旋转式空气轴承及其制造方法技术

如图所示的一种旋转式空气轴承（Ａ）具有轴（２）和粘接在套筒圆锥面上的低摩擦衬里（６），轴上有一对朝外的圆锥面，这对圆锥面彼此相对，衬里有圆锥面，该圆锥面与轴的圆锥面由小空气隙（ｇ）分隔开。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术一般地涉及轴承，特别是涉及。在某些设备中，转子以非常高的速度旋转而仍然具有相当高的精度。例如，计算机磁盘驱动器上的磁盘高速旋转以便快速存贮和检索信息，但是磁盘也必须真正轴向和径向运转。的确，磁盘的运动必须基本上不存在非重复的振摆和运动误差(摆动)。这样保证磁盘上的磁道精确地保持在同一位置，并且防止读磁盘的磁头刮伤磁盘。光学扫描器的旋转镜面同样高速旋转并具有很高的精度。陀螺中的转子也是同样。一般来说，滚珠轴承适应这类设备的要求。但是随着这类设备的运行速度和精度增高，滚珠轴承满足这些要求的能力下降。用于滚动的典型滚珠轴承包括内座圈、外座圈和位于内外座圈之间的球形滚动元件。当一个座圈相对于另一个座圈转动时，滚珠沿着两个座圈上的滚道滚动。滚动接触使磨擦保持最小。即便如此，滚珠和滚道的几何不精确性可表现为以转速的非整体部分发生的运动，从而不适合于补偿。这不利于这种设备的运转。而且，它们会引起振动，这当然是不利的。加之滚珠轴承需要润滑剂，润滑剂可能会进入一些区域中。在这些区域中，润滑剂将对设备的运转产生不利影响。所谓的空气轴承或气体轴承适合于非常高的速度并具有相当高的精度，而且能克服滚珠轴承的主要缺点。在这个意义上，它十分适合高速设备，如磁盘驱动器和光学扫描器，但空气轴承不受这类设备制造商的欢迎，因为这类轴承的制造要求十分严格的配合公差，并且保持这些配合公差的费用较高。典型的空气轴承包括一个轴和一个套筒，其中一个相对于另一个转动。有时一个小电机被结合到轴和套筒中以实现该转动。轴和套筒具有配合表面，它们在轴承运行期间被一薄层空气所分离。因此，该配合表面相互不接触，并且基本上不存在阻碍转动的磨擦。气膜的空气可以来自外部气源(流体静力学)或来自转动本身(流体动力学)。以后一种原理运转的轴承一般具有槽，以提高与推力有关的相对表面之间的空气间隙的压力。这种轴承被称为动压空气轴承。在一种结构中，动压空气轴承具有与推力有关的相对的圆锥表面，从每端向轴承的中间区逐渐变细。实际上这两个锥面将套筒锁位在轴上，但是这将带来制造问题。在这方面，轴的圆锥形区域通常是分开制造然后装配在套筒里的。因为两个圆锥区不是同心加工而成的，当装配在套筒中时它们的轴可能不是像所必须的那样精确地重合。在运行中这将产生误差。还存在保持圆度及轴和套筒的配合圆锥面之间的一致性的常见问题，更不用说保持50-100微英寸量级上的均匀空气隙。这些要求需要精密的加工和磨削，甚至还需要反映在这种轴承价格上的精研，这使得空气轴承比普通的滚珠轴承昂贵得多。所以大多数高速设备采用常规的滚珠轴承。本专利技术属于具有相对(opposed)圆锥表面的空气轴承，其中一个锥形表面位于沿另一个表面模制的一个部件上，然后与该另一个表面稍稍分开。本专利技术也属于轴承的制造方法，这种方法包括提供内部构件和外部构件，其中之一有圆锥表面，用这些圆锥表面构造并为位于两个构件之间、并粘结到另一构件上的衬里提供相适应的圆锥表面。实际上衬里是由一种被注入内部构件和外部构件之间的流动衬里材料得来的。但是在这种衬里材料被注入之前，从圆锥表面被轴向移动的意义上说，一个构件上的圆锥表面被变形。这种变形可以通过在其弹性限度内压缩一个构件来实现，或者通过在该圆锥表面上施加一个涂层来实现。一旦衬里材料固化，变形就消失，在一个构件的锥形表面和衬里上的相似锥形表面之间留下一个微小的空气隙。具有圆锥表面的构件或沿着它们的圆锥表面的衬里表面具有用于抽吸空气的槽，从而保持空气隙的普遍均匀。本专利技术的要素也在于此后描述的和权利要求中要求保护的零件和配置以及零件的组合。附图的简要描述在构成说明书一部分的附图中同样的数字和字母表示同样的零件。