CN102954102A - 内装金属颗粒的高阻尼箔片动压气体轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内装耐高温金属颗粒的高阻尼箔片动压气体轴承，基本结构为套箔、弹性箔片轴承基体，其特征在于，在箔片之间或者箔片自身的空隙内装入耐高温金属颗粒并将其密封起来，轴承工作时金属颗粒发生摩擦，吸收振动冲击的能量，从而使轴承阻尼增加。与现有箔片气体轴承结构相比，本发明充分利用箔片内部的空隙，采用装入金属颗粒的方法提高轴承的阻尼，在一定程度上解决了气体轴承高速运转时容易失稳的问题，提高了气体轴承的可靠性。

Description

内装金属颗粒的高阻尼箔片动压气体轴承

技术领域

本发明涉及一种气体轴承，特别是一种箔片空隙内装有金属颗粒的高阻尼箔片动压气体轴承。

背景技术

气体轴承具有速度高、精密度高、耐高温、摩擦损耗小、寿命长等优点，经过最近几十年的迅速发展，气体轴承已经在高速支承、高精密支承等领域取得了广泛应用。目前气体轴承已经发展出多种类型，主要分为动压型和静压型。动压型中又有箔片式、人字槽式和侧倾瓦式等多种结构。其中箔片气体轴承凭借其优异性能得到了广泛的关注和研究。在箔片气体轴承中，箔片是主要的支承结构，它应该具有一定的刚度和阻尼，使轴承相应获得一定的承载能力和缓和冲击振动的能力。现有的箔片轴承已经具有一定的刚度值，其承载能力较最初的结构已经提高了三到四倍。然而轴承的阻尼值却没有大的提高，这导致轴承的临界转速较低，在高速运转时容易失稳甚至卡死。为了提高气体轴承的可靠性，本发明在箔片轴承的基础上提出了一种提高气体轴承阻尼的新方法。

发明内容

本发明为了寻求能够显著提高气体轴承阻尼和气体轴承可靠性的方法，提供了一种新型箔片轴承结构。此种结构可以在一定程度上解决箔片动压气体轴承阻尼较低、容易失稳的问题。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：箔片气体轴承的基本组成部分为套箔、弹性箔片和轴承基体，套箔和弹性箔片在一端固定在一起并且同时固定在轴承套上。箔片内部存在空隙，在这些空隙内填入金属颗粒并将其密封起来。

本发明提出的技术方案意在箔片空隙内填入金属颗粒并且将其密封起来，利用增加轴承内部摩擦面积的方法增加轴承阻尼。在轴承工作时，除了箔片之间以 及箔片与轴承基体之间的摩擦，箔片和金属颗粒之间以及金属颗粒之间也会产生摩擦，这样就大大增加了轴承内部的摩擦面积，增强了轴承吸收冲击振动能量的能力，从而使轴承阻尼增大，达到提高气体轴承可靠性的目的。除此之外，密集的金属颗粒自身具有一定的刚度，这就在增加轴承阻尼的同时增加了轴承刚度，提高了轴承的综合性能。

这种方案适用于箔片动压径向气体轴承。在径向气体轴承中，套箔为双层柱状壳体结构，弹性箔片为波浪形箔片并位于套箔壳体内部，它们在一端固定在一起。金属颗粒填充在套箔壳体内部的空隙内，在轴承两侧用挡板把金属颗粒密封起来。轴承一侧的密封挡板为圆环形，其内边缘与套箔内层相接，外边缘用螺钉固定在轴承套上，覆盖在箔片开口的部分外凸，凸起恰好完全挡在箔片开口外侧。轴承另一侧的密封挡板也为圆环形，其内边缘与套箔内层相接，但外边缘与套箔外层相接，挡板整体外凸，凸起恰好完全挡在箔片开口外侧。

这种方案也适用于箔片动压止推气体轴承。止推气体轴承内的箔片呈几片扇形，它们均匀分布在轴承基体边缘。各块箔片的结构与径向气体轴承的箔片结构相似。套箔为一扁平状扇形壳体结构，弹性箔片为一层波浪形箔片并装在套箔壳体内部。金属颗粒填充在套箔壳体内腔中，在轴承内、外侧用两块挡板把金属颗粒密封起来。轴承内、外侧的两片密封挡板为贴在轴承内孔壁和外壁的柱形挡板，挡板一侧与套箔顶层相接，另一侧用螺钉固定在轴承基体上，其覆盖在箔片开口的部分外凸，凸起恰好完全挡在箔片开口外侧。

