气体润滑轴承

气体作润滑剂的滑动轴承

气体润滑轴承用气体作润滑剂的滑动轴承。最常用的气体润滑剂为空气，根据需要也可用氮、氩、氢、氦或二氧化碳等。气体润滑轴承形成承载气膜的机理与液体润滑轴承相同。

产品简介

气体润滑轴承是用气体作为润滑剂的滑动轴承。它利用气体的传输性(扩散性、粘性和热传导性)、吸附性和可压缩性，使之在摩擦副之间，在流体动压效应、静压效应和挤压效应的作用下，形成一层完整气膜，具有支承载荷、减少摩擦的功能。

用气体作润滑剂的滑动轴承。最常用的气体润滑剂为空气，根据需要也可用氮、氩、氢、氦或二氧化碳等。在气体压缩机、膨胀机和循环器中，常以工作介质作为润滑剂。气体轴承可用于纺织机械、电缆机械、仪表机床、陀螺仪、高速离心分离机、牙钻、低温运转的制冷机、氢膨胀机和高温运转的气体循环器等。

产品特点

①摩阻极低：由于气体粘度比液体低得多，在室温下空气粘度仅为10号机械油的五千分之一,而轴承的摩阻与粘度成正比,所以气体轴承的摩阻比液体润滑轴承低。 ②适用速度范围大：气体轴承的摩阻低，温升低，在转速高达5万转/分时,其温升不超过20～30℃，转速甚至有高达130万转/分的。气体静压轴承还能用于极低的速度，甚至零速。

③适用温度范围广：气体能在极大的温度范围内保持气态，其粘度受温度影响很小(温度升高时粘度还稍有增加，如温度从20℃升至100℃,空气粘度增加23%),因此,气体轴承的适用温度范围可达-265℃到1650℃。

④承载能力低：动压轴承的承载能力与粘度成正比，气体动压轴承的承载能力只有相同尺寸液体动压轴承的千分之几。由于气体的可压缩性，气体动压轴承的承载能力有极限值，一般单位投影面积上的载荷只能加到0.36兆帕。

⑤加工精度要求高:为提高气体轴承的承载能力和气膜刚度,通常采用比液体润滑轴承小的轴承间隙(小于0.015毫米)，需要相应地提高零件精度。

类型

气体润滑轴承一般分为气体动压轴承、气体静压轴承和气体挤压轴承3种类型。实际轴承的润滑状态常常以动、静压，动、挤压，静、挤压及动、静、挤压混合润滑状态形式存在。气体润滑轴承形成承载气膜的机理与液体润滑轴承相同，故也分为气体动压轴承和气体静压轴承。按承受载荷的方向不同，又可分为气体径向轴承、气体推力轴承和气体径向推力组合轴承。气体动压轴承是利用气体在楔形空间产生的流体动压力来支承载荷的。常在轴颈或轴瓦的表面做出浅螺纹槽，利用槽的泵汲作用提高承载能力。图1 [气体动压螺旋槽推力轴承]为气体动压螺旋槽推力轴承。气体静压轴承(图2 [气体静压轴承])的供气压力一般不超过0.6兆帕。气体通过供气孔进入气室，然后分数路流经节流器进入轴承和轴颈的间隙，再从两端流出轴承，在间隙内形成支承载荷的静压气膜。气体静压轴承的内孔表面一般不开气腔，以增大气膜刚度，提高稳定性。

