CN103423299A - 一种具有沿径向分布搭接式弹性箔片的空气动压轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向弹性箔片空气轴承，更具体的说，它是一种具有类梁结构的沿径向分布波箔的搭接式弹性箔片空气动压轴承。这种新型箔片空气轴承由轴承套、弹性箔片和顶层箔片组成。弹性箔片为瓦片状，每一块箔片都具有轴承径向的波状凸起，且凸起的宽度和高度由小逐渐变大。将弹性箔片在轴承套内表面周向均匀排列，一端固定，另一端自由并抬起一定的高度搭接在相邻的下一块箔片上表面，相邻箔片上的波状凸起相互嵌合，凹槽的底部平面相互接触，使轴承具有高刚度和高阻尼的特性。在设计时通过改变箔片上凸起的形状变化规律，可以方便地改变轴承的刚度和阻尼特性，提高轴承的承载能力和缓和冲击振动的能力。

Description

一种具有沿径向分布搭接式弹性箔片的空气动压轴承

技术领域

本发明涉及一种径向弹性箔片空气轴承，更具体的说，它涉及一种具有类梁结构的沿径向分布波箔的搭接式弹性箔片空气动压轴承。

背景技术

箔片空气轴承是一种自作用弹性支承气体动压轴承。它由轴承套、弹性支承箔片和顶层箔片等构成。与普通转子轴承相比，它具有转速高，精度好，可靠性高，无油润滑，摩擦损耗小，能在高温环境下工作等一系列优点。箔片气体轴承在航空航天和国防军工等领域具有广阔的应用前景，包括新一代战机、高温燃气轮机、巡航导弹、超低温冷却系统。同时，弹性箔片轴承技术也是21世纪分布式能源系统微型燃气轮机核心技术之一。

在箔片空气轴承中，弹性箔片是主要的支承结构，它应该具有一定的刚性和阻尼，使轴承相应的获得一定的承载能力和缓和冲击振动的能力。传统的搭接式弹性箔片空气轴承具有多块瓦片状弹性箔片，一端固定，另一端自由，在圆周方向，每块弹性箔片的自由端搭接在相邻箔片的固定端上并互相接触，且弹性箔片表面光滑无凸起，共同组成轴承的弹性支承结构。一方面，由于支承刚度完全靠单层的弹性箔片提供，导致此类空气轴承的支承刚度较小，承载能力不足。另一方面，相邻弹性箔片的重叠区域在工作时接触面积较小，轴承的阻尼不足，不能很好的缓和振动冲击。较低的支承刚度和阻尼极大的限制了搭接式弹性箔片空气轴承性能的进一步提高。本发明通过改进搭接式弹性箔片空气轴承的结构，采用具有沿圆周方向分布波状凸起的多块瓦片状弹性箔片作为轴承的支承结构，增大了轴承的刚度和阻尼，提高了轴承的总体承载能力和缓和振动冲击的能力。

发明内容

本发明为了寻求能显著改善搭接式弹性箔片空气轴承弹性支承结构刚度和阻尼不足的情况，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增大轴承的刚度和阻尼，进而提高了轴承的承载能力和缓和振动冲击的能力。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：箔片空气轴承的基本组成部分为轴承套、弹性箔片和顶层箔片。弹性箔片为瓦片状，每一块箔片都具有高度沿轴承径向且在轴承圆周方向延伸的波状凸起，且凸起的宽度和高度由小逐渐变大。所有弹性箔片在轴承圆周方向的长度之和大于轴承套内表面的周长，所以各对相邻箔片之间会有重叠区域。将弹性箔片在轴承套内表面周向均匀排列，一端固定，另一端自由并抬起一定的高度搭接在相邻的下一块箔片上表面，使相邻箔片上的波状凸起相互嵌合，凹槽的底部平面相互接触。

本发明提出的技术方案意在通过改变现有搭接式弹性箔片空气轴承弹性支承的结构和安装方法，利用弹性箔片重叠区域两层波状凸起的刚度叠加和两层凹槽底部平面接触的阻尼来提高轴承的总体刚度和阻尼。在轴承工作时，弹性箔片重叠区域的上层箔片承受来自顶层箔片的径向载荷而产生变形，弹性箔片沿轴承轴向延伸，波状凸起高度变小，这为轴承提供了一定的支承刚度。进一步，当轴承载荷继续变大，上层箔片的波状凸起高度继续变小时，重叠区域底层箔片上的波状凸起就会受到压迫而变形，凸起高度变小，这为轴承提供了额外的支承刚度。另一方面，弹性箔片上沿圆周方向波状凸起沿轴承的轴向排列，形成了类似于梁的结构。当轴置于这种类梁结构上时，此结构受到来自于轴的径向载荷，就会产生弯曲变形并沿圆周方向延伸，为轴承提供另一种支承刚度。上述三种刚度相互叠加，使箔片空气轴承的支承刚度大大增加，能显著提高轴承的承载能力。

