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静压气体轴承单元

阅读：1114发布：2020-05-20

IPRDB可以提供静压气体轴承单元专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请提供了一种使用简单结构的、用于在不接触的情况下更稳定地支承旋转体的紧凑静态气体轴承单元，该旋转体以高速旋转。用于在不接触的情况下支承滑轮(2)的空气轴单元(1)的相对端(113、12)固定在两个轴保持器(3A、3B)上。气体(f)从空气轴单元(1)的径向轴承表面(1121)供给在径向轴承表面(1121)和滑轮(2)的内周表面(221)之间的径向轴承间隙(60)，以便在径向轴承间隙(60)内形成气膜，且气体(f)从径向轴承间隙(60)排出至在空气轴单元(1)的推力轴承表面(1132、121)和滑轮(2)的凸台端表面(241A、241B)之间的推力轴承间隙(61a、61b)，推力轴承间隙(61a、61b)与径向轴承间隙(60)连接。气膜也利用排出气体(f1)而形成于推力轴承间隙(61a、61b)内。，下面是静压气体轴承单元专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种静压气体轴承单元，其在非接触的情况下通过介于径向轴承间隙以及第一推力轴承间隙和第二推力轴承间隙中的气膜来支承绕轴线旋转的旋转体，所述静压气体轴承单元包括：轴单元，所述轴单元插入穿过旋转体的两端表面的轴插入孔内；以及轴保持装置，所述轴保持装置在旋转体的轴插入孔的两端侧的位置处保持轴单元；

轴单元包括：

径向轴承表面，所述径向轴承表面与轴插入孔的内周表面相对，以便在所述径向轴承表面和内周表面之间形成径向轴承间隙，且喷射气体用于在所述径向轴承间隙中形成气膜，所述径向轴承间隙的厚度小于第一推力轴承间隙和第二推力轴承间隙中每一个的厚度，从而不会产生自激振动；

第一推力轴承表面，所述第一推力轴承表面靠近径向轴承表面，并与旋转体的一端表面相对，以便在第一推力轴承表面和旋转体的所述一端表面之间形成第一推力轴承间隙，所述第一推力轴承间隙与径向轴承间隙的一端连通；以及第二推力轴承表面，所述第二推力轴承表面靠近径向轴承表面，并与旋转体的另一端表面相对，以便在第二推力轴承表面和旋转体的所述另一端表面之间形成第二推力轴承间隙，所述第二推力轴承间隙与径向轴承间隙的另一端连通；

其中，气体在径向轴承间隙中流向第一推力轴承间隙和第二推力轴承间隙，并从径向轴承间隙排出至第一推力轴承间隙和第二推力轴承间隙，以便在所述第一推力轴承间隙和所述第二推力轴承间隙中形成气膜。

2.根据权利要求1所述的静压气体轴承单元，其中：

轴单元包括：

轴，所述轴包括：台阶形圆柱形状的背底金属，所述背底金属具有基部部件和径向轴承部件，所述径向轴承部件的直径比基部部件的直径小；以及多孔层，所述多孔层形成于径向轴承部件的外周表面上，轴插入旋转体的轴插入孔中，以便在作为径向轴承表面的多孔层表面和旋转体的轴插入孔的内周表面之间形成径向轴承间隙，并在旋转体的一端表面和在基部部件和径向轴承部件之间形成为第一推力轴承表面的台阶表面之间形成第一推力轴承间隙；以及推力板，所述推力板固定在径向轴承部件的端表面上，并在旋转体的另一端表面和与所述旋转体的另一端表面相对的、作为第二推力轴承表面的表面之间形成第二推力轴承间隙；

