CN103671545B - 径向弹性空气轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向弹性空气轴承，包括轴承套、弹性支承单元、和顶层箔片，所述轴承套、弹性支承单元和顶层箔片依次由外向内同轴设置；所述弹性支承单元包括上连接板、下连接板和弹性元件；所述上连接板位于所述轴承套一侧，所述下连接板位于所述顶层箔片一侧；所述上连接板和下连接板之间具有间距；所述弹性元件弹性连接于所述上连接板和下连接板之间以提供所述弹性支承单元的弹性支承力。使用弹簧作为弹性元件，能提供比较大的刚性支承，通过弥补阻尼不足的方法，还有一定的减振和抗冲击能力。

Description

径向弹性空气轴承

技术领域

本发明涉及一种径向弹性空气轴承，属于轴承技术领域。

背景技术

箔片空气轴承是一种以周围环境中的空气作为其润滑剂并以柔性表面作为支承的一种自作用动压轴承。和传统空气轴承作比较，它采用了弹性支承元件并且它的轴承表面是柔性的，使得该种轴承具有耐振动冲击、高稳定性、启停性能优良以及装配对中要求低的特点，并且具有高转速、高精度、高可靠性、无油润滑、低摩擦损耗和能在高温环境下工作的优点。

箔片空气轴承主要由轴承套、弹性支承结构和顶层箔片组成，弹性支承结构位于轴承套和顶层箔片之间，要求具有一定的刚度和阻尼，为轴承提供一定的承载能力和抗冲击减振能力。

箔片轴承经过几十年的发展，其承载和缓冲能力已经有了很大的提高，但现有的技术方案中箔片轴承只是在前人的基础上对波箔片参数做了简单改变，并未能从轴承结构方面做本质性的改进。因此如何提高弹性支承结构的性能以提高空气轴承的性能成为一个十分重要的问题。

本发明正是为了至少部分地解决上述技术问题而提出的，具体而言，其提供了一种空气轴承或一种空气轴承弹性支承结构，以在一定程度上提高现有箔片轴承的承载能力与缓和冲击振动的能力。

发明内容

基于上述背景技术,本发明的发明目的在于提供了一种空气轴承结构,能提高空气轴承的缓冲抗冲击振动的能力和其总体承载能力。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种径向弹性空气轴承，包括轴承套、弹性支承单元、和顶层箔片，所述轴承套、弹性支承单元和顶层箔片依次由外向内同轴设置；所述弹性支承单元包括所述弹性支承单元包括多个弹性支承组件，所述多个弹性支承组件在所述轴承套和所述顶层箔片之间形成的空间中均匀分布；每一组弹性支承单元包括上连接板、下连接板和弹性元件；所述上连接板位于所述轴承套一侧，所述下连接板位于所述顶层箔片一侧；所述上连接板和下连接板之间具有间距，所述弹性元件弹性连接于所述上连接板和下连接板之间以提供所述弹性支承单元的弹性支承力。

进一步地，所述弹性支承单元的上连接板固定设置于所述轴承套的内表面上，所述下连接板呈自由状态设置于所述顶层箔片一侧。

进一步地，每一组弹性支承子单元的所述上连接板和所述下连接板上均设置有多个贯穿其宽度方向的通孔；所述弹性元件包括弹性丝状元件，所述弹性丝状元件交替穿过所述上连接板和所述下连接板的通孔，从而连接所述上连接板和所述下连接板以形成弹性支承组件。

进一步地，在同一个所述弹性支承组件中，所述上连接板和所述下连接板的通孔位置一致；每个弹性支承组件中的弹性丝状元件包括两段，两段塔形丝状元件的绕制方向相反，两段弹性丝状元件形成的两段弹性元件呈轴对称分布。

进一步地，所述弹性支承组件包括第一组弹性支承组件和第二组弹性支承组件；所述第一组弹性支承组件的两段弹性丝状元件彼此分离，第二组弹性支承组件的两段弹性丝状元件的相邻端连接；所述第一弹性支承组件和第二弹性支承组件在所述轴承套和所述顶层箔片之间形成的空间中交替分布。

进一步地，第一组弹性支承组件的通孔在所述第二组弹性支承组件上的投影位于第二组弹性支承组件的相邻通孔之间；第二组弹性支承组件的通孔在所述第一组弹性支承组件上的投影位于第一组弹性支承组件的相邻通孔之间；第一组弹性支承组件和第二组弹性支承组件的弹性丝状元件交叠重合。

进一步地，所述弹性丝状元件为钢丝绳。

进一步地，在每一个所述弹性支承组件中，上连接板上的通孔在所述下连接板上的投影都在所述下连接板的相邻两通孔之间，下连接板的通孔在所述上连接板上的投影也在所述上连接的相邻两通孔之间；所述弹性元件在所述上连接板和所述下连接板之间绕制后形成螺旋弹簧。