与现有气体轴承结构相比，本发明提出的轴承结构可以将轴承的阻尼值提高10%~30%，刚度也有所提高。它在一定程度上解决了气体轴承可靠性差的问题。

附图说明

图1为箔片动压径向气体轴承装配示意图。

图2为箔片动压径向气体轴承主要零件示意图。

图3为箔片动压止推气体轴承装配示意图。

图4为箔片动压止推气体轴承重要零件示意图。

图1-图4中：1-轴承套；2-左侧密封挡板；3-套箔；4-弹性箔片；5-金属颗粒；6-右侧密封挡板；7-扇形套箔；8-内挡板；9-外挡板；10-轴承基体；11-扇形弹性箔片。

具体实施方式

以下结合附图及实例对本发明作进一步的详细描述。

图1所示为箔片动压径向气体轴承示意图。在径向轴承中，套箔由一块箔片对折后卷曲而成，形成柱形壳体结构，其开口端为固定端，对折处为自由端，对折处呈圆角过渡，沿周向一端的开口与弹性箔片连接，另一端密封，其形状如图2中b所示；弹性箔片为波浪形，波峰和波谷间距恰好等于套箔壳体内间隙厚度，其固定端有一较短的平箔片用来和套箔连接，其形状如图2中a所示。弹性箔片恰好能够装在套箔的壳体内腔中，它们在套箔的开口端一起焊接在轴承套上。套箔在轴承两侧的缝隙通过两块挡板密封。因为两侧缝隙为环形，挡板也为环形，但是为了保证装配的可行性，两块挡板的结构并不形同。一侧挡板的截面形状为半圆环形，如图2中d所示，它的内、外边缘分别与套箔的内、外层焊接在一起；另一侧挡板外边缘通过螺钉直接固定在轴承套上，内边缘起密封作用的部分截面形状也为半圆环形，内、外边缘也分别与套箔的内、外层焊接在一起，其形状如图2中c所示。挡板的截面形状为半圆环形是为了保证轴承在工作时箔片能够沿径向自由变形。箔片周向边缘外侧不能由挡板密封，可以把能够沿径向变形的挡片焊接在箔片上进行密封。这样就在箔片内部形成一个密封腔体，在腔体内部根据需要填充金属颗粒，就能获得所需的阻尼性能。

图3所示为箔片动压止推气体轴承示意图。在止推轴承中，套箔和弹性箔片的结构与径向轴承中的箔片结构相似。套箔由一块扇形箔片对折而成，形成扁平状扇形壳体结构，其开口端为固定端，对折处为自由端，开口端外侧箔片与内测箔片有一定角度从而形成楔形，对折处呈圆角过渡。弹性箔片亦为波浪形，波峰和波谷间距恰好等于套箔壳体内间隙厚度，其固定端有一较短的平箔片以便和套箔连接。与径向轴承中箔片结构的不同之处在于套箔为一扁平状扇形壳体结构且在箔片一侧存在一个坡度，弹性箔片为波浪形箔片但是被切成扇形，如图4中a和b所示。本例中轴承中共有5块套箔和5块弹性箔片，弹性箔片装在套箔内腔中，它们均匀分布在轴承基体边缘。在轴承内、外侧也有密封挡片，这两块挡片的结构基本相同，如图4中c和d所示，它们都是柱形挡板，分别贴在轴承内孔壁和外壁。挡板一侧与套箔顶层相接，另一侧用螺钉固定在轴承基体上，其覆盖在箔片开口的部分外凸，凸起恰好完全挡在箔片开口外侧，凸起的两边缘分别与套箔的上、下两层箔片焊接在一起形成密封。凸起的作用是为了保证轴承在工作时箔片能够沿轴向自由变形。跟径向轴承一样，箔片周向边缘外侧不能由挡板密封，可以把能够沿轴向变形的挡片焊接在箔片上进行密封。这样就在箔片内部形成一个密封腔体，在腔体内部根据需要填充金属颗粒，就能获得所需的阻尼性能。