轴保持装置固定轴的基部部件和推力板。

3.根据权利要求1所述的静压气体轴承单元，其中：

静压气体轴承单元包括作为旋转体的滑轮，所述滑轮沿轴向方向比沿径向方向长。

4.根据权利要求2所述的静压气体轴承单元，其中：

静压气体轴承单元包括作为旋转体的滑轮，所述滑轮沿轴向方向比沿径向方向长。

5.一种轴单元，所述轴单元用作在权利要求1-4中的任意一个的静压气体轴承单元的部件。

说明书全文

静压气体轴承单元

技术领域

[0001] 本发明涉及两端支承类型的静压气体轴承单元的结构，该静压气体轴承单元简单，能够在非接触的情况下更稳定地支承部件，例如高速旋转滑轮。

背景技术

[0002] 专利文献1介绍了一种在非接触的情况下支承旋转轴的空气轴承单元(静压空气轴承单元)。

[0003] 这种空气轴承单元分别在圆柱形壳体的内周的两端处设有空气轴承(静压空气轴承)，轴(旋转轴)插入该圆柱形壳体中。各空气轴承是多孔限制类型的空气轴承(具有多孔本体，例如多孔石墨)，用于在相应轴承表面(推力轴承表面和径向轴承表面)处接收轴的推力负载和径向负载。这里，径向轴承表面面对轴的外周表面，且径向轴承间隙形成于径向轴承表面和外周表面之间。推力轴承表面面对在轴的外周上形成的凸缘，且推力轴承间隙形成于推力轴承表面和凸缘之间。

[0004] 这里，对于各空气轴承，排气槽形成于壳体的内周表面中，沿周向方向和横过空气轴承的径向轴承表面在与推力轴承表面相对的一侧(即更靠近壳体的内周表面的中心)。在排气槽的底部形成排气孔，该排气孔穿过壳体的外周表面。而且，在轴的外周表面中，排气槽沿周向方向形成于更靠近空气轴承的推力轴承表面的位置处，排气孔形成于轴内部，以便使得该排气槽与形成于壳体的内周表面中的排气槽连接。

[0005] 在这种结构中，供给空气轴承的空气从空气轴承的各推力轴承表面和径向轴承表面喷射。从推力轴承表面喷射的空气流过推力轴承间隙而流向凸缘的外周，并从推力轴承间隙逸出至外部。另一方面，从径向轴承表面喷射的空气流过径向轴承间隙而流向更靠近推力轴承表面的排气槽和流向与推力轴承表面相对的排气槽，然后流入这些排气槽中，并通过排气孔而排出至壳体外部。

[0006] 引用文献列表

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2008-57696。

发明内容

[0009] 技术问题

[0010] 不过，在专利文献1所述的空气轴承单元中，对于各空气轴承，需要在更靠近推力轴承表面的位置和横过径向轴承表面与该推力轴承表面相对的位置处各自形成用于排出供给径向轴承间隙的空气的排气槽。还需要在壳体和轴中都形成排气孔，用于将流入排气槽中的空气排出至壳体外部。而且，壳体的内周需要单独地设有推力轴承表面和径向轴承表面，压缩空气从该推力轴承表面和径向轴承表面喷射。这使得结构复杂。

[0011] 而且，在轴中的排气孔沿轴的轴线方向形成，以使得在轴的外周表面中的排气槽与在壳体的内周表面中的相应排气槽连接。因此，轴必须有稍微较大的厚度。因此，当轴的重量变得较重时，轴可能由于例如它自身的重量而偏转。因此，由于在空气轴承(静压空气轴承)的、在壳体的内周中的径向轴承表面和轴的外周表面之间形成的径向轴承间隙非常窄，当轴发生偏转时，轴可能与空气轴承接触，且不能稳定地保持。

[0012] 作为另一问题，在旋转体(例如高速旋转滑轮)由空气轴承保持的情况下，在供给空气时可能产生自激振动。例如，当系统共振时，将阻碍承载物体的稳定运转。

[0013] 本发明考虑到上述情况。本发明的目的是提供一种两端支承类型的静压气体轴承单元的结构，该静压气体轴承单元简单，并能够在没有接触的情况下更稳定地支承高速旋转体。

[0014] 问题的解决方案

[0015] 为了解决上述问题，根据本发明，插入沿旋转体的轴线方向形成于旋转体中的轴插入孔内和在非接触的情况下支承该旋转体的轴单元在沿轴向方向在两侧夹住旋转体的轴插入孔的位置处进行固定。而且，从径向轴承表面喷射的气体在径向轴承表面和旋转体的轴插入孔的内周表面之间的径向轴承间隙中形成气膜，该径向轴承表面形成于轴单元的外周表面上，以便与旋转体的轴插入孔的内周表面相对。气体从径向轴承间隙排出至在轴单元的相应推力轴承表面和旋转体的相应端表面之间形成的各推力轴承间隙中。这样排出的气体也用于在各推力轴承间隙中形成气膜。

