空气轴承基本原理

合集下载

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种无接触式的轴承,它利用气体压力来支撑和旋转轴承。

它的工作原理基于气体动压原理温和体润滑原理。

1. 气体动压原理:空气轴承利用气体动压原理来支撑和旋转轴承。

当轴承旋转时,由于旋转部件的离心力,周围气体被迫从轴承间隙中流过,形成气体薄膜。

这个气体薄膜产生了一个气体垫层,使得轴承与轴之间形成为了一个气体隔离层,从而实现了无接触的支撑。

2. 气体润滑原理:除了支撑轴承外,空气轴承还利用气体润滑原理来减少磨擦和磨损。

当轴承旋转时,气体薄膜在轴承与轴之间形成一个润滑层,减少了接触面之间的直接接触,从而降低了磨擦和磨损。

空气轴承的工作原理可以分为两种类型:气体静压轴承温和体动压轴承。

1. 气体静压轴承:气体静压轴承是通过气体的静压力来支撑轴承。

在气体静压轴承中,气体通过气体供应系统进入轴承间隙,形成气体薄膜,支撑轴承并减少磨擦。

气体供应系统通常由气体压缩机、气体滤清器温和体分配系统组成。

2. 气体动压轴承:气体动压轴承是通过气体的动压力来支撑轴承。

在气体动压轴承中,气体通过轴承旋转产生的离心力,从轴承间隙中流过,形成气体薄膜,支撑轴承并减少磨擦。

气体动压轴承通常由气体供应系统温和体排放系统组成。

空气轴承具有以下优点:1. 无接触:由于采用了气体支撑和润滑,轴承与轴之间没有直接接触,减少了磨擦和磨损,延长了轴承的使用寿命。

2. 高速运转:由于气体薄膜的支撑和润滑特性,空气轴承可以实现高速旋转,适合于高速机械设备。

3. 低噪音:由于无接触温和体的吸收特性,空气轴承的噪音水平较低,可以提供更肃静的工作环境。

4. 无污染:由于无需使用润滑油或者润滑脂,空气轴承不会产生润滑油或者润滑脂的污染问题,适合于对环境要求较高的场合。

5. 节能:由于减少了磨擦和磨损,空气轴承可以降低能量消耗,提高机械设备的效率。

空气轴承在许多工业领域中得到广泛应用,例如高速机电、风力发机电组、精密仪器等。

它们可以提供可靠的支撑和润滑,使机械设备具有更长的使用寿命和更高的运行效率。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体动力学原理来支撑和定位旋转轴的装置。

它通过在轴承间形成气膜来减少磨擦和磨损,从而实现高速、高精度和长寿命的旋转运动。

空气轴承的工作原理基于气体动力学的基本原理,主要包括气体润滑、气体薄膜支撑温和体密封。

首先,空气轴承利用气体润滑来减少磨擦。

当轴承转动时,气体在轴承间形成气膜,气膜与轴承表面接触,减少了实际接触面积,从而减小了磨擦力和磨损。

气体润滑不仅可以提供良好的润滑效果,还可以降低能量损耗和噪音。

其次,空气轴承通过气体薄膜支撑来实现轴的定位。

当轴承转动时,气膜的厚度和压力分布会发生变化,从而产生支撑力。

通过控制气膜的厚度和压力分布,可以实现轴的稳定定位和动态平衡。

气薄膜支撑不仅可以提供高精度的定位,还可以承受较大的载荷和冲击。

最后,空气轴承通过气体密封来防止外界物质进入轴承内部。

气体密封可以有效地阻挠灰尘、液体和其他杂质的进入,从而保护轴承的正常运行和寿命。

空气轴承的工作原理还与气体的性质和流动特性密切相关。

常用的气体包括压缩空气、氮气和惰性气体等。

气体的压力、温度、流速和流动方式都会对空气轴承的性能产生影响。

因此,在设计和使用空气轴承时,需要综合考虑气体的性质和工况要求。

空气轴承具有许多优点,如高速、高精度、长寿命、低磨擦、无润滑剂、无污染等。

它广泛应用于精密机械、仪器仪表、光学设备、航空航天等领域,为各种旋转设备提供可靠的支撑和定位。

总结起来,空气轴承的工作原理是通过气体润滑、气体薄膜支撑温和体密封来实现高速、高精度和长寿命的旋转运动。

它的工作原理基于气体动力学的基本原理,利用气体的性质和流动特性来实现轴的支撑和定位。

空气轴承具有许多优点,广泛应用于各个领域。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种常见的工业设备,它采用气体作为润滑介质,实现机械零件的无接触运动。

它具有摩擦小、寿命长、无需润滑等优点,在许多工业领域得到广泛应用。

一、空气轴承的基本原理空气轴承的工作原理基于气体动力学和流体静压原理。

当气体通过轴承间隙时,由于气体的压力差,产生了气体动压力,使轴承与轴之间形成一层气膜,从而实现了无接触运动。

二、气体动压效应气体动压效应是空气轴承工作的关键。

当轴承转动时,气体在轴承间隙中形成了一个气膜,气膜厚度决定了轴承的稳定性和摩擦阻力。

气膜厚度越大,摩擦阻力越小,轴承越稳定。

气膜厚度的大小取决于气体的压力差、轴承间隙和转速等因素。

三、气体供给系统为了保证轴承正常工作,需要一个气体供给系统。

气体供给系统通常包括气源、减压阀、过滤器和调节阀等组件。

气源可以是压缩空气或氮气,通过减压阀调节气源压力,过滤器用于过滤气体中的杂质,调节阀用于调节气体流量。

四、轴承间隙调节轴承间隙的大小对空气轴承的工作稳定性和摩擦阻力有着重要影响。

间隙过大会导致气膜厚度不稳定,容易产生振动和噪音;间隙过小会增加摩擦阻力,降低轴承的寿命。

因此,轴承间隙的调节非常重要,可以通过调整轴承座的位置或使用间隙调节垫片来实现。

五、应用领域空气轴承广泛应用于高速旋转设备,如离心压缩机、离心风机、离心泵等。

它们在工业生产中起到了重要的作用。

空气轴承还被应用于精密加工设备、光学仪器等领域,用于保证设备的高精度和稳定性。

六、优缺点空气轴承相对于其他类型的轴承具有一些优点。

首先,它们具有摩擦小、寿命长的特点,能够有效减少能量损耗和维护成本。

其次,空气轴承无需润滑,可以避免润滑油对环境的污染。

然而,空气轴承也存在一些缺点,如对轴承间隙的要求较高,容易受到外界环境的影响。

总结:空气轴承是一种采用气体作为润滑介质的设备,通过气体动压效应实现机械零件的无接触运动。

它的工作原理基于气体动力学和流体静压原理。

气体供给系统、轴承间隙调节等方面都是确保空气轴承正常工作的关键。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体薄膜支撑和润滑的轴承,它可以在高速旋转的情况下减少磨擦和磨损,提高机械设备的效率和寿命。

