CN105202027B - 一种混合式动压气体止推轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合式动压气体止推轴承，其包括两个外盘，在两个外盘之间夹设有内盘，在每个外盘与内盘之间设有箔型弹性件；所述内盘的两端面均设有规则形状的槽式花纹，且一端面的槽式花纹与另一端面的槽式花纹形成镜像对称。本发明提供的混合式动压气体止推轴承既具有槽式动压气体止推轴承的高极限转速的刚性特征、又具有箔片式动压气体止推轴承的高抗冲击能力和载荷能力的柔性特征，可满足动压气体止推轴承在较大载荷下的超高速领域的应用。

Description

一种混合式动压气体止推轴承

技术领域

本发明涉及一种动压气体止推轴承，具体说，是涉及一种既具有槽式动压气体止推轴承的高极限转速的刚性特征、又具有箔片式动压气体止推轴承的高抗冲击能力和载荷能力的柔性特征的混合式动压气体止推轴承，属于气体轴承技术领域。

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。

动压气体轴承是以气体作为润滑剂，在轴与轴承之间构成气膜，是移动面与静止面不直接接触的轴承形式，具有无污染、摩擦损失低、适应温度范围广、运转平稳、使用时间长、工作转速高等诸多优点。由于摩擦损失少，也不需要使用液体润滑油，因此在高速回转应用领域上被广泛使用，尤其是通常被使用在很难用滚动轴承支持的超高速应用领域以及不易使用液体润滑油处。

动压气体止推轴承是由相对移动的两个工作面形成楔形空间，当它们相对移动，气体因其自身的粘性作用被带动，并被压缩到楔形间隙内，由此产生动压力而支承载荷。不同结构形式的气体动压止推轴承由于结构上的差异，其工作过程略有不同。目前较为常见的几种动压气体止推轴承的结构形式有：可倾瓦式、槽式和箔片式。

可倾瓦式动压气体止推轴承是一种性能优良的动压气体轴承，具有自调性能，能在更小的气膜间隙范围内安全工作，对热变形、弹性变形等不敏感，且加工精度易得到保证，还对载荷的变化具有“自动跟踪”的突出优点，目前国内外主要应用于大型高速旋转机械和透平机械；但其轴瓦结构比较复杂，安装工艺复杂，较一般止推轴承要求高，从而限制了其应用。

虽然箔片式动压气体止推轴承具有弹性支承，可使轴承相应获得一定的承载能力和缓和冲击振动的能力，但由于箔片轴承一般采用的是金属箔片，不仅材料制造技术和加工工艺技术上还存在一些难题，而且轴承的阻尼值不能很大提高，导致轴承的刚性不够，轴承的临界转速较低，在高速运转时容易失稳甚至卡死。

而槽式动压气体止推轴承具有较好的稳定性，即使在空载下也有一定的稳定性，况且，在高速下，其静态承载能力较其它形式的轴承大，目前多用于小型高速旋转机械上，如在陀螺仪和磁鼓之类的精密机械中作为轴承。但由于槽式动压气体止推轴承具有高刚性，因此其抗冲击能力不够好及载荷能力不够大，不能实现较大载荷下的高速运转。

如何实现既具有槽式动压气体止推轴承的高极限转速的刚性特征、又具有箔片式动压气体止推轴承的高抗冲击能力和载荷能力的柔性特征的混合式动压气体止推轴承，不仅是本领域研究人员一直渴望实现的目标，而且对实现动压气体止推轴承在较大载荷下的超高速领域的应用具有重要价值和深远意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明所要解决的技术问题就是提供一种既具有槽式动压气体止推轴承的高极限转速的刚性特征、又具有箔片式动压气体止推轴承的高抗冲击能力和载荷能力的柔性特征的混合式动压气体止推轴承，实现动压气体止推轴承在较大载荷下的超高速领域的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种混合式动压气体止推轴承，包括：两个外盘，在两个外盘之间夹设有内盘，在每个外盘与内盘之间设有箔型弹性件；所述内盘的两端面均设有规则形状的槽式花纹，且一端面的槽式花纹与另一端面的槽式花纹形成镜像对称。