[0016] 例如，本发明提供了一种静压气体轴承单元，该静压气体轴承单元在非接触的情况下通过介于径向轴承间隙以及第一和第二推力轴承间隙中的气膜来支承绕轴线旋转的旋转体，该静压气体轴承单元包括：

[0017] 轴单元，该轴单元插入轴插入孔内，该轴插入孔穿过旋转体的两端表面；以及[0018] 轴保持装置，该轴保持装置在旋转体的轴插入孔的两端侧的位置处保持轴单元；

[0019] 轴单元包括：

[0020] 径向轴承表面，该径向轴承表面与轴插入孔的内周表面相对，以便在该径向轴承表面和内周表面之间形成径向轴承间隙，且喷射气体用于在该径向轴承间隙中形成气膜；

[0021] 第一推力轴承表面，该第一推力轴承表面靠近径向轴承表面，并与旋转体的一端表面相对，以便在第一推力轴承表面和旋转体的该一端表面之间形成第一推力轴承间隙，该第一推力轴承间隙与径向轴承间隙的一端连通；以及

[0022] 第二推力轴承表面，该第二推力轴承表面靠近径向轴承表面，并与旋转体的另一端表面相对，以便在第二推力轴承表面和旋转体的该另一端表面之间形成第二推力轴承间隙，该第二推力轴承间隙与径向轴承间隙的另一端连通；

[0023] 其中，气体在径向轴承间隙中流向第一推力轴承间隙和第二推力轴承间隙，并从径向轴承间隙排出至第一推力轴承间隙和第二推力轴承间隙，以便在该第一推力轴承间隙中和该第二推力轴承间隙中形成气膜。

[0024] 发明的有利效果

[0025] 根据本发明，从在旋转体的轴插入孔的内周表面和在轴单元的外周表面上形成的径向轴承表面之间形成的径向轴承间隙排出的压缩空气供给在旋转体的各端表面和轴单元的相应推力轴承表面之间形成的推力轴承间隙，然后排出，因此压缩空气用于在各推力轴承间隙中形成气膜。因此，不需要另外提供用于使得压缩空气从径向轴承间隙排出的槽或孔，且不需要另外提供推力轴承表面，压缩空气向其外部喷射至各推力轴承间隙。而且，用于在非接触的情况下支承旋转体的轴单元在两端处固定。因此，即使当轴单元根据旋转体的尺寸制成为较长时，也能够防止轴单元的偏转，从而防止在旋转体和轴单元之间的接触。因此，能够实现简单结构的两端支承类型静压气体轴承单元，该静压气体轴承单元能够在非接触的情况下更稳定地支承高速旋转体。

附图说明

[0026] 图1是根据本发明一个实施例的两端支承类型空气轴承单元4(没有滑轮2)的外部视图；

[0027] 图2是本发明一个实施例的两端支承类型空气轴承单元4的侧视图，其中装配有滑轮2；

[0028] 图3(A)是滑轮2的正视图，图3(B)是沿图3(A)中的A-A的剖视图；

[0029] 图4是根据本发明一个实施例的空气轴单元1的分解图；

[0030] 图5(A)是空气轴11的正视图，图5(B)是沿图5(A)中的B-B的剖视图，图5(C)是空气轴11的仰视图，而图5(D)是径向轴承部件114的放大局部剖视图；

[0031] 图6(A)是推力板12的正视图，图6(B)是沿图6(A)中的C-C的剖视图；以及[0032] 图7是表示在空气供给空气轴11的过程中滑轮2的支承状态的示意图。

具体实施方式

[0033] 下面将参考附图介绍本发明的实施例。

[0034] 首先将介绍根据本发明的两端支承类型静压气体轴承单元的总体结构。这里，作为示例，采用两端支承类型空气轴承单元4，其适用于非接触支承沿轴线O方向较长的旋转体，例如滑轮2，用于向前发送线状材料，例如光纤、碳纤维等。

[0035] 图1是本实施例的两端支承类型空气轴承单元4的外部视图，图2是两端支承类型空气轴承单元4的侧视图，其中装配有滑轮2。

[0036] 如图中所示，本实施例的两端支承类型空气轴承4包括：空气轴单元1，沿轴线方向O较长的滑轮2以非接触状态由该空气轴单元1可旋转地支承；以及两个轴保持器3A和3B，这两个轴保持器3A和3B在空气轴单元1的两端处支承空气轴单元1。

