CN105257700B - 一种动静压混合可倾瓦径向气体轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动静压混合可倾瓦径向气体轴承，主要由一体式可倾瓦径向气体轴承体、多孔质瓦面、多孔质瓦面卡装板、可压缩垫圈，进气管、锥形帽组成，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体的可倾瓦块轴向上设有凹槽结构，所述多孔质瓦面采用轴肩式结构，并嵌入可倾瓦径向气体轴承体的凹槽结构中，形成周向定位夹紧，并通过同轴胶粘紧贴在一体式可倾瓦径向气体轴承体的内壁上，并通过多孔质瓦面卡装板上的凸缘结构进行轴向夹紧，形成轴向定位夹紧。本发明可有效提高轴承的稳定性，避免轴颈和轴承表面直接接触摩擦，减小轴瓦的磨损，轴承散热较好，轴承温度分布均匀，温升较小，热膨胀问题得到缓解。

Description

一种动静压混合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，具体涉及一种动静压混合可倾瓦径向气体轴承。

背景技术

空气静压轴承是以气体作为润滑剂的滑动轴承，通过外部的加压气源将气体强行泵入轴承与轴之间的间隙，形成空气薄膜，以平衡外负载。空气静压轴承在启动和运行过程中摩擦副被压力气膜隔开，轴与轴承之间不会直接接触产生摩擦，摩擦力仅来自于气体粘性，因此摩擦力小，无摩擦磨损使用寿命长；静压轴承具有均化误差的作用，能够有效减小轴承加工和装配过程中误差影响，因此空气静压轴承具有高的旋转精度。但是静压轴承也具有一系列缺点，如稳定性不好，刚度低，需很大的供气压力。空气动压轴承是靠轴承高速旋转时产生的动压力形成气膜来承受载荷。动压轴承运动平稳，抗振性好，刚度较好，无需外部很大的供气压力。但是动压轴承在启动和停止的过程中，轴颈和轴承表面直接接触摩擦，易产生摩擦磨损；轴承温度分布不均匀热膨胀问题较静压轴承严重。多孔质静压轴承具有很高的承载能力和静态刚度，压力分布比较均匀，且具有良好的动态稳定性，可倾瓦径向气体轴承能够根据轴的不同位置自适应的调节每块瓦的位置，能提高轴承的稳定性。因此如何使轴承很好的结合两者的优点，又克服两者缺点，成为动静压混合轴承设计的一个重要问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种动静压混合可倾瓦径向气体轴承，可有效提高轴承的稳定性，提高轴承抗振性，可提高刚度并能实现刚度可调；避免轴颈和轴承表面直接接触摩擦，减小轴瓦的磨损，轴承散热较好，轴承温度分布均匀，温升较小，热膨胀问题得到缓解。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动静压混合可倾瓦径向气体轴承，主要由一体式可倾瓦径向气体轴承体、多孔质瓦面、多孔质瓦面卡装板、可压缩密封圈，进气管、锥形帽组成，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体的可倾瓦块轴向上设有凹槽结构，所述多孔质瓦面采用轴肩式结构，并嵌入可倾瓦径向气体轴承体的凹槽结构中，形成周向定位夹紧，并通过同轴胶粘紧贴在一体式可倾瓦径向气体轴承体的内壁上，并通过多孔质瓦面卡装板上的凸缘结构进行轴向夹紧，形成轴向定位夹紧，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体圆周方向均匀设有进气口，所述进气管通过外壁螺纹固定在一体式可倾瓦径向气体轴承体上的可倾瓦块上，并随可倾瓦块的摆动而摆动。

进一步，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体的可倾瓦面周向设有截面为矩形的圆环槽，进气管设置于圆环槽内，可倾瓦面轴向设有数条矩形均压槽，所述矩形均压槽与圆环槽相交，使从进气管出来的气体均匀分布在瓦面上。

进一步，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体的可倾瓦块径向设有方形槽，方形槽的中心设有圆锥孔，与圆锥孔同轴设有螺纹孔，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体上还均匀设置有阶梯孔，所述阶梯孔与螺纹孔同轴对应。

进一步，所述进气管一端设置有扁平圆柱面，所述扁平圆柱面下方设置有圆锥面；所述圆锥面与可倾瓦片的圆锥孔同锥度；所述圆锥面下方设置有外壁螺纹；所述外壁螺纹下方设置有长光滑圆柱面；所述进气管中心设置有进气通孔。

进一步，所述进气管上的扁平圆柱面下方设置有可压缩密封圈，所述可压缩密封圈与进气管同轴。

进一步，所述多孔质瓦面由两层多孔质材料构成，所述多孔质瓦面两端均为有轴肩式结构，所述多孔质瓦面弧度与一体式可倾瓦径向气体轴承体上的可倾瓦片弧度相同。

进一步，所述凹槽结构的一端铣有平面，所述平面上设置有瓦面螺纹孔。

本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：本发明实现了动压和静压特性相互结合在一起，主要体现在以多孔质节流以及动压效应能够大幅度提高现有轴承的承载能力，并实现刚度可调；一体式可倾瓦径向气体轴承能够根据轴的不同位置自适应的调节每块瓦的位置，以提高轴承的稳定性；启动和停止的时静压特性可以避免轴颈和轴承表面直接接触摩擦，减小轴瓦的磨损；轴承散热较好，轴承温度分布均匀，温升较小，热膨胀问题得到缓解。