空气轴承的工作原理基于气体动压效应和涡旋动力学。

1. 气体动压效应空气轴承利用气体动压效应产生支撑力。

当轴承旋转时,由于离心力的作用,轴承内的气体味形成一个气体薄膜,使轴承与轴之间形成间隙。

当轴承与轴之间的间隙足够小,气体薄膜会受到气体动压的作用,产生一个向上的支撑力。

这种支撑力可以有效地减少磨擦和磨损,使轴承能够顺畅地旋转。

2. 涡旋动力学空气轴承还利用涡旋动力学来增加支撑力。

当轴承旋转时,气体薄膜会形成涡旋。

涡旋的旋转运动会产生一个向上的力,称为涡旋力。

涡旋力可以增加轴承的支撑力,使轴承能够承受更大的负荷。

空气轴承的工作原理可以通过以下步骤来说明:1. 轴承安装:首先,将轴承安装在机械设备的轴上。

轴承通常由内外环组成,内环连接轴,外环连接机械设备。

2. 气体供应:通过气体供应系统向轴承提供气体。

气体供应系统通常包括气源、压力调节器温和体管道。

3. 气体进入轴承:气体从气源经过压力调节器调节后,通过气体管道进入轴承。

4. 气体薄膜形成:当轴承开始旋转时,由于离心力的作用,气体味形成一个气体薄膜,填充轴承与轴之间的间隙。

5. 气体动压效应:气体薄膜受到气体动压的作用,产生一个向上的支撑力。

这个支撑力可以减少轴承与轴之间的磨擦和磨损。

6. 涡旋形成:气体薄膜的旋转运动会形成涡旋。

涡旋的旋转运动可以增加轴承的支撑力。

7. 轴承运转:在气体动压和涡旋力的作用下,轴承可以顺畅地旋转,减少磨擦和磨损,提高机械设备的效率和寿命。

空气轴承具有以下优点:1. 无需润滑剂:由于空气轴承利用气体动压和涡旋力来减少磨擦,所以无需润滑剂,减少了对环境的污染。

2. 高速旋转:空气轴承可以承受高速旋转,因为气体薄膜的支撑力和涡旋力可以有效地减少磨擦和磨损。

3. 负荷能力强:由于涡旋力的作用,空气轴承可以承受较大的负荷。

空气轴承工作原理

空气轴承工作原理

空气轴承工作原理
空气轴承是一种利用气体动压效应来支撑和旋转轴的轴承。

其工作原理如下:
1. 气体动压效应:当高速旋转的轴进入空气轴承中时,由于轴上方气体流速较大且气体压力较低,而轴下方气体流速较小且气体压力较高。

根据动压定理,气体流速越大,气体压力越低。

因此,在轴的上方形成一个气体低压区域,轴的下方则形成一个气体高压区域。

2. 气体支撑力:当高压气体在轴的下方形成时,由于压力梯度的存在,气体会向轴上方移动。

由于轴的旋转,空气被带到轴周围形成一层薄气膜。

根据质量守恒定律,气体在旋转轴上的流速会增加,从而降低了气体的压力,形成一种向上的气体支撑力。

这种气体支撑力可以使轴几乎脱离物理接触表面而悬浮在气体膜中。

3. 平衡与稳定:当气体流速和气体压力达到平衡时,气体支撑力与轴的重力相等,轴就可以平稳地悬浮和旋转在气体膜中。

同时,由于气体具有一定的黏性,可以有效消耗振动和冲击力。

空气轴承的优点包括摩擦小、寿命长、无需润滑和维护等。

然而,在高转速和负载较大的情况下,气体动压效应可能不足以支撑轴的运转,因此通常会与其他类型的轴承结合使用。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理引言概述:空气轴承是一种常用的工业设备,它采用气体动力学原理实现轴承的支撑和运转。

本文将详细介绍空气轴承的工作原理,包括气体动力学原理、空气轴承的结构和工作过程。

一、气体动力学原理1.1 压力平衡原理:空气轴承内部的气体通过高速旋转产生的离心力,使气体在轴承内形成一个高压区域。

同时,由于气体份子之间的碰撞作用力,使得气体在轴承内部形成一个压力平衡的状态。

1.2 气体动压原理:当轴承旋转时,气体份子受到离心力的作用,从高压区域流向低压区域,形成气体动压。

这种气体动压的作用力可以支撑轴承的运转,并减少磨擦和磨损。

1.3 气体润滑原理:气体动压作用下,气体形成薄膜层,将轴承与轴之间隔开,实现了轴承的润滑。

这种润滑方式具有低磨擦、无需润滑剂等优点,能够提高轴承的使用寿命和工作效率。

二、空气轴承的结构2.1 主轴:空气轴承的主轴是支撑和旋转的核心部件,通常采用高强度的金属材料制成,具有良好的刚性和耐磨性。

2.2 气体供应系统:空气轴承需要通过气体供应系统提供气体动力,通常采用压缩空气或者气体泵进行供应,确保轴承内部气体的压力和流量。

2.3 轴承座:轴承座是固定在机械设备上的部件,用于安装和支撑空气轴承。

轴承座通常采用金属材料制成,具有良好的刚性和稳定性。

三、空气轴承的工作过程3.1 启动过程:当气体供应系统供应气体后,轴承开始旋转。

气体动力产生的气体动压作用力支撑起轴承,使其离开轴承座,并形成气体薄膜层。

3.2 运转过程:在轴承运转过程中,气体动压作用力不断支撑轴承,并减少与轴之间的接触,实现了轴承的润滑和减少磨擦。

3.3 住手过程:当气体供应系统住手供应气体后,轴承逐渐减速,直至住手旋转。

在住手过程中,气体动压作用力逐渐减小,轴承重新与轴接触,直至回到轴承座。

四、总结空气轴承是一种基于气体动力学原理工作的轴承,通过气体动压作用力实现轴承的支撑和润滑。

它具有低磨擦、无需润滑剂、使用寿命长等优点,在工业领域得到广泛应用。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种基于气体动力学原理工作的轴承,它通过气体的压力和流动来支撑和减少轴与轴承之间的摩擦。

相比传统的润滑轴承,空气轴承具有更低的摩擦系数、更高的转速和更长的寿命。

空气轴承的工作原理主要包括气体薄膜支撑原理和气体动力支撑原理。

1. 气体薄膜支撑原理:空气轴承中的气体薄膜是通过高速旋转的轴产生的离心力将气体压缩,形成一层薄膜。

这层薄膜可以有效地支撑轴的重量,使轴与轴承之间的接触面积减小到最小,从而减少了摩擦和磨损。

2. 气体动力支撑原理:空气轴承中的气体通过轴承的进气口进入轴承腔体,在轴承腔体内形成气体动力支撑。

当轴旋转时,气体在轴承腔体内产生压力差,形成气体动力,使轴承与轴之间形成气体动力支撑层。

这种气体动力支撑层可以有效地减少摩擦和磨损,提高轴承的转速和工作寿命。

空气轴承的工作原理还与气体的性质和轴承的结构有关。

1. 气体的性质:空气轴承中常用的气体是空气或氮气。

气体的性质直接影响着轴承的工作效果。

一般来说,气体的压力越高,支撑能力越强,但摩擦和磨损也会增加。

气体的流量和速度也会影响轴承的工作效果。

2. 轴承的结构:空气轴承的结构包括轴承壳体、进气口、出气口和轴承腔体等。

轴承壳体通常由金属材料制成,具有良好的刚性和导热性能。

进气口和出气口的设计和位置会影响气体的流动和压力分布,从而影响轴承的工作效果。

轴承腔体的形状和尺寸也会影响气体的流动和压力分布。

空气轴承的优点:1. 无需润滑:空气轴承不需要润滑油或润滑脂,避免了润滑油污染环境和润滑脂老化的问题。

2. 高转速:由于空气轴承减少了摩擦和磨损,因此可以承受更高的转速。

3. 高精度:空气轴承具有较低的摩擦系数和较小的径向间隙,可以实现较高的定位精度。

4. 长寿命:由于减少了摩擦和磨损,空气轴承的寿命比传统润滑轴承更长。

5. 无污染:空气轴承不需要润滑油,因此不会产生油污染。

空气轴承的应用:空气轴承广泛应用于高速旋转设备,如机床主轴、风力发电机组、离心机等。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体作为润滑介质的轴承,其工作原理是通过气体的动压效应来支撑和减少磨擦。