[0037] 如后面所述，空气轴单元1是空气轴11、推力板12和螺母13的组件(见图4)。在空气轴11(径向轴承部件114，多孔烧结层112形成于该径向轴承部件114处)插入沿轴向方向形成于滑轮2中的空气轴插入孔22，通过由推力板12来紧固空气轴11(在杆部件115中的螺纹部分1151)和螺母13，滑轮2以非接触的状态可旋转地装配在空气轴单元1上。

[0038] 另一方面，两个轴保持器3A和3B固定在例如花岗岩表面板的基部上，并根据空气轴单元1的长度而布置成在一定距离彼此相对。各轴保持器3A、3B保持空气轴单元1的端部(推力板12或空气轴11的基部部件113)，该空气轴单元1的轴线O布置成与基部几乎平行，在根据滑轮2的最大半径的高度处。

[0039] 各轴保持器3A、3B包括：下部块部件33，该下部块部件33有凸缘35，该凸缘35通过螺栓而固定在基部上；上部块部件32，该上部块部件32安装在下部块部件33的上表面上；以及两个螺栓34，用于调节在下部块部件33的上表面和上部块部件32的底表面之间的间隙t1。在下部块部件33的上表面和上部块部件32的底表面中各自沿厚度t2的方向形成半圆形截面的槽。这些槽彼此相对，以便在规定高度的位置处形成轴固定孔31。两个螺栓34在轴固定孔31的两侧穿过上部块部件33的螺栓孔而紧固在下部块部件33中的螺栓孔内。

[0040] 通过将空气轴单元1的相应端部(空气轴11的推力板12和基部部件113)插入布置成彼此相对的两个轴保持器3A和3B的轴固定孔31内和通过由两个螺栓34来紧固各轴保持器3A和3B，在各下部块部件33和相应上部块部件32之间的间隙t1变得更窄，因此固定空气轴单元1的两端(空气轴11的推力板12和基部部件113)。因此，装配在空气轴单元1上的滑轮2以非接触状态可绕轴线O旋转地保持在规定高度处。

[0041] 本实施例使用两个轴保持器3A和3B，在各轴保持器3A和3B中，在具有凸缘35的下部块部件33和上部块部件32之间的间隙t1通过使用两个螺栓34来调节。不过，能够使用任意形式的轴保持器，只要它们能够在两端(空气轴11的推力板12和基部部件113)保持空气轴单元1。

[0042] 下面将详细介绍滑轮2以及用于在不接触的情况下可绕轴线O旋转地支承该滑轮2的空气轴单元1。

[0043] 图3(A)是滑轮2的正视图，图3(B)是沿图3(A)中的A-A的剖视图。

[0044] 如图中所示，作为要支承的物体的滑轮2具有近似圆柱形形状，它例如沿轴线O方向的长度比它的直径r2更长。在滑轮2的外周表面23上，线状材料沿周向方向放置。在滑轮2中形成空气轴插入孔22，该空气轴插入孔22在轴线O穿过的位置处从滑轮2的一端表面25A穿过至另一端表面25B。具有多孔烧结层112的径向轴承部件114可滑动地插入该空气轴插入孔22内。

[0045] 滑轮2的两端表面25A和25B中分别形成围绕空气轴插入孔22的凸台24A和24B。各凸台24A、24B的端表面241A、241B精加工成平的。在空气轴承单元4与滑轮2装配时(图2的状态)，一个凸台24A的端表面241A对着空气轴11的、后面所述的台阶表面(推力轴承表面)1132，且在它们之间有狭窄空间(推力轴承间隙)，另一凸台24B的端表面241B对着推力板12的一端表面(推力轴承表面)121，且在它们之间有狭窄空间(推力轴承间隙)(见图5和6)。

[0046] 如图中所示，沿径向方向从外周表面23伸出的环形凸缘部分21可以形成于滑轮2的两端中。

[0047] 图4是空气轴单元1的分解图。

[0048] 如图中所示，空气轴单元1包括：空气轴11，该空气轴11插入滑轮2的空气轴插入孔22中，并在不接触的情况下可绕轴线O旋转地支承滑轮2；推力板12，用于防止滑轮2从空气轴11上跌落；以及螺母13，用于将推力板12固定在空气轴11上。

