CN106594057B - 一种小型箔片气体动压轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型箔片气体动压轴承，包括轴承座，轴承座内依次设有双层弹性波箔结构和顶层人字槽箔片，双层弹性波箔结构通过连接所述顶层人字槽箔片的重合圆弧进行圆周定位，弹性波箔结构由外凸的弹性波箔和内凹的弹性波箔构成，双层弹性波箔结构的内侧凹面与所述顶层人字槽箔片的外表面相契合的连接，双层弹性波箔结构的外侧凸面与轴承座的内表面相接触，轴承座起到安装、固定、保护和支撑的作用；顶层人字槽箔片的内表面设置有人字形槽且形成有轴承与转轴的配合面。本发明轴承在一定程度上解决了连续波箔加工困难，顶层箔片刚度大，难以装配到轴承座上和轴承动特性不稳定等问题，提高现有小型气体轴承的稳定性和承载力。

Description

一种小型箔片气体动压轴承

技术领域

本发明涉及气体(空气)轴承技术领域，具体的说，是涉及一种小型箔片气体动压轴承。

背景技术

作为高速气体动力旋转机械的重要组成部分，气体轴承主要运行在恶劣环境下的旋转机械，如小型燃汽轮机、涡轮增压器、气体循环器和后备电力单元等。不但可以为机械系统提供动力，而且是非常重要的执行机构，如机器人伺服系统的小型燃气轮机、人工心藏、无人机的推进器、小型机器人和小卫星的机械控制系统等。近年来随着激光加工、3D打印、等技术的发展，为小型旋转机械的发展提供了不可或缺的技术支持和发展机遇。但是，轴承作为机械控制系统中的基本核心部件，一直落后于其他方面的发展，已变成了限制旋转机械高速稳定运行的瓶颈。小型机械中没有足够的空间解决充分润滑的问题，相比大型旋转机械而言摩擦现象更为突出，因此对小型轴承的设计加工要求更高。然而，在小尺度下，由于各方面的限制，可供选用的轴承形式是十分有限的。目前采用的轴承主要形式有小型陶瓷球轴承、电磁轴承、气体静压轴承。但这些方案要么机构复杂，要么成本较高，要么需要外部气源，都只能工作在限定的工作环境中，局限性较大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种小型箔片气体动压轴承，该轴承在一定程度上解决了连续波箔加工困难，顶层箔片刚度大，难以装配到轴承座上和轴承动特性不稳定等问题，提高现有小型气体轴承的稳定性和承载力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种小型箔片气体动压轴承，包括轴承座，所述轴承座内依次设有双层弹性波箔结构和顶层人字槽箔片，所述双层弹性波箔结构通过连接所述顶层人字槽箔片的重合圆弧进行圆周定位，所述弹性波箔结构由外凸的弹性波箔和内凹的弹性波箔构成，所述双层弹性波箔结构的内侧凹面与所述顶层人字槽箔片的外表面相契合的连接，所述双层弹性波箔结构的外侧凸面与所述轴承座的内表面相接触，所述轴承座起到安装、固定、保护和支撑的作用；所述顶层人字槽箔片的内表面设置有人字形槽且形成有轴承与转轴的配合面。

所述外凸的弹性波箔和所述内凹的弹性波箔采用圆弧定位式结构。

顶层人字槽箔片的内表面开有人字槽且采用强化处理。

所述双层弹性波箔结构在圆周方向上等角度的分布，所对应的中心角度为α，其个数N＝360°/α。

所述双层弹性波箔结构采用闭合圆弧波箔结构。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明通过基本力学原理提出一种双层弹性波箔结构结合顶层人字槽箔片结构，以用在小型箔片气体轴承上来改善轴承的安装性、稳定性和承载能力。

2.本发明通过改变传统空气箔片轴承小型化中波箔和在顶层箔片开人字槽的结构，采用独立的双层弹性波箔结构来代替连续的波箔结构，将人字槽结构加入到顶层箔片中，这种结构阻尼大、支撑性能好、适应能力强，便于安装和固定；使用LIGA加工技术，可以加工出高精度的复杂结构和表面粗糙度，根据性能需要加工出不同的性能参数的独立的双层弹性波箔结构，以提供不同的刚度和阻尼特性，降低了轴承的振动，提高了转子运行的稳定性和承载能力。

3.轴承在正常工作时，顶层箔片受到转子引起的空气压力作用，压迫双层弹性波箔产生微小的变形，随着变形量的增加，双层弹性波箔产生的支撑力也随之增加，当两个力平衡时，箔片停止变形。由于顶层人字槽箔片有效的约束空气流动，以及双层弹性波箔结构的阻尼特性，所以对外界扰动作用不敏感，因此轴承具有较好的稳定性和抗干扰能力。

