6-7 聊聊空氣軸承

軸承，相信大家都不會陌生，它是當代機械裝置中的重要零部件。在早期的直線運動軸承形式，就是在一排撬板下放置一排木杆。現代直線運動軸承使用的是同一種工作原理，只不過有時用球代替滾子。最簡單的旋轉軸承是軸套軸承，它只是一個夾在車輪和輪軸之間的襯套。這種設計隨後被滾動軸承替代，就是用很多圓柱形的滾子替代原先的襯套，每個滾動體就像一個單獨的車輪。

在1854年，法國人G。A伊恩當時提出用氣體做潤滑劑的想法，終於在1896年，第一個空氣軸承問世了。那今天就給大家介紹一下空氣軸承。

什麼是空氣軸承？

軸承，相信大家都不會陌生，我們常用的滾動軸承應該是最熟悉的，它是當代機械裝置中的重要零部件。那什麼是空氣軸承呢？

空氣軸承（gas bearing）：用氣體作潤滑劑的滑動軸承。最常用的氣體潤滑劑為空氣，根據需要也可用氮、氬、氫、氦或二氧化碳等。在氣體壓縮機、膨脹機和迴圈器中，常以工作介質作為潤滑劑。

空氣軸承是指藉助於軸承滑動副表面之間形成的壓力空氣膜將負荷支承起來的軸承，工作時滑動副表面之間完全由氣膜分開。空氣軸承屬於滑動軸承中之流體滑動軸承，工作時為流體潤滑，其潤滑介質為空氣。

根據壓力空氣膜形成機理，空氣軸承主要分為兩類：空氣動壓軸承和空氣靜壓軸承。

空氣動壓軸承的壓力空氣膜是透過滑動副的相互運動將空氣帶入滑動副表面之間收斂性的區域而形成的，氣膜大致為楔形，見圖1。由於空氣動壓軸承不需要外部氣源，因此也稱為“自作用軸承”。

空氣靜壓軸承的壓力空氣膜是由外部的壓縮空氣透過節流器匯入滑動副表面之間形成，見圖2。空氣靜壓軸承需要潔淨的外部氣源。

圖1 空氣動壓軸承工作原理

圖2 空氣靜壓軸承工作原理

空氣軸承特點

① 摩阻極低

由於氣體粘度比液體低得多，在室溫下空氣粘度僅為10號機械油的五千分之一，而軸承的摩阻與粘度成正比，所以氣體軸承的摩阻比液體潤滑軸承低。

② 適用速度範圍大

氣體軸承的摩阻低，溫升低，在轉速高達5萬轉/分時，其溫升不超過20～30℃，轉速甚至有高達130萬轉/分的。氣體靜壓軸承還能用於極低的速度，甚至零速。

③ 適用溫度範圍廣

氣體能在極大的溫度範圍內保持氣態，其粘度受溫度影響很小（溫度升高時粘度還稍有增加，如溫度從20℃升至100℃，空氣粘度增加23%），因此，氣體軸承的適用溫度範圍可達-265℃到1650℃。

④ 承載能力低

動壓軸承的承載能力與粘度成正比，氣體動壓軸承的承載能力只有相同尺寸液體動壓軸承的千分之幾。由於氣體的可壓縮性，氣體動壓軸承的承載能力有極限值，一般單位投影面積上的載荷只能加到0。36兆帕。

⑤ 加工精度要求高

為提高氣體軸承的承載能力和氣膜剛度，通常採用比液體潤滑軸承小的軸承間隙（小於0。015毫米），需要相應地提高零件精度。

空氣軸承的應用

空氣軸承是利用空氣彈性勢能來起支承作用的一種新型軸承。唯一使用的潤滑劑是空氣；因此，對於必須要求無汙染的工件、或者工作環境來說，空氣軸承技術是理想的。

在空氣軸承中，滾珠由氣墊代替。空氣軸承最為人熟知的應用之一或許是氣墊船。

巨大的風扇在氣墊船下方吹動空氣，透過彈性橡膠 “裙邊” 阻止空氣的逸出。氣墊船下方所產生的高氣壓能夠支撐船體重量，因而使其漂浮在氣墊上。

50年代以來，氣體軸承的應用越來越廣泛，並且受到廣泛和深入的研究。目前氣體軸承可用於紡織機械、電纜機械、儀表機床、陀螺儀、高速離心分離機、牙鑽、低溫運轉的製冷機、氫膨脹機和高溫運轉的氣體迴圈器等。

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