[0049] 图5(A)是空气轴11的正视图，图5(B)是沿图5(A)中的B-B的剖视图，图5(C)是空气轴11的仰视图，而图5(D)是径向轴承部件114的放大局部剖视图。

[0050] 如图中所示，空气轴11包括：台阶形圆柱形状的背底金属(backmetal)111；以及多孔烧结层112，该多孔烧结层112形成于背底金属111的中间台阶部件(径向轴承部件)的外周表面1142上。

[0051] 背底金属111成一体地包括：基部部件113，该基部部件113的直径与滑轮2的凸台24A和24B的外径近似相同；径向轴承部件114，该径向轴承部件114的直径小于基部部件113的直径；以及杆部件115，该杆部件115的直径小于径向轴承部件114的直径。

[0052] 在基部部件113的一端表面1131中形成空气通道116，该空气通道116从该端表面1131穿过基部部件113的内部至径向轴承部件114的内部。在空气通道116的、在该一端表面
1131处的开口(空气供给开口)117中形成螺纹部分118，用于与泵的空气供给管41连接的连接件40(见图2)螺纹连接至该螺纹部分118中。

[0053] 该基部部件113插入一个轴保持器3A的轴固定孔31中至这样的位置，在该位置中，基部部件113的另一端表面1132从该一个轴保持器3A的轴固定孔31朝着另一轴保持器3B凸出(见图2)。在该状态中，使得该一个轴保持器3A的两个螺栓34紧固，因此基部部件113固定在该一个轴保持器3A的轴固定孔31中。

[0054] 径向轴承部件114与基部部件113的另一端表面(用作推力轴承表面的台阶表面)1132形成一体。空气可透过的多孔烧结层112形成于径向轴承部件114的外周表面1142的整个区域上。多个环形槽1143沿周向方向形成于径向轴承部件114的外周表面1142中，并定位在与多孔烧结层112的边界处。在各环形槽1143的底部形成与空气通道116连通的孔1144。
因此，当与空气供给开口117连接的、泵的空气供给管41开始供给空气时，从该泵发送的压缩空气通过空气通道116和孔1144而供给位于径向轴承部件114的外周表面1142中的各周向环形槽1143，并通过多孔烧结层112的细孔，以便从用作径向轴承表面的多孔烧结层112的外周表面1121喷射。

[0055] 定位在径向轴承部件114的外周表面1142中的环形槽1143的数目和布局能够合适地确定，使得压缩空气从多孔烧结层112的外周表面1121的整个区域均匀地喷射。例如，环形槽1143(该环形槽1143的数目适合径向轴承部件114的长度t4(多孔烧结层的宽度))能够近似沿多孔烧结层112的轴线O的方向以规则间隔来布置。或者，环形槽1143能够形成于能够使得整个径向轴承间隙60的压力保持较高的位置处，例如定位在从径向轴承部件114的中心位置朝向基部部件113和朝向杆部件115一定距离的位置处(从径向轴承部件114的一端向内t4/2距离的位置)。

[0056] 径向轴承部件114(多孔烧结层112形成于该径向轴承部件114中)插入滑轮2的空气轴插入孔22中。包括多孔烧结层112的径向轴承部件114的外径R1设计成比滑轮2的空气轴插入孔22的内径r1(见图3)小规定尺寸。因此，当径向轴承部件114插入滑轮2的空气轴插入孔22中时，在空气轴插入孔22的内周表面221和形成于径向轴承部件114的外周表面1142上的多孔烧结层112的外周表面(径向轴承表面)1121之间形成径向轴承间隙60(见图7)。在开始从泵向空气轴11供给空气之后，从多孔烧结层112的外周表面(径向轴承表面)1121喷射的压缩空气在径向轴承间隙60中形成高压空气膜。径向负载由该空气膜的压力来支承。

[0057] 径向轴承部件114的长度14(即在台阶表面1132和1141之间的距离)设计成比在滑轮2的两端表面25A和25B上的凸台24A和24B的端表面241A和241B之间的距离t3(滑轮2的长度)大规定尺寸。因此，在开始从泵向空气轴11供给空气之后，在插入径向轴承部件114中的滑轮2的一个凸台24A的端表面241A和基部部件113的另一端表面1132(即由于在径向轴承部件114和基部部件113之间的外径差而形成的台阶表面1132，它用作推力轴承表面)之间形成与径向轴承间隙60连通的推力轴承间隙。类似地，还在滑轮2的另一凸台24B的端表面241B和后面所述的推力板12的、与端表面(即由于在径向轴承部件114和杆部件115之间的外径差而形成的台阶表面)接触的一端表面121(它用作推力轴承表面)之间形成与径向轴承间隙60连通的推力轴承间隙61b(见图7)。为了防止自激振动，优选是通过将径向轴承部件114的端表面1141的边缘部分1141精加工成并不钝化而提高推力板12的装配精度。