空气轴承具有无接触、无磨损、无需润滑等优点,在高速、高精度、无尘环境下得到广泛应用。

下面将详细介绍空气轴承的工作原理。

一、气体动压支撑原理1.1 气体动压效应气体动压效应是指气体在高速旋转下产生的气体动压力,使轴承与轴颈之间形成气膜,从而支撑轴承并减少磨擦。

1.2 气体动压支撑的优点气体动压支撑能够实现无接触、无磨损的工作状态,减少轴承的磨损和磨擦,提高轴承的使用寿命。

1.3 气体动压支撑的原理气体动压支撑的原理是利用气体在高速旋转下的动压效应产生气膜,使轴承与轴颈之间形成支撑力,从而实现轴承的工作。

二、气体动压减摩原理2.1 气体动压减摩气体动压减摩是指气体动压效应对轴承与轴颈之间的磨擦力产生的减少作用,使轴承的磨擦系数降低。

2.2 气体动压减摩的优点气体动压减摩能够降低轴承的磨擦力,减少能量损耗,提高轴承的工作效率和稳定性。

2.3 气体动压减摩的原理气体动压减摩的原理是利用气体动压效应对轴承与轴颈之间的磨擦力产生的减少作用,从而降低轴承的磨擦系数。

三、气体动压稳定性原理3.1 气体动压稳定性气体动压稳定性是指气体动压效应对轴承的支撑稳定性产生的影响,使轴承在高速旋转下保持稳定。

3.2 气体动压稳定性的优点气体动压稳定性能够使轴承在高速旋转下保持稳定,减少振动和噪音,提高轴承的工作精度和可靠性。

3.3 气体动压稳定性的原理气体动压稳定性的原理是利用气体动压效应对轴承的支撑稳定性产生的影响,使轴承在高速旋转下保持稳定。

四、气体动压自调心原理4.1 气体动压自调心气体动压自调心是指轴承在工作过程中能够根据负载的变化自动调整气膜厚度,保持轴承的稳定支撑状态。

4.2 气体动压自调心的优点气体动压自调心能够根据负载的变化自动调整气膜厚度,保持轴承的稳定支撑状态,适应不同工况的要求。

4.3 气体动压自调心的原理气体动压自调心的原理是利用轴承结构温和体动压效应,使轴承能够根据负载的变化自动调整气膜厚度,保持稳定支撑状态。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种常见的工业设备,它通过利用气体的性质来实现轴与轴承之间的支撑和旋转。

与传统的润滑轴承相比,空气轴承具有无磨擦、无磨损、无需润滑等优点,因此被广泛应用于高速旋转设备和精密仪器中。

空气轴承的工作原理主要包括气体动压原理温和体动力原理。

1. 气体动压原理空气轴承利用气体的动压效应来支撑轴与轴承之间的间隙。

当轴旋转时,由于离心力的作用,轴承内的气体被压缩,形成一个气体薄膜。

这个气体薄膜在轴与轴承之间形成为了一个气体垫片,使得轴能够自由旋转而不接触到轴承表面。

2. 气体动力原理空气轴承利用气体的动力效应来实现轴的旋转。

在空气轴承中,轴承内的气体通过喷嘴产生高速气流,气流的动力作用在轴上产生一个反作用力,使轴得以旋转。

同时,轴承内的气流也起到冷却轴承的作用,防止轴承过热。

空气轴承的工作原理基于气体的性质,因此需要控制气体的流量和压力来保持轴与轴承之间的稳定间隙和旋转速度。

普通来说,空气轴承需要配备气源系统,包括气泵、气压调节器温和流控制阀等设备,以确保气体的稳定供应和控制。

空气轴承的工作原理使得它具有许多优点。

首先,由于无磨擦和无磨损,空气轴承的寿命长,维护成本低。

其次,空气轴承的旋转速度可以非常高,因此适合于高速旋转设备,如风力发机电、离心机等。

此外,由于无需润滑,空气轴承不会产生润滑剂的污染和泄漏,符合环保要求。

然而,空气轴承也存在一些缺点。

首先,由于气体的可压缩性,空气轴承的刚度较低,容易产生振动和共振。

其次,空气轴承对气体的纯净度要求较高,因为气体中的杂质会影响轴承的工作效果。

此外,由于气体的稀薄性,空气轴承在承载能力方面相对较弱,不适合于承载分量较大的设备。

综上所述,空气轴承通过利用气体的动压和动力原理来实现轴与轴承之间的支撑和旋转。

它具有无磨擦、无磨损、无需润滑等优点,适合于高速旋转设备和精密仪器。

然而,空气轴承的刚度较低、对气体纯净度要求高以及承载能力较弱等缺点也需要考虑。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体动压原理来支撑和定位轴的机械元件。

它具有无磨擦、无磨损、高速运转、低噪音、长寿命等优点,在工业生产中得到广泛应用。

下面将详细介绍空气轴承的工作原理。

1. 气体动压原理空气轴承的工作原理基于气体动压原理,即利用气体的压力来支持和定位轴。

当气体在轴承内部流动时,由于流动速度的增加,气体的压力会降低。

根据伯努利定律,气体的压力与速度成反比。

因此,当气体流动速度足够大时,气体的压力可以低于外部环境的压力,从而产生一个向上的力,支撑轴的分量。

2. 空气供应系统为了使空气轴承正常工作,需要一个稳定的空气供应系统。

该系统通常包括压缩机、过滤器、调压阀温和缸等组件。

压缩机将空气压缩后送入过滤器进行过滤,去除杂质和水分,然后通过调压阀调节气压,最后通过气缸将空气送入轴承。

3. 空气轴承结构空气轴承通常由两个主要部份组成:静压气体供应系统和轴承本体。

静压气体供应系统负责提供稳定的气体压力和流量,轴承本体负责支撑和定位轴。

轴承本体通常由轴承座、气体孔道温和体流道组成。

轴承座用于安装轴承,气体孔道用于将气体引入轴承,气体流道则负责将气体分配到轴承的各个部份。

4. 工作过程当气体进入轴承时,经过气体孔道进入气体流道。

气体流道内部通常由一系列的小孔组成,这些小孔被称为气体喷嘴。

当气体通过气体喷嘴时,由于流速的增加,气体的压力降低,从而产生一个向上的力。

这个力可以支撑轴的分量,并且由于气体的压力均匀分布,可以实现轴的平稳旋转。

5. 调节和控制为了确保空气轴承的正常工作,需要对气体的压力和流量进行调节和控制。

调节气体压力可以通过调整调压阀来实现,而调节气体流量则可以通过调整气缸的开口大小来实现。

通常,较大的气体流量可以提供更好的支撑力,但也会增加气体的消耗和噪音。

因此,在实际应用中需要根据具体情况进行调节和控制。

总结:空气轴承是一种利用气体动压原理来支撑和定位轴的机械元件。

它通过气体的流动和压力变化来产生支撑力,实现轴的无磨擦运转。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种常见的轴承类型,它利用气体的动压原理来支撑和减少轴与轴承之间的摩擦,从而实现轴的平稳旋转。