附图说明图1是按照本专利技术构造的并体现本专利技术的空气轴承剖去一部分后的透视图；图2是轴承的轴的正视图；图3是轴承的套筒的剖视图；图4是轴的破裂区域的局部放大正视图；图5是树脂被注入套筒和轴之间构成衬里后的套筒和轴的剖视图；图6是一种改进的空气轴承部分剖去后的透视图；图7是这种改进的轴承的套筒和衬里的纵向剖面图；图8是其锥形表面被涂覆的改进轴承的轴的正视图；图9是这种改进轴承的轴的正视图，该改进轴承的圆锥表面有用感光性树脂和掩膜覆盖的涂层；图10是这种改进轴承的轴的正视图，该改进轴承的感光性树脂已经被显现(developed)，以暴露基础涂层的某些区域，并且对基础涂层的暴露区域施加另一涂层；图11是在树脂被注入套筒和轴之间构成衬里之后，这种改进轴承的套筒和轴的剖视图。相应的附图标记将用于整个附图的若干个图中。实现本专利技术的最佳方式参考附图，一种动压空气轴承A(图1)包括一个固定轴2和一个旋转套筒4，旋转套筒4绕轴2安装，它在轴2上绕X轴旋转，X轴是轴2和套筒4的共有轴。轴2构成轴承A的内部构件，而套筒4是外部构件。套筒4具有与之结合的低摩擦衬里6，衬里6向内朝向轴2，这样在衬里6和轴2之间存在一个小空气隙g。轴承A还可包含一个电机8，给电机8通电时，它将力矩传递给套筒4，使套筒4绕X轴高速转动。转动期间，空气隙g中的空气被压缩并使固定轴2与旋转套筒4和衬里6分开，因此轴承A中基本上不存在摩擦。形成气膜所必需的空气来自旋转本身，换句话说，轴承A作为迫使空气进入空气隙g的泵。空气有很低的粘滞性—毫无疑问小于最薄的油膜—所以套筒4的旋转十分自由。轴承A以相当高的精度运转，相对X轴只有极小的径向和轴向偏移。当然，它的精度超过滚珠轴承所能达到的精度。轴承A携带一个载荷，如磁盘或多面镜。轴2用可淬火钢如440C制成，并且分成两个轴段10和12，它们用螺栓或机制螺钉14牢固地固定在一起(图2)。基本上相同的轴段10和轴段12沿切断线或断裂线16邻接。轴段10和轴段12各有一个朝断裂线逐渐变小的圆锥形表面18，由两个表面18构成的圆锥形包络面沿X轴最好有一个共同的顶点。轴段10和轴段12的圆锥形表面18被一个圆柱形中间表面20分开，圆柱形中间表面20之外在临近轴段10的圆锥形表面18开有一个开槽22。断裂线16位于开槽22内。在轴段10和轴段12的相对端或大端有圆柱形心轴24，它们沿轴向位于圆锥形表面18的端部之外。轴2也有一个通孔26(图2)，它轴向地伸展于两个心轴24之间并且的确开在轴2的两端之外的心轴上。孔26的轴同样与X轴重合，孔26装有用来将两轴段10和12牢固地固定在一起的螺钉14。在断裂线16的圆周上等距离间隔的4个径向孔28伸展于孔26和开槽22之间。孔28有利于断裂线16的形成和两轴段10、12沿断裂线的角向(angularly)对齐。此外，两个心轴24包含有定向装置，如径向穿过心轴端面的切口30。切口30也用于使两轴段10和12相互正确地角向定位。最后，轴2具有开于其圆锥形表面18的螺旋槽32，它相当浅，其深度约为100-300微英寸。螺旋槽32一直伸展到圆锥形表面18大端端部，但是其终点不到小端，所以在螺旋槽32末端与圆柱形中间表面20之间的锥形表面18上有连续的或光滑的截头圆锥面34。当套筒4和衬里6绕轴2旋转时，槽36用作压缩空气隙g中的空气，特别是绕截头圆锥面34区域中的空气。套筒4以两个轴向对准部分36及38(图3)的形式用重量轻的坚固材料如铝制成，两个轴向对准部分36和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利于绕轴线转动的空气轴承，所说的轴承包括：绕轴线的第一构件；同样绕该轴线并具有圆锥面的第二构件，该圆锥面朝向第一构件，第二构件有两个在分离线邻接的轴段，以便当分离时能够插入第一构件的相对两端和从第一构件的相对两端中取出；一个附着在第一构件上并具有圆锥面的衬里，其圆锥面与第二构件的圆锥面普遍一致，但与第二构件的圆锥面稍稍间隔开，以便在第二构件的圆锥面与衬里的圆锥面之间存在一个小空气隙，衬里在流动条件下安置在第一构件上，之后固化。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德A尼普，基思M戈登，杰伊M兰德莱，威廉A哈伯特尔，
申请(专利权)人：迪姆肯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]