[0058] 杆部件115与径向轴承部件114的端表面1141连续地形成，并插入后面所述的推力板12的轴插入孔123中。在杆部件115的远端处形成螺纹部分1151，该螺纹部分1151将与螺母13螺纹连接。

[0059] 图6(A)是推力板12的正视图，图6(B)是沿图6(A)中的C-C的剖视图。

[0060] 如图中所示，推力板12具有圆柱形形状，它的外径与空气轴11的基部部件113的外径几乎相同。在推力板12中形成轴插入孔123，该轴插入孔123在轴线O穿过的位置处从一端表面121穿过至另一端表面122。空气轴11的杆部件115插入该轴插入孔123中。

[0061] 具有上述结构的空气轴单元1的装配如下。

[0062] 首先，滑轮2装配至空气轴单元1上。具体地说，空气轴11插入滑轮2的空气轴插入孔22中，以使得径向轴承部件114(多孔烧结层112形成于该径向轴承部件114中)定位在滑轮2的空气轴插入孔22中。然后，插入滑轮2内的空气轴22进一步插入推力板12的轴插入孔123中，以使得杆部件115位于推力板12的轴插入孔123中。当在这种状态下螺母13拧紧至在杆部件115的远端中形成的螺纹部分1151上时，推力板12固定在这样的位置，其中，推力板
12的一端表面121与由于在径向轴承部件114和杆部件115之间的外径差而形成的台阶表面(径向轴承部件114的端表面)接触。

[0063] 然后，在空气轴单元1(滑轮2已经装配在该空气轴单元1中)的轴线O布置成与基部几乎平行的状态中，空气轴单元1的两端(推力板12和空气轴11的基部部件113)固定在两个轴保持器3A和3B上，这两个轴保持器3A和3B彼此相对地布置在规定距离处(见图2)。具体地说，空气轴11的基部部件113插入轴保持器3A的轴固定孔31中，以使得空气轴11的基部部件113的另一端表面(用作推力轴承表面的台阶表面)1132从轴保持器3A的轴固定孔31朝着另一轴保持器3B凸出。同时，推力板12插入该另一轴保持器3B的轴固定孔31中，以使得推力板
12的一端表面(用作推力轴承表面的端表面)121从该另一轴保持器3B的轴固定孔31朝着这一轴保持器3A凸出。在这种状态下，通过紧固各轴保持器3A、3B的两个螺栓34，空气轴11的基部部件113和推力板12分别固定在轴保持器3A和3B的轴固定孔31中。

[0064] 如上所述，因为径向轴承部件114的长度t4比长度t3长规定尺寸，因此推力轴承间隙61a形成于滑轮2的一个凸台24A的端表面241A和基部部件113的另一端表面(推力轴承表面)1132之间，且推力轴承间隙61b形成于滑轮2的另一凸台24B的端表面241B和推力板12的一端表面(推力轴承表面)之间。从径向轴承间隙60排出的压缩空气流入这些推力轴承间隙61a和61b中，并形成高压空气膜。这些空气膜的压力支承推力负载。

[0065] 这里，径向轴承部件114的长度t4设置成使得在滑轮2的两侧的各推力轴承间隙61a、61b的厚度s1(见图7)比径向轴承间隙60的厚度s2大到不会产生自激振动的程度。这里，厚度s1达到不会产生自激振动的程度的推力轴承间隙61a和61b是足够宽的推力轴承间隙61a和61b，以至于在沿推力方向无负载的状态下当滑轮2变得稍微更靠近一个推力轴承表面1132、121(由于稍微运动，例如在滑轮2中发生的运动)时不会使得滑轮2朝向另一推力轴承表面121、1132快速推回。例如，在滑轮2的各凸台24A、24B的外径为大约22mm，且径向轴承间隙60的厚度为大约9-10μm的情况下，通过将径向轴承部件114的长度t4设置成使得推力轴承间隙61a和61b的厚度s1成为大约22.5-37μm以及通过在开口流速为520Nl/hr或更少的范围内进行空气供给压力为0.5Mpa的压缩空气的流量控制，从而将防止产生自激振动。

