觸。
空氣軸承使用特點
01 摩阻極低
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(jī)械油的五千分之一,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。
02 適用速度范圍大
氣體軸承的摩阻低，溫升低，在轉(zhuǎn)速高達(dá)5萬轉(zhuǎn)/分時，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極低的速度，甚至零速。
03 適用溫度范圍廣
氣體能在極大的溫度范圍內(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℃。
04 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極限值，一般單位投影面積上的載荷只能加到0.36兆帕。
05 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(yīng)地提高零件精度。
空氣軸承缺點
制造過程中要求高幾何精度潔凈且干燥的加壓空氣供應(yīng)。在從空作環(huán)境中去除脂、油、和油霧后，使用空氣主軸的條件將保持更加清潔。空氣軸承對環(huán)境不產(chǎn)生反作用，因此，是無塵環(huán)境（如：磁盤驅(qū)動器制造）的理想應(yīng)用產(chǎn)品。事實上，特殊設(shè)計的西風(fēng)空氣主軸還能在高度真空的條件下使用，如：已經(jīng)在半導(dǎo)體硅晶片制造方面的應(yīng)用。
空氣軸承的應(yīng)用
空氣軸承是利用空氣彈性勢能來起支承作用的一種新型軸承。唯一使用的潤滑劑是空氣；因此，對于必須要求無污染的工件、或者工作環(huán)境來說，空氣軸承技術(shù)是理想的。50年代以來，氣體軸承的應(yīng)用越來越廣泛，并且受到廣泛和深入的研究。目前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、低溫運轉(zhuǎn)的制冷機(jī)、氫膨脹機(jī)和高溫運轉(zhuǎn)的氣體循環(huán)器等。
可將同樣的原理運用于轉(zhuǎn)軸軸承。將高壓空氣注入轉(zhuǎn)軸和固定軸承之間的空隙中。該空隙非常?。s為 1% 毫米），從而使得空隙中的空氣壓力保持不變。而且，這一狹小的空隙也顯著降低了氣墊的“彈性”，從而使軸非常精確地固定，即僅可產(chǎn)生低動態(tài)偏心。 由于摩擦力很低，軸便可以自由地旋轉(zhuǎn)，而且空氣壓力可確保轉(zhuǎn)軸不與固定軸承表面相接觸。
空氣軸承使用特點
01 摩阻極低
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(jī)械油的五千分之一,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。
02 適用速度范圍大
氣體軸承的摩阻低，溫升低，在轉(zhuǎn)速高達(dá)5萬轉(zhuǎn)/分時，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極低的速度，甚至零速。
03 適用溫度范圍廣
氣體能在極大的溫度范圍內(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℃。
04 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極限值，一般單位投影面積上的載荷只能加到0.36兆帕。
05 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(yīng)地提高零件精度。
空氣軸承缺點
制造過程中要求高幾何精度潔凈且干燥的加壓空氣供應(yīng)。在從空作環(huán)境中去除脂、油、和油霧后，使用空氣主軸的條件將保持更加清潔。空氣軸承對環(huán)境不產(chǎn)生反作用，因此，是無塵環(huán)境（如：磁盤驅(qū)動器制造）的理想應(yīng)用產(chǎn)品。事實上，特殊設(shè)計的西風(fēng)空氣主軸還能在高度真空的條件下使用，如：已經(jīng)在半導(dǎo)體硅晶片制造方面的應(yīng)用。
空氣軸承的應(yīng)用
空氣軸承是利用空氣彈性勢能來起支承作用的一種新型軸承。唯一使用的潤滑劑是空氣；因此，對于必須要求無污染的工件、或者工作環(huán)境來說，空氣軸承技術(shù)是理想的。50年代以來，氣體軸承的應(yīng)用越來越廣泛，并且受到廣泛和深入的研究。目前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、低溫運轉(zhuǎn)的制冷機(jī)、氫膨脹機(jī)和高溫運轉(zhuǎn)的氣體循環(huán)器等。
（來源：軸承工業(yè)雜志）