特性

优点

(1)速度高

小型氦涡轮膨胀机转速已达650 000r/min，线速度为238m/s，按dn值计算已达到455x106mm·r/min。

(2)精密度高

气膜具有误差匀化作用，其精度比滚动轴承高两个数量级，而且振动小，噪声低。

(3)摩擦损耗小

气体粘度仅为润滑油粘度的千分之一，所以气膜内摩擦引起的摩擦转矩比油膜的低三个数量级。

(4)适用温度范围宽，能抗原子辐射

耐高温可达300—500℃，温度低到10K气体轴承仍能工作。

(5)无污染

润滑气体一般为空气或惰性气体，排放到大气不产生污染。轴承的振动小、噪声低，对环境也不构成污染。

(6)寿命长

气体静压轴承无金属直接接触，理论寿命为无限长。考虑其他条件限制，一般应在104h以上。动压气体轴承启停瞬间存在金属间摩擦，寿命受一定影响，但也在3000h以上。

缺点

(1)承载能力低

气体润滑轴承与同类油润滑轴承比，承载能力约低1～2个数量级。按单位面积承载能力，油润滑轴承一般为(0．5～2)MPa，而气体润滑轴承则只有(0．02～0．04)MPa。

(2)可靠性差

一方面是气体润滑轴承容易失稳，出现常见的气锤振动及涡动不稳定现象。另一方面是气体润滑轴承卡滞、抱轴或咬死现象也时有发生。

(3)需要的制造精度高，造价昂贵

因气膜很薄，一般在几微米到几十微米之间，所以对零件制造精度要求较高，提高了造价。另外，有加工螺旋槽、节流小孔和多孔质材料等特殊工艺要求，增加了制造难度和费用。

(4)要求工作条件苛刻

气体润滑轴承需要高清洁度的工作环境及严格遵守操作规程，以确保轴承正常工作，不发生意外。为此，一定程度地限制了它的广泛应用和商品化。

应用

气体润滑轴承在机床中的应用实例：气体润滑轴承在机床中主要用于主轴支承，包括工件轴、刀具轴、砂轮轴等。机床主轴轴承一般采用气静压轴承和动静压混合轴承两种。小型高速主轴也可采用波箔轴承。气体静压轴承在机床中应用最多，其中以小孔节流和环面节流轴承最为普遍。多孔质气体静压轴承近年来越来越多地被用于机床主动静压混合润滑轴承。浮环动静压气体轴承是近年来新开发的高速气体润滑轴承，用于高速主轴支承很有前景。超高速空气轴承内圆磨头的磨削速度已可实现小孔和微小孔的精密磨削。采用空气轴承使机床的加工精度提高了2—3个数量级，可实现精密镜面加工。

工艺与原理

特殊生产工艺

由于特殊生产工艺的要求，工矿企业的某些关键设备在极为恶劣的工况下运行。由于设备重、环境温度高，粉尘大或空气中含酸性腐蚀气体CO，SO2等，对设备的润滑带来很多问题，摩擦磨损严重，国内上述企业大部分仍沿用传统的油、脂润滑，而事实上这些工矿条件已超出了油、脂润滑的范围，极易发生轴承及其他摩擦副的咬伤或咬死，引起严重的零件磨损和损坏，经常性地导致设备停运。为了生产连续运行，除在原始设计上要求安装多台设备轮修外，还须投入大量维修人员。严重地限制着生产率的提高，备品备件和能源消耗极大，已成为发展生产的重要障碍。汽车制造、水泥生产、石油化工等企业都提出了提供复杂工况条件下特种润滑材料要求。为此，对镶嵌式自润滑复合材料研究，在材料配方和制备工艺上突出自身特色，材料性能已达到了国际先进水平，为企业解决了特殊工况下的润滑问题，并带来了明显的经济和社会效益。但由于多种原因国内更多的企业尚未采用，上述状况依然存在。

关键技术原理

镶嵌式自润滑轴承采用的复合材料是一种新型的抗极压固体润滑材料，由金属底材与嵌入底材的孔或槽中的固体润滑剂膏体构成。在摩擦过程中金属底材承担了绝大部分负荷。经摩擦，孔或槽中的固体润滑剂向摩擦面转移或反转移，在摩擦面上形成润滑良好、牢固附着并均匀覆盖的固体转移膜，大幅度降低了摩擦磨损。随摩擦的进行，嵌入的固体润滑剂不断提供于摩擦面，保证了长期运行时对摩擦副的良好润滑。