附图说明

图1为本发明爆炸图；

图2为本发明总装配图；

图3为本发明一体式可倾瓦径向气体轴承体轴测图；

图4为本发明一体式可倾瓦径向气体轴承体主视图和剖视图，以及局部放大图；

图5为本发明进气管轴测图；

图6为本发明总装配主视图；

图7为本发明总装配剖视图以及进气管安装局部放大图；

图8为本发明多孔质瓦面轴测图以及截面示意图；

图9为本发明多孔质瓦面卡装板轴测图以及截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1、图2所示，一种动静压混合可倾瓦径向气体轴承，主要由一体式可倾瓦径向气体轴承体1、多孔质瓦面2、多孔质瓦面卡装板3、可压缩密封圈4，进气管5、锥形帽6组成，所述多孔质瓦面2采用轴肩式结构，并嵌入可倾瓦径向气体轴承体1的凹槽14中，形成周向定位夹紧，并通过同轴胶粘紧贴在一体式可倾瓦径向气体轴承体1的内壁上，并通过多孔质瓦面卡装板上的凸缘21进行轴向夹紧，形成轴向定位夹紧，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体1圆周方向均匀设有进气口，所述进气管5通过外壁螺纹结构固定在一体式可倾瓦径向气体轴承体1上的可倾瓦块上，并随可倾瓦块的摆动而摆动。

一体式可倾瓦径向气体轴承体1的轴测图，如图3所示，图3中一体式可倾瓦径向气体轴承体1的瓦块和柔性梁均由电火花加工而成，可以减少轴承制作和装配中产生的误差，提高精度；同时一体式结构消除了轴瓦围绕支点转动时所产生的磨损。在一体式可倾瓦径向气体轴承体1的可倾瓦面周向设有截面为矩形的一条圆环槽8，进气管5设置于圆环槽8内，可倾瓦面轴向设有数条矩形均压槽7，所述矩形均压槽7与圆环槽8相交，使从进气管5出来的气体均匀分布在瓦面上，相当于将点源供压转化为线源供压，既均化了瓦面上的压力分布，又能提高轴承的承载能力。所述凹槽结构14的一端铣有平面10，所述平面10上设置有瓦面螺纹孔9。

图4为一体式可倾瓦径向气体轴承体主视图和剖视图，以及局部放大图。柔性梁支点厚度为δ，δ的厚度直接决定可倾瓦的刚度，厚度一般为2～4mm；可倾瓦片的弧度为γ，γ的角度范围一般为70°～80°，在轴承长度一定的情况下，角度γ直接决定轴承承载区域的大小；任意两可倾瓦片间隙夹角为β，γ与β之和为360°/n,n为可倾瓦块数量；柔性梁中心偏置角度为α，偏置角度为α对轴瓦转动的幅度以及整个轴承的性能会产生很大的影响。所述一体式可倾瓦径向气体轴承体1的可倾瓦块径向设有方形槽13，方形槽13的中心设有圆锥孔12，与圆锥孔12同轴设有螺纹孔11。所述一体式可倾瓦径向气体轴承体1的可倾瓦块轴向上设有凹槽结构14，所述凹槽结构14尺寸为a,b。所述一体式可倾瓦径向气体轴承体1上还均匀设置有阶梯孔15，所述阶梯孔15与螺纹孔11同轴对应。

图5为本发明进气管轴测图，所述进气管5一端设置有扁平圆柱面16，所述扁平圆柱面16下方设置有圆锥面17；所述圆锥面17与可倾瓦片的圆锥孔12同锥度；所述圆锥面17下方设置有外壁螺纹18；所述外壁螺纹18下方设置有长光滑圆柱面19；所述进气管5中心设置有进气通孔20。

本发明总装配主视图如图6所示，总装配剖视图以及进气管安装局部放大图如图7所示，进气管5上的扁平圆柱面16下方设置有可压缩密封圈4，所述可压缩密封圈4与进气管5同轴，安装时，所述可压缩密封圈4紧贴可倾瓦片上的方形槽13，形成一重密封，防止气体泄露；所述进气管5上的圆锥面17通过与可倾瓦片的圆锥孔12配合形成二重密封；所述进气管5通过外壁螺纹18固定在一体式可倾瓦径向气体轴承体1上的可倾瓦片上，可以随可倾瓦片在一体式可倾瓦径向气体轴承体1上的阶梯孔15中摆动；所述进气管5上的长光滑圆柱面19能在阶梯孔15中摆动；所述长光滑圆柱面19上固结锥形帽6，所述锥形帽6能在阶梯孔15大孔平面移动，并可以覆盖长光滑圆柱面19与阶梯孔15小孔形成的间隙，防止杂物进入孔中卡死进气管5而限制可倾瓦的转动。