本文将详细介绍空气轴承的工作原理。

一、工作原理概述空气轴承的工作原理基于气体的动压效应。

当轴在轴承内旋转时,由于轴与轴承之间的间隙非常小,气体在轴承内形成一层气膜。

当轴旋转时,气膜也随之旋转,气膜内的气体受到离心力的作用,使气体压力在轴向方向上逐渐增大。

这种气体压力的增大使得气膜内的气体产生动压力,支撑轴的重量,从而实现轴的平稳旋转。

二、气膜形成与维持气膜的形成与维持对于空气轴承的工作至关重要。

在轴承的设计中,通常会设置气膜供气系统,用于向轴承内供应气体。

气膜供气系统通常包括气源、调压阀、过滤器、流量控制阀等组成。

气源可以是压缩空气系统或者气体泵,通过调压阀调节气压,过滤器用于过滤气体中的杂质,流量控制阀用于调节气体的供应量。

当气体从气源进入轴承内时,气体通过间隙进入气膜区域。

气膜区域通常由静压区和动压区组成。

在静压区,气体的压力逐渐增大,形成气膜。

在动压区,气体受到离心力的作用,产生动压力,支撑轴的重量。

三、气膜稳定性气膜的稳定性对于空气轴承的工作非常重要。

在轴承设计中,通常会采用一些措施来增强气膜的稳定性。

例如,可以在轴承内部设置凸起的轴承面,以增加气膜的稳定性。

此外,还可以通过调节气体的供应量和气压来控制气膜的稳定性。

四、优点与应用空气轴承具有以下优点:1. 无需润滑剂:空气轴承不需要使用润滑剂,避免了润滑剂对环境的污染。

2. 高速旋转:由于气体的动力支撑,空气轴承可以实现高速旋转。

3. 高精度:空气轴承具有较高的精度,可以满足精密机械设备的要求。

4. 低摩擦:由于气体的动力支撑,空气轴承具有较低的摩擦系数,减少了能量损失。

空气轴承广泛应用于各种机械设备中,例如高速电机、精密仪器、数控机床等。

在这些应用中,空气轴承可以提供高速、高精度的支撑和减摩功能,提高机械设备的性能和可靠性。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种无接触式的轴承,它利用气体动力学原理来支撑和转动轴承内部的旋转部件。

相比传统的接触式轴承,空气轴承具有更低的摩擦、更高的转速和更长的使用寿命。

本文将详细介绍空气轴承的工作原理,包括气体动力学原理、结构和工作过程。

一、气体动力学原理空气轴承的工作原理基于气体动力学原理,主要包括两个关键概念:气体薄膜和气体动压力。

1. 气体薄膜:空气轴承内部的轴承面和轴承座之间形成了一个气体薄膜。

当轴承旋转时,气体薄膜会形成一个气体垫层,支撑和减少轴承与座之间的接触,从而减小了摩擦和磨损。

2. 气体动压力:当轴承旋转时,气体薄膜中的气体会因为离心力的作用而产生动压力。

这种动压力可以支撑轴承的重量,并且随着转速的增加而增大,使得轴承能够在高速运转时保持稳定。

二、结构空气轴承的结构通常包括轴承座、轴承面和供气系统。

1. 轴承座:轴承座是安装在机械设备上的固定部件,它提供了轴承的支撑和定位。

轴承座通常由金属材料制成,具有高强度和耐磨损的特性。

2. 轴承面:轴承面是与轴承座接触的旋转部件。

它通常由陶瓷材料或特殊合金制成,具有低摩擦和高硬度的特性,以减少摩擦和磨损。

3. 供气系统:供气系统是提供气体薄膜所需气体的部件。

它通常包括气源、调压阀和喷嘴等组成部分。

气源可以是压缩空气或气体泵,通过调压阀调整气体的压力,然后通过喷嘴将气体引导到轴承面和座之间的气体薄膜中。

三、工作过程空气轴承的工作过程可以分为启动阶段和稳定运行阶段。

1. 启动阶段:当机械设备启动时,气体轴承处于静止状态,此时气体薄膜不存在。

在启动过程中,气体通过喷嘴进入轴承面和座之间的空隙,形成气体薄膜,然后由于气体动压力的作用,轴承开始旋转并逐渐达到稳定状态。

2. 稳定运行阶段:一旦轴承达到稳定运行状态,气体薄膜会形成一个稳定的气体垫层,支撑和减少轴承与座之间的接触。

此时,轴承可以以较高的转速运转而不会产生过多的摩擦和磨损。

同时,气体动压力会随着转速的增加而增大,保持轴承的稳定性。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种常见的机械轴承,它通过利用气体的润滑性质来减少轴与轴承之间的磨擦,从而实现轴的平稳运动。

空气轴承的工作原理主要包括气膜支撑温和体润滑两个方面。

1. 气膜支撑空气轴承的核心是气膜支撑。

当轴承开始转动时,轴承内部的气体被带动形成一个气膜。

这个气膜在轴承和轴之间形成一个气体垫层,使得轴与轴承之间并不直接接触,从而减少了磨擦和磨损。

气膜的形成是通过气体的压力差来实现的。

在空气轴承中,气体通过轴承的进气口进入轴承内部,然后通过轴承内部的细小孔隙逐渐排出。

当气体的压力在轴承内部达到平衡时,就形成为了一个稳定的气膜。

2. 气体润滑除了气膜支撑外,气体润滑也是空气轴承的重要工作原理之一。

在空气轴承中,气体的润滑性质起到了减少磨擦和磨损的作用。

当轴承开始转动时,气膜中的气体味形成一个高速气流。

这个气流会带走轴承和轴之间的磨擦热量,从而保持轴承的温度在一个合适的范围内。

同时,气流还会带走轴承和轴之间的磨擦产生的金属粉尘和杂质,保持轴承的清洁。

气体的润滑性质还可以减少轴承和轴之间的磨擦系数,从而降低能量损耗。

相比于传统的液体润滑轴承,空气轴承具有更低的磨擦系数和更高的转速范围。

3. 应用领域空气轴承广泛应用于高速旋转设备和精密加工设备中。

例如,空气轴承常用于高速机电、风力发机电组、航空航天设备、精密机床等领域。

在高速旋转设备中,空气轴承能够提供稳定的支撑和润滑效果,减少了机械磨擦和磨损,延长了设备的使用寿命。

同时,空气轴承还具有无需维护、无需润滑油和无需清洗的优点,减少了设备的维护成本和停机时间。

4. 优缺点空气轴承具有以下几个优点:- 高转速:由于气体的润滑性质温和膜支撑的作用,空气轴承能够承受高速旋转,通常可以达到几万转每分钟的转速。

- 低磨擦:相比于传统的液体润滑轴承,空气轴承具有更低的磨擦系数,能够减少能量损耗。

- 无需润滑:空气轴承不需要使用润滑油,减少了维护成本和环境污染。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体动力学原理实现支撑和传递载荷的轴承。

