CN104653598A - 一种新型可倾瓦径向气体轴承 - Google Patents

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本发明公开了一种新型可倾瓦径向气体轴承，包括：轴承体、弹性瓦面支承结构和顶层箔片，所述弹性瓦面支承结构由金属橡胶块、弹性箔片构成，所述弹性瓦面支承结构设置于轴承体的瓦面上，所述顶层箔片覆盖在金属橡胶块和弹性箔片上，所述轴承体的瓦块与轴承套为一体式结构，所述轴承体瓦块与轴承套通过柔性梁连接，所述瓦块的两端分别设有凹槽。所述弹性箔片设有波形的凸起，且一端预留有矩形的条状箔片，所述弹性箔片设置于轴承体的瓦块中部，留有矩形的条状箔片的一端固定在瓦面上，另一端自由放置，所述金属橡胶块分别设置于瓦块两端的凹槽内。本发明提出的径向气体轴承具有高承载能力，高刚度，高阻尼的特性，同时还具有高稳定性的特点。

Description

一种新型可倾瓦径向气体轴承
技术领域
本发明涉及空气轴承技术领域，具体涉及一种新型可倾瓦径向气体轴承。
背景技术
一体式可倾瓦径向气体轴承是一种自适应半柔性支承气体动压轴承。该轴承中瓦与轴承套是一个整体，瓦与轴承套通过柔性梁连接。与普通转子轴承相比，它具有无油润滑，摩擦损耗小，转速高，能在极端温度环境下工作等一系列优点。与传统刚性气体轴承相比，其稳定性得到了极大的提高。同时与传统可倾瓦气体轴承相比，它的一体式结构消除了瓦与支点的磨损，并且消除了瓦的安装误差，简化了轴承的加工过程。一体式可倾瓦径向气体轴承在飞机空气循环系统，无油空气压缩机，微型燃气轮机，无油涡轮机械等领域具有广阔的应用前景。但是，现有的一体式可倾瓦径向气体轴承因其瓦面是刚性的，限制了其承载能力。
在箔片气体轴承中，弹性箔片是主要的支承结构，且是一种柔性支承结构，具有一定的刚度和阻尼，使得轴承具有一定的承载能力和减弱转子轴承系统振动的能力。但是，箔片气体轴承由于交叉刚度的存在，使得其支撑的转子系统稳定性较差。金属橡胶是将螺旋状的金属丝通过冷冲压工艺压制成特定的形状，它由金属制成同时具有橡胶的弹性，金属橡胶在受到外部激振时内部金属丝之间相互摩擦消耗大量的能量，从而起到减振的效果，因而金属橡胶具有较好的阻尼特性。同时，金属橡胶材料能够在极端温度环境下稳定工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种通过改进空气轴承的弹性支承结构，提高支承结构的阻尼和刚度，减小振动造成的冲击，提高轴承的总体承载能力和运行稳定性的径向弹性空气轴承。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型可倾瓦径向气体轴承，包括：轴承体、弹性瓦面支承结构和顶层箔片，所述弹性瓦面支承结构由金属橡胶块、弹性箔片构成，所述弹性瓦面支承结构设置于轴承体的瓦面上，所述顶层箔片覆盖在金属橡胶块和弹性箔片上。
进一步，所述轴承体的瓦块与轴承套为一体式结构。
进一步，所述轴承体瓦块与轴承套通过柔性梁连接。
进一步，所述瓦块的两端分别设有凹槽。
进一步，所述弹性箔片设有波形的凸起，且一端预留有矩形的条状箔片，所述弹性箔片设置于轴承体的瓦块中部，留有矩形的条状箔片的一端固定在瓦面上，另一端自由放置。
进一步，所述弹性箔片的弧度与瓦块弧度相等，弹性箔片沿轴承体轴向长度与中部轴向长度相等。
进一步，所述金属橡胶块由螺旋状的金属丝压制成弧形，塞入瓦块两端的凹槽中。
进一步，所述顶层箔片压制成形并一端弯折后覆盖在弹性箔片和金属橡胶块的表面上，弯折的一端固定在瓦块的边沿侧面，顶层箔片的轴向长度与轴承体的长度相等。
进一步，所述弹性瓦面支承结构可全部为金属橡胶块或全部为弹性箔片。
本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：本发明提出的径向气体轴承结构，通过引入由弹性箔片和金属橡胶块组成的弹性瓦面支承结构，提高了一体式可倾瓦径向气体轴承的承载能力。利用金属橡胶块作为弹性支承结构的一部分来提高轴承的阻尼。在轴承工作时，弹性箔片和金属橡胶块受到来自顶层箔片的载荷而产生变形，弹性箔片和金属橡胶块共同为轴承提供一定的刚度。由于弹性箔片具有一定的厚度，所以其刚度较大，而金属橡胶的刚度相对较小，通过调节瓦块中部弹性箔片和两端金属橡胶块的刚度，可使轴承气膜压力得以均匀化，从而提高了该弹性支承结构的整体刚度。因此在弹性箔片，金属橡胶块和顶层箔片的共同作用下，本发明提出的径向气体轴承具有高承载能力，高刚度，高阻尼的特性，同时又因本发明是基于一体式可倾瓦径向气体轴承，因此本发明提出的轴承还具有高稳定性的特点。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明爆炸图；
图3为本发明轴承体结构示意图；
图4为本发明轴承体横截面及其局部剖示意图；
图5为本发明弹性箔片及其主要形状参数示意图；
图6为本发明金属橡胶块及其横截面示意图；
图7为本发明顶层箔片及其横截面示意图；
图8为具有全波箔弹性瓦面支承结构的可倾瓦径向气体动压轴承；
图9为具有全金属橡胶弹性瓦面支承结构的可倾瓦径向气体动压轴承。
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。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。
如图1所示，一种新型可倾瓦径向气体轴承，包括：轴承体1、弹性瓦面支承结构和顶层箔片4，所述弹性瓦面支承结构由金属橡胶块2、弹性箔片3构成，所述弹性瓦面支承结构设置于轴承体1的瓦面上，所述顶层箔片4覆盖在金属橡胶块2和弹性箔片3上，所述弹性瓦面支承结构和顶层箔片4一起构成了轴承的弹性瓦面。
如图3所示，轴承体1各瓦块和柔性梁由电火花线切割加工而成，其采用一体式的结构，使得瓦块与支点的磨损以及瓦块的装配误差得以消除。如图4所示，支点厚度δ决定了瓦块的转动刚度，瓦块的弧度θ和轴承长度L决定了轴承承载区域的大小，瓦块中部轴向长度Lf决定了弹性箔片的长度，支点偏置弧度为θp对轴承的性能有很大影响，瓦块个数为n。瓦块两端分别铣出一个凹槽，弧度为θm、轴向长度为Lm的弧状金属橡胶块2将装配在该凹槽内，通过调节该凹槽的深度a，可放入不同厚度的金属橡胶块2，从而获得不同刚度的弹性支承结构。
如图5中下图所示，设置于瓦面中部的弹性箔片3由金属箔片经压力机压制而成，形成均匀的波状突起，压制成形后其一端留有矩形条状区域。如图5中上图所示，压制成型的弹性箔片3经成形热处理后成为的弧形，准备进行装配。弹性箔片3主要的形状参数有箔片厚度b，箔片高度h，箔片节距p，通过调节这三个参数可得到不同刚度的弹性箔片3。如图6中左图所示，将螺旋状的金属丝通过冷冲压工艺压制成的弧形块状金属橡胶，其横截面如图6中右图所示，设置于瓦块两端凹槽的金属橡胶块2外径由凹槽的深度决定，而内径由弹性箔片3的高度决定。通过改变金属橡胶的材料、相对密度、内外径等可以得到不同的刚度和阻尼特性。顶层箔片4由与弹性箔片类似的金属箔片经压力机压制成形后经热处理而成，如图7所示，顶层箔片4作为轴承的承载面，其内径直接决定了轴承的内径，顶层箔片4的厚度c决定了箔片的刚度，一般在0.1mm～0.4mm之间。
将成形的弹性箔片3、金属橡胶块2以及顶层箔片4装配在瓦块上。弹性箔片3设置在瓦面的中部，其轴向长度为Lf，在弹性箔片3一端预留的矩形条状箔片通过点焊将其固定在瓦面上，弹性箔片3的另一端自由。而金属橡胶块2分别塞入瓦块两端预留的凹槽内，弹性箔片3和金属橡胶块2组成了弹性瓦面支承机构，该支承结构为轴承提供一定的刚度和阻尼。由于刚度较大的弹性箔片3设置于瓦块的中部而刚度较小的金属橡胶块布置于轴承的两端，使得轴承气膜压力得以均匀化。顶层箔片4覆盖在弹性箔片3和金属橡胶块2组成的弹性瓦面支承结构上以形成连续的承载区域，顶层箔片4一端弯折的部分通过点焊固定在瓦块的边沿，如图1所示。
除了以上提出的实例，轴承弹性瓦面支承结构可以有其它不同的形式，图8所示的轴承体为弹性瓦面支承结构全部由弹性箔片3构成，图9所示的轴承体为弹性瓦面支承结构全部由金属橡胶块2构成。此外，轴承弹性瓦面支承结构和顶层箔片4可以有不同的安装和固定方式，弹性箔片3和金属橡胶块2的形状可以根据不同具体情况进行设计。以上所举实例仅为本发明的优选实例，但凡依本发明权利要求及本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 (9)