水润滑轴承详细参数

一，P117系列止推轴承成本低廉，强度耐磨性一般，适合做各种潜水电泵的上止推轴承。

二，COP系列止推轴成本价较低，适合做小功率低扬程潜水电泵的下止推轴承（止推轴承外径85mm以上，功率11km扬程65m以下）

三，聚四氟乙烯系列止推轴承成本适中，是潜水电泵使用的主流产品，适合做中高扬潜水电泵的下止推轴承。

四，S299高强度止推轴承成本较高，适合做大功率高扬程潜水电泵的下止推轴承。

五，S299B高强止推轴承

六，S299G高耐磨高耐压高科技产品

七，M120H系列石墨烧结轴承（石墨烧结浸渍环氧树脂）成本较低，适合做18.5KW以下各种潜水电泵的导向轴承。

八，M120B系列石墨烧结轴承（石墨烧结浸渍巴氏合金）成本较高，18.5KW以上各种潜水电泵的导向轴承及各种大功率，高扬程潜水电泵的下止推轴承。

九，M102B（石棉铁）成本较高，适合做18.5KW以上潜水电泵的导向轴承。

总结

气体润滑轴承可用于纺织机械、电缆机械、仪表机床、陀螺仪、高速离心分离机、牙钻、低温运转的制冷机、氢膨胀机和高温运转的气体循环器等。

早在1854年，法国人G.A.伊恩就提出过用气体作润滑剂的设想。1896年第一个空气轴承问世。1913年英国人W.J.哈里森发表气体润滑轴承流体动力学分析的论文。50年代以来，气体轴承的应用逐步扩大，并受到广泛和深入的研究。

气体轴承有以下特点。①摩阻极低：由于气体粘度比液体低得多，在室温下空气粘度仅为10号机械油的五千分之一,而轴承的摩阻与粘度成正比,所以气体轴承的摩阻比液体润滑轴承低。②适用速度范围大：气体轴承的摩阻低，温升低，在转速高达5万转/分时,其温升不超过20～30℃，转速甚至有高达 130万转/分的。气体静压轴承还能用于极低的速度，甚至零速。③适用温度范围广：气体能在极大的温度范围内保持气态，其粘度受温度影响很小（温度升高时粘度还稍有增加，如温度从20℃升至100℃,空气粘度增加23%）,因此,气体轴承的适用温度范围可达-265℃到1650℃。④承载能力低：动压轴承的承载能力与粘度成正比，气体动压轴承的承载能力只有相同尺寸液体动压轴承的千分之几。由于气体的可压缩性，气体动压轴承的承载能力有极限值，一般单位投影面积上的载荷只能加到0.36兆帕。⑤加工精度要求高:为提高气体轴承的承载能力和气膜刚度,通常采用比液体润滑轴承小的轴承间隙(小于 0.015毫米)，需要相应地提高零件精度。

气体润滑轴承形成承载气膜的机理与液体润滑轴承相同，故也分为气体动压轴承和气体静压轴承。按承受载荷的方向不同，又可分为气体径向轴承、气体推力轴承和气体径向推力组合轴承。气体动压轴承是利用气体在楔形空间产生的流体动压力来支承载荷的。常在轴颈或轴瓦的表面做出浅螺纹槽，利用槽的泵唧作用提高承载能力。图1为气体动压螺旋槽推力轴承。气体静压轴承（图2）的供气压力一般不超过 0.6兆帕。气体通过供气孔进入气室，然后分数路流经节流器进入轴承和轴颈的间隙，再从两端流出轴承，在间隙内形成支承载荷的静压气膜。气体静压轴承的内孔表面一般不开气腔，以增大气膜刚度，提高稳定性。

制造气体轴承的材料有工具钢、青铜、钨钴钼合金、粉末冶金多孔材料、陶瓷和工程塑料等。

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