它与传统的滚动轴承相比,具有更低的摩擦、更高的转速和更长的使用寿命。

空气轴承的工作原理基于气体动力学的两个基本原理:气体膜支撑和气体压力平衡。

首先,气体膜支撑是指在轴与轴承之间形成一个气体膜,使轴能够悬浮在轴承上,从而实现支撑和传递载荷的功能。

当轴转动时,由于离心力的作用,气体膜会形成一个压力高、厚度薄的区域,这种气体膜的形成使得轴与轴承之间形成了一个稳定的支撑系统。

其次,气体压力平衡是指通过控制气体的进出量,使得气体膜的厚度保持在一个稳定的范围内。

当轴承承受载荷时,气体膜的厚度会发生变化,为了保持气体膜的稳定性,需要通过控制气体的进出量来调节气体膜的厚度。

通常,空气轴承会配备一个气体供应系统,通过控制气体的压力和流量来实现气体膜的厚度调节。

空气轴承的工作原理可以简单总结为以下几个步骤:1. 气体供应:通过气体供应系统提供气体,通常使用压缩空气作为气体源。

2. 气体进入轴承:气体进入轴承内部,经过特定的通道进入气体膜区域。

3. 气体膜形成:由于轴的旋转,气体在轴承内部形成一个压力高、厚度薄的气体膜。

4. 轴的支撑:气体膜的形成使得轴能够悬浮在轴承上,实现支撑和传递载荷的功能。

5. 气体压力平衡:通过控制气体的进出量,保持气体膜的厚度在一个稳定的范围内,以保证轴承的稳定性和工作效果。

空气轴承的工作原理使得它具有许多优点。

首先,由于没有接触面,空气轴承具有极低的摩擦和磨损,从而减少能量损耗和维护成本。

其次,空气轴承能够实现高速旋转,因为气体膜的形成可以有效减少离心力对轴的影响。

此外,空气轴承还具有较长的使用寿命和较好的耐腐蚀性能。

总结起来,空气轴承利用气体动力学原理实现了轴的支撑和传递载荷的功能。

通过气体膜的形成和气体压力平衡的控制,空气轴承具有低摩擦、高转速和长寿命的特点,广泛应用于各种工业领域。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理引言概述:空气轴承是一种利用气体流动产生支撑力来实现轴承功能的装置。

它不需要润滑油,具有低磨擦、高速度、高精度等优点,被广泛应用于高速旋转设备中。

本文将详细介绍空气轴承的工作原理。

一、气体动压支撑原理1.1 气体动压效应:当气体在轴承间形成气膜时,由于气体高速流动,产生了动压力,支撑轴承旋转。

1.2 动压力平衡:气体动压力与外载荷相平衡,使得轴承保持在稳定位置,不会产生接触磨擦。

1.3 动压力调节:通过调节气体进出口压力,可以控制轴承的支撑力大小,实现对轴承的精准控制。

二、气体润滑效应2.1 气体润滑层:气体在轴承表面形成为了一层极薄的气膜,减少了磨擦力和磨损。

2.2 气体润滑优势:与润滑油相比,气体润滑不会污染工作环境,不需要定期更换,维护成本低。

2.3 气体润滑控制:通过调节气体流量和压力,可以实现对轴承的润滑效果的调节,提高轴承性能。

三、气体密封效应3.1 气体密封原理:气体轴承可以通过气体流动形成密封层,阻挠外部液体或者固体进入轴承内部。

3.2 防尘防水:气体密封可以有效防止灰尘、水分等杂质进入轴承,延长轴承使用寿命。

3.3 高温环境:气体轴承在高温环境下仍能有效工作,不会因润滑油受热而失效。

四、气体冷却效应4.1 冷却原理:气体在高速流动时带走了轴承和轴承座的热量,起到了散热的作用。

4.2 温度控制:通过调节气体流量和速度,可以控制轴承的工作温度,防止因高温引起的轴承损坏。

4.3 高速运转:气体轴承适合于高速旋转设备,具有良好的冷却效果,保证了设备的稳定运行。

五、气体轴承的应用领域5.1 高速主轴:气体轴承广泛应用于数控机床、风力发机电等高速主轴设备中。

5.2 精密仪器:气体轴承适合于需要高精度、低振动的精密仪器和设备。

5.3 高温环境:气体轴承在高温环境下具有优越的性能,适合于炼油、钢铁等行业的设备。

结论:空气轴承通过气体动压支撑、气体润滑、气体密封温和体冷却等效应,实现了对轴承的支撑、润滑、密封和冷却功能,广泛应用于高速旋转设备中,为工业生产提供了便利和效率。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体薄膜支撑和润滑轴承运动的装置。

它采用了气体动力学原理,通过在轴承间形成气膜来减小磨擦和磨损,提高轴承的工作效率和寿命。

下面将详细介绍空气轴承的工作原理。

1. 气体薄膜支撑空气轴承中的气体薄膜是实现轴承支撑的关键。

当轴承运转时,气体在轴承间形成一层薄膜,使轴承与轴之间形成一定的间隙。

这个间隙内的气体通过轴承的槽道进出,形成稳定的气膜。

2. 压力梯度效应空气轴承中的气体流动是由压力梯度驱动的。

气体从高压区域流向低压区域,形成为了一个气体流动的通道。

这种压力梯度效应使得气体在轴承间形成为了稳定的气膜,并且能够承受轴承的负荷。

3. 气体动压效应空气轴承利用气体动压效应来减小磨擦和磨损。

当轴承运转时,气体薄膜中的气体味产生动压力,这种动压力可以抵消轴承上的静压力,从而减小轴承的磨擦和磨损。

同时,气体动压力还能够提供轴承所需的支撑力,使轴承能够平稳运转。

4. 气体润滑效应空气轴承中的气体薄膜还具有润滑作用。

当轴承运转时,气体薄膜中的气体可以形成一个润滑层,减小轴承与轴之间的接触面积,从而减小磨擦和磨损。

这种气体润滑效应可以使轴承具有更长的寿命和更高的工作效率。

5. 温度控制空气轴承中的气体薄膜还可以对轴承的温度进行控制。

当轴承运转时,磨擦会产生热量,如果不及时散热,会导致轴承温度过高,影响轴承的工作效率和寿命。

因此,空气轴承通常会设计有散热装置,用于控制轴承的温度。

总结:空气轴承通过气体薄膜的支撑和润滑,利用压力梯度效应、气体动压效应温和体润滑效应,实现了对轴承的支撑和减摩功能。

同时,空气轴承还能够对轴承的温度进行控制,确保轴承在适宜的温度范围内工作。

空气轴承具有磨擦小、寿命长、工作效率高等优点,在工业生产中得到了广泛应用。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种常用的非接触式轴承,其工作原理基于气体动力学和液体动力学的原理。

