某精密测量仪器用空气轴承的设计及试验验证

郝大庆，李副来，张炜，胡英贝

(洛阳轴研科技股份有限公司 仪器开发部，河南 洛阳 471039)

空气轴承是将外部压缩空气导入空气轴承的间隙中，借助形成的压力气膜支承载荷并减小摩擦实现平稳运转的[1]。用于圆柱形零件精密测量仪旋转主轴的空气轴承是轴颈轴承和止推轴承的联合形式[2-4]，相对于传统的滚动轴承，能够使精密仪器的精度提高2个数量级。空气轴承是该测量仪的关键部件，其精度决定着仪器的精度。下文将叙述该种空气轴承的设计过程，并对轴承的承载力和精度进行试验验证。

1 主要设计指标

轴承转速范围为1～10 r/min；圆度误差为0.025 μm；轴向载荷不小于1 500 N；径向载荷不小于400 N。

2 确定空气轴承的类型

空气轴承的类型可分为动压轴承、挤压膜轴承和静压轴承[5]。

动压轴承是一种完全自成系统的轴承，与外压力源及其他设备无关，在陀螺和核工程中最早获得应用。但因其加工精度高，成本昂贵，承载力低，尚未得到广泛应用。

挤压膜轴承与外部气源无关，压力是在轴承表面之间由方向与轴承表面垂直的振动产生。

静压轴承通称为外部供压空气轴承，气体由气源经节流器进入轴承间隙形成气膜，然后连续地从轴承外边缘排到周围大气中。

综合考虑加工能力、设计经验和成本等各因素，本案确定选用静压轴承。静压轴承的节流形式及其优缺点见表1[1]。

表1 几种静压轴承节流形式对比

由表1可知，小孔节流和环面节流是应用较多的节流形式，参照文献[6]所做的试验与分析，确定该静压轴承采用小孔节流的形式。……