作为一种实施方案，在所述内盘的外圆周面也设有槽式花纹，且外圆周面的槽式花纹的形状与两端面的槽式花纹的形状相同，以及外圆周面的槽式花纹的轴向轮廓线与两端面的槽式花纹的径向轮廓线均形成一一对应并相互交接。

作为一种优选方案，外圆周面的槽式花纹中的轴向高位线与两端面的槽式花纹中的径向高位线均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹中的轴向中位线与两端面的槽式花纹中的径向中位线均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹中的轴向低位线与两端面的槽式花纹中的径向低位线均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接。

作为一种实施方案，上述的槽式花纹为叶轮形状。

作为一种优选方案，所述箔型弹性件与内盘的配合间隙均为0.003～0.008mm。

作为一种优选方案，所述箔型弹性件的至少一端固定在对应外盘的内端面上。

作为一种优选方案，每个外盘上的箔型弹性件为多个，且沿外盘的内端面均匀分布。

作为进一步优选方案，固定在一个外盘上的箔型弹性件与固定在另一个外盘上的箔型弹性件形成镜像对称。

作为进一步优选方案，在外盘的内端面设有用于固定箔型弹性件的卡槽。

作为一种优选方案，所述的箔型弹性件经过表面热处理。

作为一种实施方案，所述的箔型弹性件由波箔和平箔组成，所述波箔的弧形凸起顶端与平箔相贴合，所述波箔的波拱间过渡底边与对应外盘的内端面相贴合。

与现有技术相比，本发明具有如下显著性进步：

本发明通过在外盘与内盘之间设置箔型弹性件，在内盘的两端面设置规则形状的槽式花纹，且使一端面的槽式花纹与另一端面的槽式花纹形成镜像对称，从而得到了既具有槽式动压气体止推轴承的高极限转速的刚性特征、又具有箔片式动压气体止推轴承的高抗冲击能力和载荷能力的柔性特征的混合式动压气体止推轴承；相对于现有的单纯槽式动压气体止推轴承，具有在相同转速下成倍增加的抗冲击能力和载荷能力；而相对于现有的单纯箔片式动压气体止推轴承，具有在相同载荷下成倍增加的极限转速；经测试，本发明提供的混合式动压气体止推轴承可实现在1～3kg载荷下的极限转速可达200,000rpm～450,000rpm，而现有的动压气体止推轴承只能实现0.5～1.5kg的载荷，极限转速最高只能达到100,000rpm～200,000rpm；可见，本发明可实现动压气体止推轴承在较大载荷下的超高速领域的应用，相对于现有技术取得了显著性进步，使得动压气体止推轴承技术的研究跨上了新台阶。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种混合式动压气体止推轴承的剖面结构示意图；

图2a是实施例1中所述内盘的左视图；

图2b是实施例1中所述内盘的右视图；

图3a是实施例1中所述的固定有箔型弹性件的左外盘的右视图；

图3b是实施例1中所述的固定有箔型弹性件的右外盘的左视图；

图4是实施例1中所述的箔型弹性件的截面结构示意图；

图5是实施例1中所述的箔型弹性件的立体结构示意图；

图6a是本发明实施例2提供的一种混合式动压气体止推轴承的左视立体结构示意图；

图6b是实施例2提供的混合式动压气体止推轴承的右视立体结构示意图；

图7是实施例2提供的混合式动压气体止推轴承的局部分割立体结构示意图；

图8是实施例2中所述内盘的左视立体结构示意图；

图9是图8中的A局部放大图；

图10是实施例2中所述内盘的右视立体结构示意图；

图11是图10中的B局部放大图。

图中：1、外盘；11、左外盘；12、右外盘；13、卡槽；2、内盘；21、左端面的槽式花纹；211、径向高位线；212、径向中位线；213、径向低位线；22、右端面的槽式花纹；221、径向高位线；222、径向中位线；223、径向低位线；23、外圆周面的槽式花纹；231、轴向高位线；232、轴向中位线；233、轴向低位线；3、箔型弹性件；3a、固定在左外盘上的箔型弹性件；3b、固定在右外盘上的箔型弹性件；31、波箔；311、弧形凸起；312、波拱间过渡底边；32、平箔；33、固定端。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步详细地说明。