它通过气体的压力和流动来支撑和定位旋转轴,从而减少摩擦和磨损,提高轴承的使用寿命和性能。

空气轴承的工作原理主要包括气膜支撑、气体流动和气体供给三个方面。

1. 气膜支撑:空气轴承的支撑基于气膜效应,即在轴与轴承之间形成一层气体膜,使轴与轴承之间产生气体动力支撑。

当轴转动时,气体膜会在轴与轴承之间形成一个气膜厚度,这个气膜厚度可以通过调节气体供给压力和轴承间隙来控制。

气膜的厚度越大,轴与轴承之间的接触面积越小,摩擦力和磨损也就越小。

2. 气体流动:当轴转动时,气体会在轴与轴承之间形成气体流动。

气体流动的速度和方向会影响轴承的摩擦和磨损。

一般来说,气体流动速度越大,摩擦力越小,磨损也就越小。

为了保持气体流动的稳定性,空气轴承通常会设计成具有特定的气体流道和导流槽。

3. 气体供给:为了维持气膜的厚度和气体流动的稳定性,空气轴承需要通过气体供给系统提供足够的气体压力和流量。

气体供给系统通常包括气源、调压阀、过滤器和气体管道等组成部分。

通过调节气源的压力和调压阀的开度,可以控制气体供给的压力和流量,从而实现对空气轴承的控制。

空气轴承的工作原理使其具有以下优点:1. 高转速:由于无接触摩擦,空气轴承可以实现高转速运转,适用于高速旋转设备。

2. 低摩擦:空气轴承的工作原理减少了轴与轴承之间的接触面积,从而减少了摩擦和磨损,提高了轴承的寿命。

3. 高精度:空气轴承的气膜支撑和气体流动可以实现很高的定位精度,适用于需要高精度定位的设备。

4. 免润滑:由于无接触摩擦,空气轴承无需润滑剂,减少了维护成本和环境污染。

5. 减震降噪:空气轴承的气体流动可以实现减震和降噪效果,适用于对振动和噪音要求较高的设备。

然而,空气轴承也存在一些局限性:1. 对气体质量要求高:空气轴承对供给的气体质量要求较高,如气体应无水分、无杂质、无油污等,否则会影响轴承的工作性能和寿命。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体薄膜支撑和润滑的轴承,它的工作原理是通过气体的压力来支撑和减少轴承与轴之间的摩擦,从而实现高速旋转和低摩擦的效果。

下面将详细介绍空气轴承的工作原理。

1. 原理概述空气轴承是一种非接触式轴承,其工作原理类似于气体静压支承。

当轴承旋转时,由于转子和轴之间的气体压力差,形成了一个气体薄膜,使得轴承与轴之间实现了非接触式的支撑和润滑。

2. 压力平衡原理空气轴承的工作原理基于压力平衡原理。

当轴承旋转时,气体从高压区域流向低压区域,形成了一个气体薄膜。

这个气体薄膜的厚度决定了轴承与轴之间的间隙,从而决定了轴承的支撑和润滑效果。

3. 气体供给系统为了维持轴承工作的稳定性和可靠性,空气轴承通常需要配备一个气体供给系统。

气体供给系统通过控制气体的流量和压力,维持轴承薄膜的稳定性。

常见的气体供给系统包括气源、气体过滤器、气体调压阀等。

4. 工作过程空气轴承的工作过程可以分为启动阶段和稳定运行阶段。

(1)启动阶段:当轴承刚开始旋转时,气体薄膜的厚度较薄,轴承与轴之间的间隙较小。

此时,气体供给系统会提供足够的气体压力,以便形成一个稳定的气体薄膜,从而支撑轴承的旋转。

(2)稳定运行阶段:一旦轴承稳定旋转,气体薄膜的厚度也会相应增加。

此时,气体供给系统会根据轴承的工作条件和负载情况,调整气体的流量和压力,以维持气体薄膜的稳定性。

5. 优点和应用空气轴承具有以下优点:(1)高速旋转:由于轴承与轴之间几乎没有摩擦,因此空气轴承适用于高速旋转的应用,如风力发电机、离心机等。

(2)低摩擦:空气轴承的摩擦系数非常低,能够减少能量损耗和热量产生,提高轴承的效率和寿命。

(3)无需润滑:相比传统的润滑轴承,空气轴承不需要润滑剂,避免了润滑剂对环境的污染和维护的麻烦。

空气轴承的应用领域广泛,包括风力发电、航空航天、精密仪器等。

在风力发电中,空气轴承能够承受高速旋转和大负载,提高发电效率;在航空航天领域,空气轴承能够减轻重量、降低摩擦,提高航空器的性能;在精密仪器中,空气轴承能够提供高精度和高稳定性的支撑和润滑。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种常见的轴承类型,它通过气体的流动来支撑和减少轴承的磨擦。

其工作原理是基于气体的润滑温和体动压效应。

一、气体润滑空气轴承利用气体的润滑特性来减少磨擦。

当轴承运转时,气体被压缩形成气膜,气膜的厚度和压力决定了轴承的稳定性和承载能力。

气膜越厚,磨擦越小,承载能力越大。

二、气体动压效应空气轴承通过气体动压效应来支撑轴承和减少磨擦。

当轴承旋转时,气体在轴承周围形成高速气流,气流的速度和压力使轴承悬浮在气膜上,形成气体动压支撑力。

这种支撑力可以有效地降低轴承的磨擦和磨损。

空气轴承的工作原理可以分为以下几个步骤:1. 气体供应:空气轴承需要外部的气体供应,通常使用压缩空气或者气体泵来提供气源。

气体通过轴承内部的通道进入轴承。

2. 气膜形成:当气体进入轴承后,由于旋转的轴承和静止的轴承座之间的间隙,气体被挤压形成气膜。

气膜的厚度和压力取决于气体供应的压力和轴承间隙的大小。

3. 气膜稳定:一旦气膜形成,气膜会稳定在一个合适的厚度,以支撑轴承并减少磨擦。

气膜的稳定性取决于气体供应的稳定性和轴承的设计。

4. 磨擦减小:由于气膜的存在,轴承与轴之间的接触面减小到接近零,从而大大减少了磨擦。

这使得轴承的运转更加平稳,延长了轴承的使用寿命。

5. 承载能力:气膜的厚度和压力决定了轴承的承载能力。

较厚的气膜可以承受较大的负荷,而较高的气膜压力可以提供更大的支撑力。

空气轴承具有以下优点:1. 无需润滑:由于空气轴承使用气体润滑,无需使用润滑油或者润滑脂,避免了润滑油污染环境和轴承故障的可能性。

2. 低磨擦:空气轴承采用气体润滑温和体动压支撑,磨擦非常小,能够提供高速旋转和平稳运转。

3. 高速运转:由于磨擦小,空气轴承适合于高速旋转的设备,如风力发机电、离心机等。

4. 无噪音:由于气体润滑温和体支撑,空气轴承没有金属与金属之间的接触,因此没有噪音产生。

5. 长寿命:由于磨擦小、无需润滑和无噪音,空气轴承的寿命较长,能够减少维护和更换成本。

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理

空气轴承的工作原理空气轴承是一种利用气体的压力来支撑和旋转轴的轴承,主要包括气体润滑空气轴承和气体静压轴承两种类型。

两种类型的工作原理略有不同。

1.气体润滑空气轴承的工作原理:气体润滑空气轴承是利用气体的润滑性能来减小摩擦和磨损,达到支撑和旋转轴的目的。

其工作原理如下:(1)进气通道:气体通过进气通道进入轴承的中心孔道。

(2)气膜形成:当气体从进气通道进入轴承后,受到轴的旋转和压力的作用,气体可在轴承内形成气膜。

(3)气膜支撑:形成的气膜可提供轴承的支撑力,使轴能自由旋转。

(4)润滑性能:气膜的形成减小了轴与轴承之间的摩擦和磨损,起到了良好的润滑作用。

由于气体润滑空气轴承主要依靠气体的压力来支撑和旋转轴,故其特点如下:(1)无需使用润滑剂,避免了润滑剂的污染问题;(2)能承受高速旋转,具有很好的稳定性;(3)降低了轴与轴承的摩擦和磨损,延长了轴承寿命;(4)因无需使用润滑剂,故适用于高温环境,减小了热膨胀对轴承性能的影响。