进一步地，相邻的弹性支承组件中的螺旋弹簧交叠重合。

本发明中采用了连接板的连接形式，其功能类似梁式结构，能将径向载荷均匀分布在轴向，提高其承受能力和稳定性。同时上下连接板之间又通过弹性元件相连，改善了空气轴承抗冲击振动能力，从而解决本发明的技术问题。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的箔片气体轴承的整体结构示意图；

图2为本发明第一实施例中两组弹性支承组件交叠重合装配示意图；

图3为本发明第一实施例中第一组弹性支承组件结构示意图；

图4为本发明第一实施例中第一组弹性支承组件结构示意图；

图5为本发明第一实施例中钢丝绳弹性结构总体装配示意图；

图6为本发明第二实施例中弹性支承组件交叠重合装配示意图；

图7为本发明第二实施例中弹簧结构示意图。

图中：1-轴承套；2-上连接板；3-弹性元件；4-下连接板；5-轴承端固定盖；6-顶层箔片；7-固定螺钉。

具体实施方式

下面结合本发明的具体实施方式来对本发明进行进一步的阐述，然而可以理解的是，下述具体实施方式仅仅是本发明的优选技术方案，而不应该理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1所示，所述空气轴承包括轴承套1、弹性支承单元、轴承端固定盖5、顶层箔片6和固定螺钉7，所述弹性支承单元包括上连接板2、弹性元件3、下连接板4。所述轴承套1与所述弹性支承单元、顶层箔片6均为环形，由内到外同心设置。轴承端固定盖5通过所述固定螺钉7与轴承套1连接。设置上述轴承端固定盖5能够将保护轴承内部的弹性支承单元。所述弹性支承单元包括多个弹性支承组件，所述多个弹性支承组件在所述轴承套和所述顶层箔片之间形成的空间中均匀分布，参见图5。

轴承套1上面开有一系列槽，用来固定弹性支承结构的一端，其结构如图1所示。而弹性支承结构的另一端则为自由状态，并直接与顶层箔片6接触。所述顶层箔片6通过焊接固定在轴承1内表面开槽的侧面上。

上连接板2与轴承套1连接，嵌入到轴承套1上沿轴向的槽内由此限定了所述上连接板在圆周方向的运动。同时,轴承端固定盖5限制了所述上连接板2在轴承轴向和径向的运动。下连接接板4一端是自由的。下连接板4与顶层箔片6直接接触，承受来自顶层箔片6的径向载荷。

本发明实施例一的弹性支承单元的结构如图2所示，所述弹性支承单元包括上连接板2、弹性元件3、下连接板4。在本实施例中，弹性元件3通过在连接板上加工小孔、槽或是以其他形式，将钢丝绳固定装嵌在连接板中。

然而弹性元件可以选用任何合适的弹性材料，例如钢丝绳、金属丝网或是金属橡胶，当采用金属丝网或者金属橡胶时则需通过焊接或是以其他形式将金属丝网或是金属橡胶固定在连接板上。

优选地，本实施例中采用钢丝绳弹性元件作为弹性元件。弹性元件3通过穿过在连接板上的孔的方式与上连接板2和下连接板4连接。所述上连接板2和下连接板4为刚性的薄片，每一个上连接板2均具有一个与之对应的下连接板4，所述上连接板2和下连接板4上都开设有贯穿其宽度方向的孔。上连接板2、与之对应的下连接板4和上、下连接板之间的钢丝绳弹性元件构成一组弹性支承子单元，多个所述弹性支承子单元沿着轴承内部的圆周方向均匀排布，从而形成如图1所示的弹性支承单元。

一种优选的实施方式是，所述上连接板2与所述下连接板4的长度相同，这样能够保证钢丝绳弹性元件3能够在上、下连接板之间合理布置。

进一步地，所述连接板可设置为弧形，所述上连接板2的弧度与所述轴承套1的内环表面弧度相配合，所述下连接板4的弧度与所述顶层箔片6的外环弧度相配合。通过这种设置方式能够保证弹性支承单元与所述空气轴承的其它部件有效配合，从而增加稳定性。

所述上连接板2与所述下连接板4之间有距离，所述钢丝绳弹性元件位于所述上连接板和所述下连接板之间，依靠所述钢丝绳弹性元件弯曲而产生的弹力来使得所述弹性支承单元能够提供弹性支承力。