实施例1

如图1所示：本实施例提供的一种混合式动压气体止推轴承，包括：两个外盘1，在两个外盘1之间夹设有内盘2，在每个外盘1与内盘2之间设有箔型弹性件3；所述内盘2的左端面设有规则形状的槽式花纹21，右端面设有规则形状的槽式花纹22。

结合图2a和图2b可见：所述内盘2的左端面的槽式花纹21与右端面的槽式花纹22之间形成镜像对称，左端面的槽式花纹21的径向轮廓线与右端面的槽式花纹22的径向轮廓线形成一一对应。所述的槽式花纹21与22的形状相同，本实施例中均为叶轮形状。

进一步结合图3a和图3b可见：所述箔型弹性件3固定在对应外盘1的内端面上(例如图3a所示的固定有箔型弹性件3a的左外盘11和图3b所示的固定有箔型弹性件3b的右外盘12)，且固定在左外盘11上的箔型弹性件3a与固定在右外盘12上的箔型弹性件3b形成镜像对称。在每个外盘上的箔型弹性件可为多个(图中示出的是4个)，且沿外盘的内端面均匀分布。

结合图1和图4、图5所示：所述的箔型弹性件3可由波箔31和平箔32组成，所述波箔31的弧形凸起311的顶端与平箔32相贴合，所述波箔31的波拱间过渡底边312与对应外盘1的内端面相贴合；每个箔型弹性件3至少有一端固定在对应外盘的内端面上(本实施例中示出的是一端固定，如图中的33所示，另一端为自由端)。

实施例2

结合图6a、6b、7、8和10所示可见，本实施例提供的一种混合式动压气体止推轴承与实施例1的区别仅在于：

在所述内盘2的外圆周面也设有槽式花纹23，且外圆周面的槽式花纹23的形状与左、右端面的槽式花纹(21和22)的形状相同(本实施例中均为叶轮形状)，以及外圆周面的槽式花纹23的轴向轮廓线与左、右端面的槽式花纹(21和22)的径向轮廓线均形成一一对应并相互交接；即：

外圆周面的槽式花纹23中的轴向高位线231与左端面的槽式花纹21中的径向高位线211均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹23中的轴向中位线232与左端面的槽式花纹21中的径向中位线212均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹23中的轴向低位线233与左端面的槽式花纹21中的径向低位线213均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接(如图9所示)；

外圆周面的槽式花纹23中的轴向高位线231与右端面的槽式花纹22中的径向高位线221均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹23中的轴向中位线232与右端面的槽式花纹22中的径向中位线222均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹23中的轴向低位线233与右端面的槽式花纹22中的径向低位线223均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接(如图11所示)。