因为弹性箔片的波状凸起间是底部为平面的凹槽，在相邻箔片间的重叠区域，凹槽平面相互接触。弹性箔片受到载荷变形时接触平面相互摩擦产生了额外的阻尼，使轴承具有缓冲振动冲击的能力。

与现有的箔片气体轴承相比，本发明提出的特殊箔片结构和安装形式可以为轴承提供多层刚度支承和较大的阻尼，在一定程度上解决了搭接式弹性箔片空气轴承刚度和阻尼不足的问题，能够显著提高此类空气轴承的承载能力和缓和振动冲击的能力。

附图说明

图1箔片空气轴承的整体结构示意图

图2弹性箔片的结构示意图

图3弹性箔片主要形状参数示意图

图4弹性箔片在轴承中沿圆周方向的布置形式示意图

图5弹性箔片缺口处末端支撑方法示意图

图6其他零件的结构示意图

图中：1-轴承套，2-弹性箔片，3-顶层箔片，4-末端支撑箔片

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

图1为径向弹性箔片空气动压轴承的整体结构示意图。径向弹性箔片空气轴承由轴承套1、弹性箔片2、顶层箔片3和末端支撑箔片4组成。

其中弹性箔片2的结构如图2所示，图3为其主要形状参数示意图，它是由金属箔片经液压机压制而成，压制后形成沿轴承圆周方向延伸的波状凸起，箔片圆弧的角度为θ，箔片圆弧的圆心在轴承内，波状凸起的高度为a，凸起之间的间距为b。在轴承的圆周方向，弹性箔片2的数目由优化设计确定，一般在6至12片之间，考虑到箔片之间相互重叠，则θ的取值约为40°到70°。

将弹性箔片2一端点焊固定在轴承套内表面上，另一端抬起一定的高度搭接在下一片与之相邻的弹性箔片上，形成相互重叠交错的结构，如图4所示。弹性箔片上凸起的宽度和高度沿箔片的延伸方向（即从自由端向点焊固定端方向）由大逐渐变小，间距由小变大，波状凸起末端的高度约为起始端高度a的三分之一。

在轴承的轴线方向，弹性箔片上的波状凸起相互叠加，共同承受载荷，为轴承提供较高的刚度和阻尼。为了安装顶层箔片3，需要在弹性箔片层处预留出一个缺口，这就造成了轴承套开槽处相邻的弹性箔片末端没有支撑，为了解决这个问题，使用了末端支撑箔片4将缺口处的弹性箔片支撑起来，且末端支撑箔片的另一端固定在轴承套内表面凹槽中，如图5所示。顶层箔片3采用同样的方法加工成圆柱形，采用焊接的方式将顶层箔片的一端焊接在轴承套内表面凹槽的侧面上，另一端自由，如图5所示。

除了以上提出的实例，轴承弹性箔片和顶层箔片可以有不同的固定方法，弹性箔片的波状凸起的结构、形状参数和宽度的变化规律可根据不同情况进行设计。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 (8)

1.一种径向弹性箔片空气轴承，包括轴承套、弹性箔片和顶层箔片，其特征是：、弹性箔片具有圆心在轴承内的圆弧；轴承的弹性箔片上具有沿轴承圆周方向的波状凸起，且多块弹性箔片在轴承的圆周方向均匀分布；弹性箔片上波状凸起的高度和宽度具有沿轴承的圆周方向不断变化的形状。

2.根据权利要求1所述的弹性箔片空气轴承，其特征是：弹性箔片的一端固定在轴承套内表面上，另一端自由并抬起一定的高度搭接在相邻的下一块弹性箔片表面。

3.根据权利要求1或2所述的弹性箔片空气轴承，其特征是：相邻的弹性箔片之间有重叠区域，且在该区域内上下两层弹性箔片上的波状凸起相互嵌合，凹槽的底部平面相互接触。

4.根据权利要求1或2所述的弹性箔片气体轴承，其特征是：轴承套开槽处的弹性箔片靠末端支撑箔片提供端部支撑。

5.根据权利要求1至4之一所述的弹性箔片空气轴承，其特征是：弹性箔片上波状凸起的高度和宽度沿箔片的延伸方向，即从自由端向点焊固定端方向，由大逐渐变小，间距由小变大。

6.根据权利要求5所述的弹性箔片空气轴承，其特征是：波状凸起末端的高度约为起始端高度的三分之一。

7.根据权利要求1至3之一所述的弹性箔片空气轴承，其特征是：弹性箔片在轴承圆周方向的长度之和大于轴承套内表面的周长。

8.根据权利要求1至3之一所述的弹性箔片空气轴承，其特征是：顶层箔片为圆柱形，顶层箔片的一端固定在轴承套内表面凹槽的侧面上，另一端自由。

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