静圧気体軸受により支持された超小型・高速スピンドルの開発

开发由静压气体轴承支撑的超紧凑高速主轴

• 批准号: 18860066
• 负责人: 宮武 正明
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18860066/
• 关键词: 超小型スピンドル; 超高速スピンドル; 静圧気体軸受; 浮動ブッシュ; 多孔質軸受

近年,静圧気体軸受の新しい用途として,マイクロマシンや,固体NMR装置に内蔵されている回転試料管の支持軸受など,軸径5mm以下の小型軸受への適用が増えてきている.これらの小型軸受には小型化に加えて様々な性能要求があるが,特に固体NMR装置においては,200万rpm以上の超高速回転が要求されている.そこで,本研究においては,安定限界を飛躍的に向上させるために,軸径5mm以下の超小型の点状給気型静圧気体軸受の高速安定性に関して,実験的に検討を行い,その設計指針を得た.また,この軸受は,加圧気体を軸受中心に等間隔で配置された給気孔から,軸受すきまに給気する構造となっているが,本研究で取り扱うような超小型の静圧気体軸受においては,軸受中央の給気孔から,軸受端までの距離が2mm以下と非常に短いため,圧力勾配が大きくなり,軸受すきま内の気体流速が非常に早くなることが予想される.結果として,気体の慣性力の影響が大きくなり,剥離が発生するなど,軸受すきま内の流れは,従来のレイノルズ方程式とは異なる流れになることが予想される.また,軸受面積において給気孔が占める割合が大きいため,給気孔近傍の圧力分布が,軸受特性全体に与える影響が大きくなると考えられる.以上のことより,本研究では,小型静圧気体軸受の特性を解析するために,軸受すきま内の圧力分布を詳細に測定し,検討する必要があると考えた.そこで,小型点状給気型静圧気体ジャーナル軸受の軸受すきま内圧力分布を測定できる実験装置を作製し,軸受すきまおよび給気孔数などが軸受すきま内圧分布に与える影響に関して検討を行った.

近年来，静态气体轴承的新应用已越来越多地应用于轴直径小于5mm的小轴承，例如微型机械和支撑轴承，用于旋转内置在实心NMR设备中的样品管。除了微型化外，这些小轴承还具有各种性能要求，但尤其是它们需要200万rpm或更多的超高速度旋转。因此，在这项研究中，为了显着提高稳定性极限，我们已经对超紧凑点型静态气体轴承的高速稳定性进行了实验研究，其轴直径小于5mm，并获得了其设计指南。此外，这种轴承具有一个结构，在该结构中，加压气体通过在轴承的中心与轴承间隙相等的间隔排列的空气进气孔喂食。但是，在本研究中处理的超紧凑型静态气体轴承中，从轴承中心到轴承端的空气供应孔的距离为2mm或更小。因为它很短，所以压力梯度将增加，并且轴承间隙内的气流速度将非常快。结果，气体惯性力的影响将很大，并且会发生剥离，并且轴承间隙内的流动将与常规的雷诺方程不同。此外，由于空气供应孔的比例在轴承区域占据，因此人们认为空气供应孔附近的压力分布将对整个轴承特性产生很大的影响。从上面，在这项研究中，为了分析小静态气体轴承的特征，有必要详细测量轴承间隙内的压力分布。因此，制造了一个实验装置，可以在小点形空气供应型静态气体杂志轴承中测量轴承间隙中轴承间隙内的压力分布，以及轴承间隙的影响以及空气供应孔的数量对轴承间隙中压力分布的数量。