本发明涉及空气轴承，特别提供一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承。
背景技术：
1、空气静压轴承是以空气作为润滑剂的滑动轴承，其采用厚度在微米级的加压气膜来支撑运动部件并抵抗外部载荷。与精密滚动轴承相比，空气静压轴承有运动精度高、摩擦小等优点，已成功地应用于各种精密机械中。真空预载气体静压轴承，是通过在轴承表面接入负压形成吸附力对轴承进行预载，在牺牲一定的承载能力下，起到提高轴承刚度的作用。真空预载空气静压轴承的节流方式主要有小孔节流、多孔质节流、狭缝节流和表面节流，目前小孔环面节流承载能力差；而有均压腔的小孔轴承又因死区而稳定性差；多孔质轴承则对材料特性和气源清洁度要求高；对于狭缝轴承而言，由于微米级窄槽制造困难的问题，严重限制了其使用。表面节流气体静压轴承采用均匀布置的细槽代替节流孔产生节流作用，其静特性及稳定性均优于小孔节流。但目前的表面节流孔气静压轴承细槽分布不能很好的将高压气流分布到各个区域，细槽过多会导致死区过大，轴承的稳定性下降。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决现有技术中存在的真空预载轴承承载能力较差与表面节流孔气静压轴承细槽分布不合理的问题，本发明提供了一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承。
2、本发明技术方案如下：
3、为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于：轴承基体表面中心设有负压孔，负压小孔外围带有圆形的真空腔，真空腔外围设有连通大气的环形环境槽，环境槽的以外设有节流孔，节流孔带有圆形均压腔，以均压腔为中心，有模仿荷叶叶脉的延伸方法向外延伸的微槽，微槽尽可能的延伸至轴承表面最大面积，轴承采用均匀布置的微槽代替节流孔产生节流作用，轴承在侧面开设抽气孔和进气孔通过内部流道与负压孔和节流孔连通来进行供气和抽气，在轴承的背面设有环境孔与环境槽相通，球形凹槽用于加载以及安装孔。
4、优选的，所述的轴承基体表面设有节流孔，节流孔直径不宜超过0.3mm，优选的0.2mm，通过进气孔进气，且节流孔带有一个较小的均压腔，均压腔直径不宜超过1mm，优选的0.5mm。
5、优选的，所述的微槽按照荷叶叶脉的延伸方法和延伸规律，将从带有圆形均压腔的节流孔中延伸出的微槽称为初始分路，初始分路数k不小于4，优选的6，且k条初始分路间隔夹角相等，初始分路长度为d，初始分路的终点落在同一个圆上，称其为初始圆，以初始圆为基础的同心圆半径每扩大长度d，则微槽跨越到下一小层，即内径为n·d外径为(n+1)·d的圆环称为第n小层，n≥1，第n小层跨向下一小层的边界称为第n小层的边界，微槽与各小层边界的交点称为分裂点与转向点，各分裂点和转向点间距的弧长相等，大层包含着小层，第n大层包含2n-1个小层，n≥1。
6、优选的，所述的荷叶叶脉的延伸方法，初始分路分别向外分裂延伸出微槽，跨越小层时，微槽在分裂点处进行分裂，经过转向点的微槽自动向下一个转向点继续延伸，跨越大层时各分路上的微槽优先延续上一大层最后分裂的最外侧微槽进行分裂，且各微槽之间不相互交叉。
7、优选的，所述的模仿荷叶叶脉的延伸方法向外延伸的微槽，微槽槽宽与槽深之比为8:1，优选的4:1，不小于1:1，初始分路的微槽的横截面积之和，不大于节流孔的2倍，优选的1.5倍，优选的1倍，优选的初始分路为6，节流孔直径为0.2mm，均压腔直径为0.5mm，微槽槽宽0.2mm，微槽槽深0.05mm。
8、优选的，所述的分裂点与转向点，分裂点是接下来微槽需要进行分裂延伸的点，转向点是接下来微槽需要进行转向延伸的点，以初始圆的圆心为极点，任意一初始分路方向为极轴，与极轴方向相同的分路上的第n大层的第n小层的各转向点之间和与其相邻的分裂点之间的极角相差360°/((2n-1+n)·k)，分裂点极坐标满足：极径为(2n-1+n)·d，极角为x+y+z，确定各分路上的分裂点，按照极角相差360°/((2n-1+n)·k)即可确定转向点的位置。
9、
10、
11、
12、优选的，所述的分裂，是将微槽一分为二，分裂点与轴承圆心的连线是分裂之后的两条微槽的角平分线。
13、优选的，所述的内部流道分为，负压流道和正压流道，两者在不同的高度上，负压流道只需要通过侧面钻一个抽气孔与负压孔相通，正压流道需要钻多个孔使各个节流孔相通，最后仅保留一个孔作为进气孔，其余孔用垫圈与堵头密封。
14、优选的，所述的真空腔，其在轴承的中心，真空腔直径不大轴承直径的1/2，优选的2/5。优选的，所述的环境槽，其与真空腔的外围距离不小于1mm，优选的2mm，环境槽宽度不小于1mm，优选的2mm。