2.气体静压轴承的工作原理:气体静压轴承是利用气体的压力来支撑和旋转轴。

其工作原理如下:(1)供气装置:轴承内设置一个供气装置,向轴承提供气体压力。

(2)气膜形成:通过供气装置,气体进入轴承内部,形成气膜。

(3)气膜压力:气膜受到气体的压力作用,形成一定的气体静压,产生支撑力以支撑轴的旋转。

(4)磨擦降低:由于气膜的存在,摩擦系数被大幅降低,从而减小磨损。

气体静压轴承的特点如下:(1)较高的定位精度:气体静压轴承能够提供较高的支撑力,保证了轴的稳定性和定位精度。

(2)较低的摩擦:气体静压轴承能够减小轴承与轴间的摩擦力,从而减小能量损耗和磨损。

(3)适用范围广:气体静压轴承广泛应用于各种高速旋转设备,如风力发电机、离心机、空压机等,适用于对摩擦、磨损和噪音要求较高的场合。

总结:气体轴承(包括气体润滑轴承和气体静压轴承)利用气体的特性来支撑和旋转轴,通过气膜的形成来减小摩擦和磨损。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

Air Bearing BasicsWhat are Air Bearings?Basically, air bearings use a thin film of pressurized air to support a load, the same way the puck on an air hockey table "floats" on air. This type of bearing is called a "fluid film" bearing. Fluid film bearings have no solid-to-solid contact under typical running conditions; instead, a film of lubricating fluid (in our case pressurized air) forms a layer between the solid machine elements and serves to transfer forces from one to the other. To compare this with ball bearings, in ball bearings the balls are in constant contact with and form a solid bridge between the machine elements.Approximate Pressure Profilein an Air BearingThe fluid is able to transfer forces because as the fluid is pushed through the bearing gap it generates a pressure profile across the bearing area. The force the bearing can support is then:Air Bearing Benefits:▪No solid to solid contact- No wear, particles orlubricants▪Zero static friction▪Zero running friction▪High Stiffness▪Self Centering▪Error AveragingForce = Avg. Pressure x AreaThe actual pressure distribution in the bearing varies based on the bearing design and other parameters but a good rule of thumb is to expect 30% efficiency.Force = 0.3 x Supply Pressure x AreaFor flat pads and rectangular bearings this calculation is quite straightforward, but for journal and spherical bearings we use a few other approximations to estimate load capacity.Fluid film bearings offer a number of advantages over mechanical bearings. First, because there is no contact, air bearings do not suffer from wear or heat generation due to friction. They also exhibit no starting or running friction, even under their highest design loading. In addition, the fluid film acts to center and average out small scale errors in the components resulting in motion which can be more accurate than the individual bearing components. Air bearings also offer much higher stiffnessthan rolling element bearings because the air film fully supports the components, as opposed to balls or rollers which have point or line contact and are therefore limited due to Hertzian contact stiffness.Why Use Air?While most people are familiar with oil fluid film bearings - for example the crankshaft journal bearings in car engines - most people have not been exposed to air bearings. Remembering our high school physics class, there are two basic types of fluids - liquids and gasses. In terms of fluid film bearings, the difference between these two is essentially the viscosity - liquids have much higher viscosity than gasses. When applied to a fluid film bearing, this difference has a number of implications.Why we use air (instead of oil):▪Air is clean, contaminant free▪Zero friction - no heatgeneration at high speeds▪Small bearing gap meanshigh accuracy components,high accuracy motion▪Air nitrogen of any othergas can be usedFirst, lower viscosity means that for the same working pressure gas bearings have lower load capacity (liquid fluid film bearings typically support five times the load of gas bearings for the same pad area). Second, because of the extremely low viscosity of gasses, gas film bearings operate with essentially zero static and running friction where liquid fluid film bearings have much higher friction and pumping losses within the bearings, which can cause heat generation. And third, gas bearings require very tight bearing gaps for proper operation (10 µm for gas compared to up to 100 µm for liquid bearing) which translates into extremely high accuracy requirements on the components.What this means for air bearings is that although they have a lower load capacity, gas bearings have essentially zero friction at all speeds and because the tight bearing clearances demand high accuracy components this results in extremely high accuracy motion. Another benefit is the cleanliness of using air as a lubricating fluid as opposed to oil, water, or another fluid. Since compressed air is very common in industrial environments it is probably the most often used gas, however other gasses such as nitrogen can be used where they are available (such as in clean room environments).Hydrostatic vs. Hydrodynamic?The first question is how to generate the pressurized supply of fluid for the bearing. There are two ways to do this - one is using an external pressurized supply (hydrostatic) and the other is to use the relative motion of the machine components to generate the pressure internally (hydrodynamic or "self-generating"). While hydrodynamic bearings are common for oil fluid film bearings, which generate internal pressures quite easily due to the relatively high viscosity of oil, it is much rarer to see this technique used for air bearings because the pressure generated is quite low (although Nelson Air has built bearings of this type for low load, high speed rotary applications such as optical scanners).Hydrodynamic:Relative MotionGenerates PressureHydrostatic:External Pressure SupplyOur typical air bearings are hydrostatic (or in our case aerostatic) and use a compressed air supply to create the fluid film. This supply should be clean and regulated to a constant pressure - simple off the shelf air handling components are more than adequate for most applications to clean, dehumidify, and regulate the supply. Typical operating pressures run as low as 20 psi up to 120 psi depending on the stiffness, load capacity, and air consumption requirements.How does the air get into the bearing?Porous Carbon Flat PadDrilled Nozzles withPocketed Compensation("Setbacks")Jewel Nozzle withPocketed CompensationAfter entering the bearing and being routed though internal passages, the next step is to feed the pressurized air to where it is needed - namely directly into the bearing gap. There are two basic ways to accomplish this, orifices and porous media. For orifices, the air flows through a small hole (typically .004" to .015" dia.) into the bearing area. Porous media bearings use a porous material (typically carbon, bronze, or steel) which the air penetrates through into the bearing area.The relative benefits of each approach are debatable. While orifices typically do not generate as uniform a pressure profile as can be achieved with porous media, there are ways to improve the pressure profile using a technique called "pocketed compensation". Porous media feeding provides more inherent damping than orifices, however proper sizing of the orifices can adjust damping. Orifices can become plugged if a very large particle gets into the air supply (this is extremely rare), where the porous media acts as a filter for the air. However, because of this filtering effect, over time the porous media itself can become clogged (oil vapor in the air is particularly bad) and a clogged porous bearing is much more difficult to clear than a clogged orifice.Orifice fed bearings can be made from one piece of material (particularly when using drilled nozzles) where porous bearings are necessarily made using varying materials and adhesives.At Nelson Air we have used both orifice and porous media feeding. Most of our standard products use pocket compensated orifices, however our LB series of linear bushings use porous bronze. Our typical orifice bearings are made using a special technique we have developed to drill the small orifices directly into the bearing, instead of using pressed in or glued in jewel nozzles. We believe that this technique reduces cost and complexity while increasing long term