在外盘1的内端面上设有用于固定箔型弹性件3的卡槽13(如图7所示)。

本发明通过在外盘1与内盘2之间设置箔型弹性件3，在内盘2的左、右端面设置规则形状的槽式花纹(21和22)，且使左端面的槽式花纹21与右端面的槽式花纹22形成镜像对称，从而得到了既具有槽式动压气体止推轴承的高极限转速的刚性特征、又具有箔片式动压气体止推轴承的高抗冲击能力和载荷能力的柔性特征的混合式动压气体止推轴承；因为箔型弹性件3与内盘2间形成了楔形空间，当内盘2转动时，气体因其自身的粘性作用被带动并被压缩到楔形空间内，从而可使轴向动压力得到显著增强，相对于现有的单纯箔片式动压气体止推轴承，可具有在相同载荷下成倍增加的极限转速；同时，由于增加了箔型弹性件3，在其弹性作用下，还可使轴承的载荷能力、抗冲击能力和抑制轴涡动的能力显著提高，相对于现有的单纯槽式动压气体止推轴承，可具有在相同转速下成倍增加的抗冲击能力和载荷能力；尤其是，当在所述内盘2的外圆周面也设有槽式花纹，且使外圆周面的槽式花纹23的形状与左、右端面的槽式花纹(21和22)的形状相同，以及外圆周面的槽式花纹23的轴向轮廓线与左、右端面的槽式花纹(21和22)的径向轮廓线均形成一一对应并相互交接时，可使内盘两端面的槽式花纹(21和22)所产生的增压气体从轴心沿径向不断地往外圆周面的槽式花纹23形成的凹槽通道里输送，以致形成更强支撑高速运转轴承所需的气膜，而气膜即作为动压气体止推轴承的润滑剂，因此可确保所述的混合式动压气体止推轴承在气浮状态下的高速稳定运转，为实现高极限转速提供了进一步保证。

另外，本发明中所述的箔型弹性件3优选均经过表面热处理，以更好地满足高速运转的性能要求；所述的箔型弹性件3与内盘2的配合间隙优选为0.003～0.008mm，以进一步确保轴承高速运转的可靠性和稳定性。

另外需要说明的是：本发明所述的箔型弹性件3的组成结构不仅限于上述实施例中所述，只要保证其与内外盘之间的配合关系满足本发明所述的实质性要求即可。

经测试，本发明提供的混合式动压气体止推轴承可实现在1～3kg载荷下的极限转速可达200,000rpm～450,000rpm，而现有的动压气体止推轴承只能实现0.5～1.5kg的载荷，极限转速最高只能达到100,000rpm～200,000rpm；可见，本发明可实现动压气体止推轴承在较大载荷下的超高速领域的应用，相对于现有技术取得了显著性进步，使得动压气体止推轴承技术的研究跨上了新台阶。

最后有必要在此指出的是：以上内容只用于对本发明所述技术方案做进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合式动压气体止推轴承，包括：两个外盘，在两个外盘之间夹设有内盘，其特征在于：在每个外盘与内盘之间设有箔型弹性件；所述内盘的两端面均设有规则形状的槽式花纹，且一端面的槽式花纹与另一端面的槽式花纹形成镜像对称；并且，在所述内盘的外圆周面也设有槽式花纹，且外圆周面的槽式花纹的形状与两端面的槽式花纹的形状相同，以及外圆周面的槽式花纹的轴向轮廓线与两端面的槽式花纹的径向轮廓线均形成一一对应并相互交接。

2.根据权利要求1所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：外圆周面的槽式花纹中的轴向高位线与两端面的槽式花纹中的径向高位线均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹中的轴向中位线与两端面的槽式花纹中的径向中位线均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接；外圆周面的槽式花纹中的轴向低位线与两端面的槽式花纹中的径向低位线均相对应、并在端面圆周倒角前相互交接。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：所述的槽式花纹为叶轮形状。

4.根据权利要求1所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：所述箔型弹性件与内盘的配合间隙均为0.003～0.008mm。

5.根据权利要求1所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：所述箔型弹性件的至少一端固定在对应外盘的内端面上。

6.根据权利要求5所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：每个外盘上的箔型弹性件为多个，且沿外盘的内端面均匀分布。

7.根据权利要求5或6所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：固定在一个外盘上的箔型弹性件与固定在另一个外盘上的箔型弹性件形成镜像对称。

8.根据权利要求5或6所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：在外盘的内端面设有用于固定箔型弹性件的卡槽。

9.根据权利要求1所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：所述的箔型弹性件经过表面热处理。

10.根据权利要求1或4或5或6或9所述的混合式动压气体止推轴承，其特征在于：所述的箔型弹性件由波箔和平箔组成，所述波箔的弧形凸起顶端与平箔相贴合，所述波箔的波拱间过渡底边与对应外盘的内端面相贴合。