1.一种新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，包括：轴承体(1)、弹性瓦面支承结构和顶层箔片(4)，所述弹性瓦面支承结构由金属橡胶块(2)、弹性箔片(3)构成，所述弹性瓦面支承结构设置于轴承体(1)的瓦面上，所述顶层箔片(4)覆盖在金属橡胶块(2)和弹性箔片(3)上。
2.根据权利要求1所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述轴承体(1)的瓦块与轴承套为一体结构。
3.根据权利要求1或2所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述轴承体(1)瓦块与轴承套通过柔性梁连接。
4.根据权利要求3所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述瓦块的两端分别设有凹槽。
5.根据权利要求4所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述弹性箔片(3)设有波形的凸起，且一端预留有矩形的条状箔片，所述弹性箔片(3)设置于轴承体(1)的瓦块中部，留有矩形的条状箔片的一端固定在瓦面上，另一端自由放置。
6.根据权利要求5所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述弹性箔片(3)的弧度与瓦块弧度相等，弹性箔片(3)沿轴承体(1)轴向长度与中部轴向长度相等。
7.根据权利要求4所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述金属橡胶块(2)由螺旋状的金属丝压制成弧形，塞入瓦块两端的凹槽中。
8.根据权利要求4所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述顶层箔片(4)压制成形并一端弯折后覆盖在弹性箔片(3)和金属橡胶块(2)的表面上，弯折的一端固定在瓦块的边沿侧面，顶层箔片(4)的轴向长度与轴承体(1)的长度相等。
9.根据权利要求1所述的新型可倾瓦径向气体轴承，其特征在于，所述弹性瓦面支承结构全部为金属橡胶块(2)或全部为弹性箔片(3)。
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