stability and reliability. However, jeweled nozzles are used when the design precludes drilled nozzles either because of geometry or because especially small orifice sizes (.004" for example) are required.Geometry, Geometry, Geometry!Air Film Averages outLocal VariationsBecause of the very small gaps that are required for air bearings, the single most important factor in their manufacture is absolutely flawless geometry. Any variation in part size, straightness, squareness or out of roundness will result in a closing of the gap and will cause the bearing to lose its frictionless nature as well as degrade accuracy and load capacity. Typical tolerances on our rectangular bearings which run air gaps of ~0.0005" are part deviations less than ±0.0001" overall. This same tolerance applies over the entire length of the bearing, which for some models can be over 60".In addition, the part geometry is what determines the accuracy of the final bearing motion - even though local deviations are averaged out by the air film, the overall accuracy is dictated by how well the parts are made. Because of this, Nelson Air has developed a variety of techniques and equipment which allow us to meet these stringent tolerances with repeatability and relatively low cost.On Accuracy, Precision and RepeatabilityAccuracyPrecisionRepeatabilityTypical Air Bearing Specs:▪Linear Accuracy:10 µin/in, 100 µin/36 in▪Rotary Accuracy:±1 µin TIR▪Roll/Pitch/Yaw:0.25 arcsec/in▪Linear Repeatability:±10 µin▪Rotary Repeatability:1 µin▪Positioning Resolution:to ±1 encoder countTo start this discussion it is best to briefly define what accuracy, precision and repeatability mean.Accuracy is the measure of how closely the motion follows an ideal profile.Precision is the measure of how small the motion increments can be.Repeatability is the measure of how well the motion moves along the same path.Air bearings offer the best of all worlds because they have excellent accuracy, precision and repeatability. They offer high accuracy because the components are manufactured with extremely tight tolerances and because of the air film's averaging effects. Typical linear accuracies are 10 µin/in with maximum deviation of 100 µin/36 in. Rotary runout can be as low ±1 µin. Air bearings also offer extremely good tilt characteristics - 0.25 arcsec/in.Because air bearings exhibit no stiction or running friction, the precision achievable is only limited by the abilities of the motor/controller/encoder. Positioning precision of ±1 encoder count can easily be achieved using linear motors.The repeatability of air bearings far exceeds that of mechanical bearings for the simple reason that they have no contact or wear. Heat generation in mechanical bearings sometimes require "warm up" periods during which there is thermal movement. Also, the mechanical preload on roller bearings can vary with temperature and cause the bearings to operate differently (varying friction for example) and lack repeatability. When working at the highest accuracy levels, these effects can cause mechanical bearings to lose their accuracy from hour to hour, day to day, or month to month. Because the accuracy of our air bearings is built into its solid metal components (made from one type of material for uniform thermal expansion), they can operate for years without any degradation in accuracy. This way, a calibration done one day will "stick". They also can be run at top speed without any need for warm-up time (excluding motor heating effects) and maintain their best accuracy.Preloading Air BearingsMethod 1: Weight used topreload bearingMethod 2: Vacuum PreloadedMethod 3: Magnetic PreloadMethod 4: OpposingAir Bearing PreloadWhile some configurations of air bearings are self-preloading (e.g. journal bearings) others such as flat pads and linear rectangular bearings can benefit from preload. Air bearings can be used without any preload (such as a simple flat pad riding on a granite surface), however, in order to maximize the stiffness of the air bearing and help maintain constant air gap it is typical to preload it using one of four basic methods:▪Weight Preload▪Vacuum Preload▪Magnetic Preload▪Opposing Air Bearing PreloadThe simplest method is weight. Using a weight much heavier than the expected variation in the loading of the bearing preloads the air bearing so it rides at a smaller (and stiffer) air gap and makes it less prone to height variations. This method has the drawback of adding moving mass but can work very will with systems which already have a large amount of mass and low forces (such as parts inspection). Needless to say, this only works for bearings which operate horizontally.The second method is using a vacuum preload. A vacuum is used to apply a preloading force to the air bearing (instead of using a weight). This is accomplished by providing an area of the bearing surface over which a vacuum is applied. Because vacuum is limited to around negative 14 psi (atmospheric pressure) and typical air bearing pressures are 40-80 psi the net effect is still a lifting of the bearing, even when the bearing and vacuum areas are equal. Vacuum preload enhances the stiffness and helps to maintain constant air gap, without adding unnecessary moving mass. The main drawbacks to this method are the need for a larger bearing area to accommodate both pressure and vacuum and the requirement of a vacuum source. This method has been used successfully in many applications, especially for flat pads and planar systems which do not lend themselves to other forms of preload.The third method of preloading is magnetic preload. Magnetic attraction between a magnet on the moving part and a magnetic material on the stationary part of the bearing loads the bearing and adds stiffness. This configuration works well for linear bearings and can be very cost effective because it reduces the tolerances required for the air bearing components (as compared to air bearing preloaded systems). However, because many air bearings are made from nonmagnetic materials, it requires adding other materials to the bearing (such as iron). Another drawback is that at high speeds, the magnet generates eddy currents in the iron which oppose the motion and add a drag force (eliminating the "zero friction" of air bearings). However, in many applications magnetic preload provides an effective method of preloading air bearings.The final method is opposing air bearing preload. This method uses opposing air bearings to preload each other. This method provides twice the stiffness of a single air bearing, although the load capacity is reduced by almost half (the other preload methods also reduce load capacity, based on the amount of force they apply) and is very effective in producing the most accurate and reliable air bearings. Because there are two air bearings working in parallel it also has the effect of averaging any errors on either bearing (centering) and can therefore deliver higher accuracy than any other method. In addition, air bearing preloaded bearings can be operated in any orientation. The majority of Nelson Air's standard bearings use this method because we believe it provides the highest quality, accuracy and versatility. However, this method does require higher accuracy components with more precision surfaces.Various Configurations for Air Bearings:Now that you understand the basics of how air bearings work, here are some of the most common configurations for using them to create motion with a variety of degrees of freedom. If you have any additional questions, please contact us and we would enjoy assisting you.Flat Pad:Planar (XY) and Rotary MotionAir Bushing/Journal Bearing:Linear and Rotary MotionRectangular Air Bearing:Linear Motion OnlyDovetail Air Bearing:Linear Motion OnlyAir Bearing Spindle:Radial Motion Only, High Radial LoadsRotary Air Bearing Table: Radial Motion Only, High Axial LoadsSpherical Air Bearing:3 Rotational Degrees of Freedom。

相关文档
最新文档