15、与现有技术相比，本发明的优点如下：
16、1、在气膜较厚时其气体流入微槽较少，死区较小，使其具有于小孔轴承相当的稳定性。
17、2、在气膜较小时微槽的均压效果很好，使其具有比相等截面积的传统圆柱均压腔或表面节流轴承有更高的承载能力。
18、3、相比于多孔质轴承，在具有相当的承载能力的同时，轴承的微槽更加便于加工。
19、4、环境槽能够分离正压区域与负压区域，能够保护正压环境不被负压环境破坏，从而提高轴承的刚度、承载能力与稳定性。
1.一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于：轴承基体(1)表面中心设有负压孔(2)，负压孔外围带有圆形的真空腔(3)，真空腔外围设有连通大气的环形环境槽(4)，环境槽的以外设有节流孔(5)，节流孔带有圆形均压腔(6)，以均压腔为中心，有基于数学分形，模仿荷叶叶脉的延伸方法向外延伸的微槽(7)，微槽尽可能的延伸至轴承表面最大面积，轴承采用均匀布置的微槽代替节流孔产生节流作用，轴承在侧面开设抽气孔(8)和进气孔(9)通过内部流道与负压孔和节流孔连通来进行供气和抽气，在轴承的背面设有环境孔(10)与环境槽相通，球形凹槽(11)用于加载以及安装孔(12)用于安装其他部件。
2.如权利要求1所述的一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于，所述的微槽按照荷叶叶脉的延伸方法和延伸规律，将从带有圆形均压腔的节流孔中延伸出的微槽称为初始分路，初始分路数k不小于4，优选的6，且k条初始分路间隔夹角相等，初始分路长度为d，初始分路的终点落在同一个圆上，称其为初始圆，以初始圆为基础的同心圆半径每扩大长度d，则微槽跨越到下一小层，即内径为n·d外径为(n+1)·d的圆环称为第n小层，n≥1，第n小层跨向下一小层的边界称为第n小层的边界，微槽与各小层边界的交点称为分裂点与转向点，各分裂点和转向点间距的弧长相等，大层包含着小层，第n大层包含2n-1个小层，n≥1。
3.如权利要求1所述的一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于，所述的荷叶叶脉的延伸方法，初始分路分别向外分裂延伸出微槽，跨越小层时，微槽在分裂点处进行分裂，经过转向点的微槽自动向下一个转向点继续延伸，跨越大层时各分路上的微槽优先延续上一大层最后分裂的最外侧微槽进行分裂，且各微槽之间不相互交叉。
4.如权利要求1所述的一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于，所述的模仿荷叶叶脉的延伸方法向外延伸的微槽，微槽槽宽与槽深之比为8:1，优选的4:1，不小于1:1，不超过10：1，初始分路的微槽的横截面积之和，不大于节流孔的2倍，优选的1.5倍，优选的1倍。
5.如权利要求2所述的微槽与各小层边界的交点称为分裂点与转向点，其特征在于，所述的分裂点与转向点，分裂点是接下来微槽需要进行分裂延伸的点，转向点是接下来微槽需要进行转向延伸的点，以初始圆的圆心为极点，任意一初始分路方向为极轴，与极轴方向相同的分路上的第n大层的第n小层的各转向点之间和与其相邻的分裂点之间的极角相差360°/((2n-1+n)·k)，分裂点极坐标满足：极径为(2n-1+n)·d，极角为x+y+z。
6.如权利要求3所述的微槽延伸一定长度后微槽进行变向或分裂，其特征在于，所述的分裂，是将微槽一分为二，分裂点与轴承圆心的连线是分裂之后的两条微槽的角平分线。
7.如权利要求1所述的一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于，所述的内部流道分为，负压流道和正压流道，两者在不同的高度上，负压流道只需要通过侧面钻一个抽气孔与负压孔相通，正压流道需要钻多个孔使各个节流孔相通，最后仅保留一个孔作为进气孔，其余孔用垫圈与堵头密封。
8.如权利要求1所述的一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于，所述的真空腔，其在轴承的中心，真空腔直径不大轴承直径的1/2，优选的2/5。
9.如权利要求1所述的一种基于荷叶仿生的表面节流真空预载气体静压轴承，其特征在于，所述的环境槽，其与真空腔的外围距离不小于1mm，优选的2mm，环境槽宽度不小于1mm，优选的2mm，节流孔直径不宜超过0.3mm，优选的0.2mm，通过进气孔进气，且节流孔带有一个较小的均压腔，均压腔直径不宜超过1mm，优选的0.5mm。