4.与现有的小型箔片气体轴承相比，本发明轴承的双层弹性波箔结构和顶层人字槽箔片结构使用LIGA加工技术，提高了波箔的加工精度和表面精度；双层弹性波箔结构的支撑稳定，顶层人字槽箔片具有稳定气体流动，改善了气体的润滑特性，使转子具有较低的起飞转速，轴承的承载力更大；独立的双层弹性波箔结构则改善了轴承阻尼和刚度特性，减小了顶层箔片的小面积磨损，显著提高轴承的承载能力和缓冲减振的能力，提高了轴承的寿命和稳定性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明实施方式中顶层人字槽箔片结构示意图；

图3为本发明实施方式中双层弹性波箔结构的安装位置示意图；

图4为本发明实施方式中提供的双层弹性波箔结构的局部结构示意图；

图5为本发明实施方式中提供的双层弹性波箔和顶层人字槽箔片的结构示意图；

图6为本发明实施方式中提供的双层弹性波箔的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种小型箔片气体动压轴承，该气体轴承包括轴承座1、顶层人字槽箔片2和双层弹性波箔结构3。所述轴承座1为轴承的主体结构，起安装、固定、保护和支承的作用；顶层人字槽箔片2是轴承的内表面，见图2，使轴承具有连续规律气压的分布；双层弹性波箔结构3提供一定的阻尼和刚度。如图3所示，双层弹性波箔结构3均匀地分布在轴承体1和顶层人字槽箔片2之间，共有N个。

如图4所示，双层弹性波箔结构3是由外凸的弹性波箔4和内凹的弹性波箔5组成，它们使用LIGA加工技术制造，共有2N个；每个双层弹性波箔结构3所对应的圆心角α，则α＝360/N，双层弹性波箔结构3的内侧凹面与顶层人字槽箔片2的外表面重合处连接，双层弹性波箔结构3的外侧凸面与所述轴承座1的内表面接触，当顶层人字槽箔片2受到转轴转动产生空气压力和摩擦时，双层弹性波箔结构3产生小幅度的变形，双层弹性波箔结构3具有很好的自适应变形能力，改善气体的流动特性，使转子具有更低的起飞转速，轴承的承载能力更大。采用独立式双层弹性波箔结构，相对于连续波箔结构降低了整体加工难度，提高了加工精度，同时便于安装，最重要是可以根据轴承的特殊要求灵活的调整组合刚度和阻尼大小，大大提高了轴承的安全系数。

轴承工作时，转轴和顶层人字槽箔片2之间产生动压空气间隙，轴承正常运转，当转轴受到外部载荷时，转轴会产生不稳定的运动状态，通过动压空气产生对顶层人字槽箔片2的扰动作用力，顶层人字槽箔片2会挤压双层弹性波箔结构3产生周期性变形，随着周期变化和载荷的增大，双层弹性波箔结构3变形量增大，支撑力增加，由于双层弹性波箔结构3的阻尼较大，可以消耗减弱滑动轴承的涡动，使得运动很快达到平衡状态，对轴承的稳定性有很好的作用，降低轴承所受到的冲击振动。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小型箔片气体动压轴承，其特征在于，包括轴承座，所述轴承座内依次设有双层弹性波箔结构和顶层人字槽箔片，所述双层弹性波箔结构通过连接所述顶层人字槽箔片的重合圆弧进行圆周定位，所述弹性波箔结构由外凸的弹性波箔和内凹的弹性波箔构成，所述双层弹性波箔结构的内侧凹面与所述顶层人字槽箔片的外表面相契合的连接，所述双层弹性波箔结构的外侧凸面与所述轴承座的内表面相接触，所述轴承座起到安装、固定、保护和支撑的作用；所述顶层人字槽箔片的内表面设置有人字形槽且形成轴承与转轴的配合面。

2.根据权利要求1所述一种小型箔片气体动压轴承，其特征在于，所述外凸的弹性波箔和所述内凹的弹性波箔采用圆弧定位式结构。

3.根据权利要求1所述一种小型箔片气体动压轴承，其特征在于，所述顶层人字槽箔片的内表面开有人字槽且采用强化处理。

4.根据权利要求1所述一种小型箔片气体动压轴承，其特征在于，所述双层弹性波箔结构在圆周方向上等角度的分布，所对应的中心角度为α，其个数N＝360°/α。

5.根据权利要求1所述一种小型箔片气体动压轴承，其特征在于，所述双层弹性波箔结构采用闭合圆弧波箔结构。