[0066] 下面将介绍在空气供给空气轴11的过程中滑轮2的支承状态。

[0067] 图7是表示在空气供给空气轴11的过程中滑轮2的支承状态的示意图。

[0068] 如图中所示，在装配有滑轮2的空气轴承单元4中(图2中所示的状态)，当泵的空气供给管(未示出)与空气轴11的空气供给开口117连接，且开始从泵供给压缩空气f时，该压缩空气f通过空气通道116和空气轴11的孔1144而供给位于径向轴承部件114的外周表面1142中的各环形槽1143，并从多孔烧结层112的外周表面(径向轴承表面)1121喷射至径向轴承间隙60中。因此，高压空气膜形成于径向轴承间隙60中，且它的压力支承径向负载。因此，限制滑轮2沿径向方向的运动。

[0069] 而且，在径向轴承间隙60中的压缩空气f沿多孔烧结层112的外周表面(径向轴承表面)1121流向推力板12的一端表面(推力轴承表面)121和流向基部部件113的另一端表面(推力轴承表面)1132，并流入在滑轮2的一个凸台24A的端表面241A和基部部件113的推力轴承表面1132之间的推力轴承间隙61a中以及流入在滑轮2的另一凸台24B的端表面241B和推力板12的一端表面(推力轴承表面)121之间的推力轴承间隙61b中。

[0070] 流入推力轴承间隙61a和61b中的压缩空气f1径向朝着各凸台24A、24B的外周流动，并最终排出至外部(大气压力)。在各推力轴承间隙61a、61b中的压力将在滑轮2的内周侧(从径向轴承间隙60排出的压缩空气f1流入该内周侧)更高，并朝着各凸台24A、24B的外周逐渐降低。因此，在各推力轴承间隙61a、61b中形成有高平均压力的空气膜，且它的压力支承推力负载。因此，限制滑轮2沿推力方向的运动。

[0071] 这里，在推力轴承间隙61a和61b的厚度s1较小的情况下，当滑轮2稍微沿轴线O运动时，一个推力轴承间隙61a、61b变得较窄，另一推力轴承间隙61b、61a变得较宽。因此，在各推力轴承间隙61a、61b中的压力分布变化，有产生自激振动的可能。详细地说，在已经变得较窄的推力轴承间隙61a、61b中，由于阻力增加而使得压力升高。还有，在变得较宽的推力轴承间隙61b、61a中，由于阻力减小而使得压力降低。因此，即使当滑轮2变得稍微更靠近一个推力轴承表面1132、121时，滑轮2也将沿轴线O运动，就像该滑轮2朝着另一推力轴承表面121、1132推回。重复该过程。

[0072] 在本实施例中，即使滑轮2稍微朝着一个推力轴承表面1132、121运动，也能够由于推力轴承间隙61a和61b设有足够厚度s1(以便防止滑轮2朝向另一推力轴承表面121、1132快速推回)而防止产生自激振动。

[0073] 因此，根据本实施例的空气轴承单元4，压缩空气从与滑轮2的内周表面221相对的多孔烧结层112供给径向轴承间隙60。而且，从径向轴承间隙60排出的压缩空气引入在滑轮2的两端表面侧的推力轴承间隙61a和61b中，同时保持它的压力。因此，滑轮2的径向轴承负载和推力负载能够在没有任何接触的情况下由径向轴承间隙60中的空气膜的压力和推力轴承间隙61a和61b中的空气膜的压力来支承。因此，几乎没有功率损失，因此滑轮2能够高速旋转。而且，因为从径向轴承间隙60排出的压缩空气用于在推力轴承间隙61a和61b中形成空气膜，因此不需要在空气轴单元1中或滑轮2中形成排出槽或排出孔以便从径向轴承间隙60排出压缩空气。因此能够简化用于支承高速旋转滑轮2的空气轴承单元的结构。

[0074] 而且，还不需要提供单独的多孔烧结层(压缩空气从该多孔烧结层喷射至推力轴承间隙61a和61b中)，因此能够进一步简化空气轴承单元4的结构，并降低空气轴承单元4的制造成本。