钢丝绳穿设于所述上连接板2和所述下连接板4上开设的孔中，从而实现将所述上连接板2和所述下连接板4相连接。更为优选的，所述上连接板2和所述下连接板4中的通孔的个数均为多个，所述钢丝绳弹性元件通过交替穿过所述上连接板2的通孔以及所述下连接板的通孔，从而实现将所述上连接板和下连接板连接。装嵌在连接板上的钢丝绳，可以采用标准螺旋的方式装嵌，也可以采用其他非标准螺旋绕制方法装嵌。采用上述连接方式来设置钢丝绳由于不需要其他的固定装置或工艺，仅仅是交替绕制即能够显现固定，因此加工简单，而且绕制可采用一根钢丝绳弹性元件来完成保证弹性支承元件的弹力均匀。是本发明区别于公知常识的另一个突出的实质性特点。

如图3、4所示，在本实施例中，每一组弹性支承子单元内的上连接板2和下连接板4上开设的所述孔的位置对准，即，上连接板2的所述孔在所述下连接板4上的投影与所述下连接板上的通孔位置重合。所述钢丝绳元件从上连接板上的通孔穿过，然后穿过对应的下连接板4上的通孔，然后向上穿过前方的上连接板的通孔，依次类推逐孔地穿设。当然，所述钢丝绳以所述下连接板上的通孔作为起点来穿设也是可行的。所述钢丝绳在上连接板2和下连接板4之间的形状可以是圆弧形或者是向远离所述连接板方向突出的其他曲线形，这种形状能够提供适合的弹性力。

此外，为了防止所述弹性支承单元受力不均而向一端偏离的情况出现，如图3、4所示，所述弹性钢丝绳单元的缠绕方式以所述上连接板2或下连接板4的中垂线为对称轴呈对称状。其中，图3示出了第一组弹性支承子单元的缠绕方法，其中上连接板2和下连接板4的穿孔位置相同，其中垂线的左右两侧分别采用一段弹性钢丝绳绕制而成，两段弹性钢丝绳之间相互独立，并不连接。图4示出了第二组弹性支承子单元的缠绕方法，其中上连接板和下连接板的穿孔位置也相同，其中垂线的左右两侧也分别采用一段弹性钢丝绳绕制而成，但是两段钢丝绳在对称轴上相连接。

使用上述对称的绕制方法，可以使轴向的作用力得到一定的抵消。并且采用连接板，其功能类似梁式结构，可使径向的压力沿轴向均匀分布，可以提高轴承的总体承载能力和运行的稳定性。

将图3和图4的弹性支承子单元组合后形成如图2所示的组合单元，如图2所示，该组合单元中的第一组弹性支承子单元的钢丝绳弹性元件和第二组弹性支承子单元的钢丝绳弹性元件部分交错地设置，实现相邻钢丝绳之间的交叠重合，相邻钢丝绳元件之间相互叠合后由于相邻钢丝绳之间摩擦的存在，从而提供了额外的阻尼。实现上述交错地设置的优选方式是，第一组弹性支承子单元上的通孔在第二组弹性支承子单元上的投影位于所述第二弹性支承子单元的相邻通孔之间，如图2所示，这样在组装第一弹性支承子单元和第二弹性支承子单元时自然就会形成交错叠合的状态。讲所述多个第一组弹性支承子单元和第二弹性支承子单元交替布置，即形成如图5所示的结构。

本实施例中，以钢丝绳作为弹性支承元件，由一根不锈钢钢丝绳通过预定方法绕制穿绕在上下两块连接板之间，通过钢丝绳的弯曲变形和股绳内的摩擦来为轴承提供刚度和阻尼。这种技术方案具有优良的抗冲击和隔振性能。通过钢丝绳之间的摩擦和变形产生非线性阻尼，能够大幅度吸收振动能量，提高系统稳定性。由于钢丝绳具有刚度特性渐软、变形可大可小，可承受拉、压、剪等多种类型的受力的特点；使得本技术方案中的弹性支承元件兼顾了支承、隔振、缓冲的功能；抑制了常见金属弹性元件的高频波动效应。

实施例二

本实施例中的其它结构与实施例一相同，不同之处在于，本实施例中的每一组弹性支承子单元内的上连接板通孔和下连接板通孔之间交替布置。即每一组弹性支承单元内，上连接板上的通孔在下连接板上的投影都位于所述下连接板的相邻两通孔之间，每一个下连接板的通孔在所述上连接板上的投影也在所述上连接的相邻两通孔之间，采用这种通孔设置方式后再使用弹性元件交替穿过所述上连接板的通孔以及下连接板的通孔绕制成螺旋弹簧，如图7所示。

这样，所有的弹性支承子单元都采用同样的绕制方向或是采用相反的绕制方向，都能够实现如图6所示的相邻弹簧之间的交叠重合，相邻弹簧之间交叠重合后由于相邻弹簧之间摩擦的存在，而提供了额外的阻尼。