另外，根据气膜内部压力的分布情况，填充的金属颗粒的密度也可以不同气膜压力大的位置，金属颗粒密度可以适当增大，反之可以适当减小。金属颗粒的密度可以通过混装不同直径的金属颗粒进行调节。由于轴承工作时主要由下部箔片承载，所以可以只在下半部分箔片内的缝隙内填充金属颗粒。

这两个实例中所用金属颗粒都是直径在0.01-1mm之间的球形颗粒，并且采用耐高温金属材料。金属颗粒的直径越小，其增加阻尼的效果越好，但是如果金属颗粒过小会使轴承刚度过大，因此应该根据具体情况选用恰当规格的金属颗粒。

除了以上提出的实例，金属颗粒填入轴承内部的位置以及密封方法会随着 箔片结构的不同有所变化。例如当弹性箔片为鼓泡箔片时，鼓泡内部可以填充金属颗粒，然后仅对鼓泡进行密封就可以达到增大轴承阻尼的效果。以上所举实例仅为本发明的优选实例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。

Claims (10)

1.一种箔片动压气体轴承，基本组成部分为套箔、弹性箔片和轴承基体，其特征在于：套箔和弹性箔片之间，弹性箔片和轴承套之间具有空隙，在空隙内密封装入金属颗粒。

2.根据权利要求1所述的箔片动压气体轴承，其特征在于：轴承为径向轴承，由套箔、弹性箔片和轴承套组成，套箔为双层壳体结构，弹性箔片位于套箔双层箔片之间的空隙内，二者在一端固定在一起，在套箔形成的壳体空隙内部填入金属颗粒，箔片在轴承两侧的开口通过挡板密封。

3.根据权利要求1所述的箔片动压气体轴承，其特征在于：轴承为推力轴承，由套箔、弹性箔片和轴承基体组成，套箔为双层壳体结构，弹性箔片位于套箔双层箔片之间的空隙内，二者均为扇形且在一端固定在一起，在套箔形成的壳体空隙内部填入金属颗粒，箔片在轴承内外侧的开口通过挡板密封，这样的若干块箔片结构沿周向均匀分布在轴承基体边缘。

4.根据权利要求1所述的箔片动压气体轴承，其特征在于：在箔片空隙内填充金属颗粒，金属颗粒为球形颗粒，采用耐高温金属材料，其直径在0.01-1mm之间。

5.根据权利要求2所述的箔片动压径向气体轴承，其特征在于：套箔由一块箔片对折后卷曲而成，形成柱形壳体结构，其开口端为固定端，对折处为自由端，对折处呈圆角过渡。

6.根据权利要求3所述的箔片动压止推气体轴承，其特征在于：套箔由一块扇形箔片对折而成，形成扁平状扇形壳体结构，其开口端为固定端，对折处为自由端，开口端外侧箔片与内测箔片有一定角度从而形成楔形，对折处呈圆角过渡。

7.根据权利要求2或3所述的箔片动压气体轴承，其特征在于：弹性箔片为波浪形，波峰和波谷间距恰好等于套箔壳体内间隙厚度，其固定端有一较短的平箔片。

8.根据权利要求2所述的箔片动压径向气体轴承，其特征在于：轴承一侧的密封挡板为圆环形，其内边缘与套箔内层相接，外边缘用螺钉固定在轴承套上，覆盖在箔片开口的部分外凸，凸起的径向尺寸与箔片高度相同，恰好完全挡在箔片开口外侧。

9.根据权利要求2所述的箔片动压径向气体轴承，其特征在于：轴承另一侧的密封挡板为圆环形，其内边缘与套箔内层相接，外边缘与套箔外层相接，挡板整体外凸，恰好完全挡在箔片开口外侧。

10.根据权利要求3所述的箔片动压止推气体轴承，其特征在于：轴承内、外侧的两片密封挡板为贴在轴承内孔壁和外壁的柱形挡板，挡板一侧与套箔顶层相接，另一侧用螺钉固定在轴承基体上，其覆盖在箔片开口的部分外凸，凸起部分恰好完全挡在箔片开口外侧。

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