图8为本发明多孔质瓦面轴测图以及截面示意图，所述多孔质瓦面2由两层多孔质材料构成，最大曲率半径分别为R1和R2，所述多孔质瓦面2组合形成内径R。具体参数值结合图4所示，可以表示为R1-R＝a,R1-R2＝b-a。所述多孔质瓦面2两端均为有轴肩式结构，所述多孔质瓦面2弧度与一体式可倾瓦径向气体轴承体1上的可倾瓦片弧度相同。

图9为本发明多孔质瓦面卡装板轴测图以及截面示意图，所述多孔质瓦面卡装板3上设置有凸缘结构21，能够嵌入多孔质瓦面2上的轴肩式结构，对多孔质瓦面2进行夹紧。

本发明能够有效结合空气动静压轴承特点，采用多孔质节流和一体式可倾瓦结合的结构，在启停过程中静压特性可以避免轴颈和轴承表面直接接触摩擦，工作过程中由于动压特性只需提供较小的供气压力，同时静压和动压的刚度叠加提高了轴承的承载能力；静压轴承具有的均化误差作用与动压轴承良好的抗振性都能有效的结合在一起；由于静压轴承连续的冷却气体的流入，热膨胀问题也能得到有效改善。多孔质材料由两层构成，曲率半径小的一层渗透率低，曲率半径大的一层渗透率高，可以在增强轴承的承载能力同时提高稳定性。一体式可倾瓦径向气体轴承能够根据轴的不同位置自适应的调节每块瓦的位置，以提高轴承的稳定性。与传统的可倾瓦气体轴承相比，一体式结构采用电火花加工方式，可以减少轴承制作和装配中产生的误差，提高精度；同时一体式结构消除了轴瓦围绕支点转动时所产生的磨损。一体式结构的柔性梁具有低的转动刚度，能够保证较小的交叉耦合刚度，有效抑制次同步振动的发生，使得转子能够在高速情况下稳定运行，从而提高轴承的功率密度和效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种动静压混合可倾瓦径向气体轴承，其特征在于：主要由一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)、多孔质瓦面(2)、多孔质瓦面卡装板(3)、可压缩密封圈(4)，进气管(5)、锥形帽(6)组成，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)的可倾瓦块轴向上设有凹槽结构(14)，所述多孔质瓦面(2)采用轴肩式结构，并嵌入可倾瓦径向气体轴承体(1)的凹槽结构(14)中，形成周向定位夹紧，并通过同轴胶粘紧贴在一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)的内壁上，并通过多孔质瓦面卡装板(3)上的凸缘结构(21)进行轴向夹紧，形成轴向定位夹紧，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)圆周方向均匀设有进气口，所述进气管(5)通过外壁螺纹(18)固定在一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)上的可倾瓦块上，并随可倾瓦块的摆动而摆动；多孔质瓦面(2)由两层多孔质材料构成，曲率半径小的一层渗透率低，曲率半径大的一层渗透率高。

2.根据权利要求1所述的动静压混合可倾瓦径向气体轴承，其特征在于：所述一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)的可倾瓦面周向设有截面为矩形的圆环槽(8)，进气管(5)设置于圆环槽(8)内，可倾瓦面轴向设有数条矩形均压槽(7)，所述矩形均压槽(7)与圆环槽(8)相交，使从进气管(5)出来的气体均匀分布在瓦面上。

3.根据权利要求1或2所述的动静压混合可倾瓦径向气体轴承，其特征在于：所述一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)的可倾瓦块径向设有方形槽(13)，方形槽(13)的中心设有圆锥孔(12)，与圆锥孔(12)同轴设有螺纹孔(11)，所述一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)上还均匀设置有阶梯孔(15)，所述阶梯孔(15)与螺纹孔(11)同轴对应。

4.根据权利要求3所述的动静压混合可倾瓦径向气体轴承，其特征在于：所述进气管(5)一端设置有扁平圆柱面(16)，所述扁平圆柱面(16)下方设置有圆锥面(17)；所述圆锥面(17)与可倾瓦片的圆锥孔(12)同锥度；所述圆锥面(17)下方设置有外壁螺纹(18)；所述外壁螺纹(18)下方设置有长光滑圆柱面(19)；所述进气管(5)中心设置有进气通孔(20)。

5.根据权利要求4所述的动静压混合可倾瓦径向气体轴承，其特征在于：所述进气管(5)上的扁平圆柱面(16)下方设置有所述可压缩密封圈(4)，所述可压缩密封圈(4)与进气管(5)同轴。

6.根据权利要求1所述的动静压混合可倾瓦径向气体轴承，其特征在于：所述多孔质瓦面(2)两端均为有轴肩式结构，所述多孔质瓦面(2)弧度与一体式可倾瓦径向气体轴承体(1)上的可倾瓦片弧度相同。

7.根据权利要求1所述的动静压混合可倾瓦径向气体轴承，其特征在于：所述凹槽结构(14)的一端铣有平面(10)，所述平面(10)上设置有瓦面螺纹孔(9)。