[0075] 而且，因为空气轴单元1在它的两端来保持，因此，即使当空气轴11是细长的以便保持较长滑轮2时，也能够防止空气轴11由于它的自身重量而偏转。因此，能够防止在滑轮2的空气轴插入孔22的内周表面221和多孔烧结层112的外周表面(径向轴承表面)1121(它们横过该较小径向轴承间隙60彼此相对)之间接触。因此，即使当作为支承物体的滑轮2制成为沿轴线O的方向较长时，也能够在不接触的情况下稳定地保持滑轮2。

[0076] 而且，因为不需要沿滑轮2的轴线O的方向形成排出孔，因此滑轮2的厚度能够制成为较薄。因此，即使当滑轮2制成为沿轴线O的方向较长时，滑轮2的重量也能够通过使得滑轮2较薄而降低。因此，能够使得较长滑轮2以较高速度旋转，并进一步防止空气轴的偏转，因为在空气轴11上的负载减小。因此，能够在不接触的情况下稳定地支承高速旋转的滑轮2。

[0077] 而且，在本实施例的空气轴承单元4中，使得压缩空气从径向轴承表面1121喷射至径向轴承间隙60中将足够了，不需要将厚多孔体附接在各推力轴承表面1132和121以及径向轴承表面1121上用于喷射压缩空气。因此，具有大约几毫米(例如大约2.5mm)厚度的多孔烧结层112与背底金属111一体地形成就足够了。因此能够使得空气轴承单元4紧凑。

[0078] 而且，根据本实施例的空气轴承单元4，多孔烧结层112形成于空气轴11的侧部。因此，在作为支承物体的滑轮2中，形成用于插入空气轴11的空气轴插入孔22就足够了，而不需要形成专用区域。因此能够降低作为更换部件的滑轮2的制造成本，因此降低了运行成本。

[0079] 而且，因为推力轴承间隙61a和61b的厚度s1扩大至不会产生自激振动的程度，因此能够防止产生自激振动。因此能够在不接触的情况下更稳定地支承高速旋转的滑轮2。

[0080] 本实施例使用台阶形圆柱形状的背底金属111。这种背底金属111可以有例如空心结构。

[0081] 上面的本实施例采取支承较长滑轮2的空气轴承单元4的示例。不过，能够支承除了较长滑轮2之外的物体。例如，能够支承多个普通滑轮。

[0082] 工业实用性

[0083] 本发明也能够用作适合非接触地支承旋转体的两端支承类型的空气轴承单元，该旋转体例如滑轮，用于向前发送线状材料，例如光纤、碳纤维等。

[0084] 参考标号表

[0085] 1：空气轴单元；2：滑轮；3A、3B：轴保持器；4：空气轴承单元；11：空气轴；12：推力板；13：螺母；21：凸缘部分；22：空气轴插入孔；23：凸台的外周表面；24A、24B：凸台；25A、25B：滑轮的端表面；111：背底金属；112：多孔烧结层；113：基部部件；114：径向轴承部件；
115：杆部件；116：空气通道；117：空气供给开口；118：螺纹部分；121：推力板的端表面(推力轴承表面)；122：推力板的端表面；123：轴插入孔；221：滑轮的内周表面；241A、241B：凸台的端表面；1121：多孔烧结层的外周表面(径向轴承表面)；1131：基部部件的端表面；1132：基部部件的端表面(台阶表面、推力轴承表面)；1141：径向轴承部件的端表面(台阶表面)；
142：径向轴承部件的外周表面；1143：环形槽；1144：孔；以及1151：螺纹部分。

标题	发布/更新时间	阅读量
气体轴承-专利编号CN101305192B	2020-05-11	279
气体轴承-专利编号CN101305192A	2020-05-11	329
中跨气体轴承-专利编号CN102753834B	2020-05-12	905
气体轴承-专利编号CN101484713A	2020-05-11	327
一种气体轴承-专利编号CN110594295A	2020-05-13	553
一种气体轴承-专利编号CN108412897A	2020-05-12	766
气体轴承密封件-专利编号CN107304685A	2020-05-12	470
静压气体轴承-专利编号CN107429742A	2020-05-12	905
多孔气体轴承-专利编号CN110578751A	2020-05-11	221
气体轴承-专利编号CN2490356Y	2020-05-13	1031

静压气体轴承单元

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