当然，本领域技术人员可以理解的是，本实施例也可以参照第一实施例，在一组弹性支承子单元中螺旋弹簧在所述上连接板和下连接板的中垂线两侧的绕制方向相反，并以所述中垂线为轴呈轴对称的形式。这样也能够使得其在轴向的作用力能得到一定的抵消。

本实施例是以螺旋弹簧作为弹性支承件，螺旋弹簧是最简单的弹性元件，可以提供一定的刚度和阻尼。尤其是金属弹簧能应用在各种环境和温度下，力学性能比较稳定，承载能力大，可靠性能好，寿命长，可以应用在精密场合。

但是单纯采用弹簧的不足是，弹簧大部分是线性阻尼，阻尼较小。本实施例中非必要但更为优选地，为了保留弹簧的刚度，弥补弹簧阻尼的不足，可以采用组合式的方法，比如，将弹簧和橡胶结合使用。

本实施例中，优选地让相邻两个弹性支承结构的弹簧之间适当产生交叠和重合，弹簧两两错开重合在一起，当受力变形时，相邻两条弹簧的簧线发生弯曲而互相摩擦和挤压，以此来提供额外的阻尼。

使用弹簧作为弹性元件，能提供比较大的刚性支承，通过弥补阻尼不足的方法，还有一定的减振和抗冲击能力。必要时，也可以采用第一种方案中的方法，将螺旋弹簧绕制成两端对称的形式，使得其在轴向的作用力能得到一定的抵消。采用了连接板的连接形式，其功能类似梁式结构，能将径向载荷均匀分布在轴向，提高其承受能力和稳定性。

然而，以上所举实例仅为本发明优选实例，凡依据本发明权利要求及发明说明书内容所作简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖范围。

Claims (9)

1.一种径向弹性空气轴承，

包括轴承套、弹性支承单元、和顶层箔片，所述轴承套、弹性支承单元和顶层箔片依次由外向内同轴设置；

其特征在于：

所述弹性支承单元包括多个弹性支承组件，所述多个弹性支承组件在所述轴承套和所述顶层箔片之间形成的空间中均匀分布；

每一组弹性支承单元包括上连接板、下连接板和弹性元件；所述上连接板位于所述轴承套一侧，所述下连接板位于所述顶层箔片一侧；所述上连接板和下连接板之间具有间距，所述弹性元件弹性连接于所述上连接板和下连接板之间以提供所述弹性支承单元的弹性支承力。

2.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，

所述弹性支承单元的上连接板固定设置于所述轴承套的内表面上，所述下连接板呈自由状态设置于所述顶层箔片一侧。

3.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，

每一组弹性支承子单元的所述上连接板和所述下连接板上均设置有多个贯穿其宽度方向的通孔；

所述弹性元件包括弹性丝状元件，所述弹性丝状元件交替穿过所述上连接板和所述下连接板的通孔，从而连接所述上连接板和所述下连接板以形成弹性支承组件。

4.根据权利要求2或3所述的轴承，其特征在于，

在同一个所述弹性支承组件中，所述上连接板和所述下连接板的通孔位置一致；每个弹性支承组件中的弹性丝状元件包括两段，两段弹性丝状元件的绕制方向相反，两段弹性丝状元件形成的两段弹性元件呈轴对称分布。

5.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，

所述弹性支承组件包括第一组弹性支承组件和第二组弹性支承组件；

所述第一组弹性支承组件的两段弹性丝状元件彼此分离，第二组弹性支承组件的两段弹性丝状元件的相邻端连接；

所述第一组弹性支承组件和第二组弹性支承组件在所述轴承套和所述顶层箔片之间形成的空间中交替分布。

6.根据权利要求5所述的轴承，其特征在于，第一组弹性支承组件的通孔在所述第二组弹性支承组件上的投影位于第二组弹性支承组件的相邻通孔之间；第二组弹性支承组件的通孔在所述第一组弹性支承组件上的投影位于第一组弹性支承组件的相邻通孔之间；

第一组弹性支承组件和第二组弹性支承组件的弹性丝状元件交叠重合。

7.根据权利要求2所述的轴承，其特征在于，所述弹性丝状元件为钢丝绳。

8.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，

在每一个所述弹性支承组件中，上连接板上的通孔在所述下连接板上的投影都在所述下连接板的相邻两通孔之间，下连接板的通孔在所述上连接板上的投影也在所述上连接的相邻两通孔之间；

所述弹性元件在所述上连接板和所述下连接板之间绕制后形成螺旋弹簧。

9.根据权利要求8所述的轴承，其特征在于，相邻的弹性支承组件中的螺旋弹簧交叠重合。