CN108180223A - 一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承 - Google Patents

一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承，包括轴承座(1)、支承波箔(2)和顶层箔片(3)，顶层箔片(3)套装在轴承座(1)内，支承波箔(2)装配在轴承座(1)和顶层箔片(3)之间，其特征在于：所述的支承波箔(2)和顶层箔片(3)之间为预紧装配，顶层箔片(3)的厚度为0.5mm‑3mm，支承波箔(2)的形变量为0.01mm‑0.04mm。一方面降低了轴承支承波箔的加工制造精度要求，同时解决了顶箔在重载或冲击载荷下的“凹陷”问题，增大了轴承的阻尼，进一步提高了轴承的性能。

Description

一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承
技术领域
本发明涉及空气轴承的技术领域，特别是一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承。
背景技术
箔片空气轴承时一种采用弹性支承结构的自作用式动压空气轴承，它主要是由轴承座、弹性支承结构和顶层箔片组成。由于采用空气作为润滑介质，与传统的滚动轴承和油轴承相比，具有转速高、摩擦功耗小、无需润滑、抗冲击能力强、能在高低温等恶劣环境下工作、维护成本低等优点，在鼓风机、压缩机、微型燃气轮机、微型涡喷发动机、电子涡轮增压器和辅助动力系统等高速旋转设备中均得到了广泛的应用。
箔片空气轴承是利用顶层箔片和转子间楔形间隙气膜的压缩效应支承转子高速运转的，为保证形成稳定的楔形压缩气膜，一方面要求顶层箔片底部的支承波箔具有良好的一致性，同时要求在重载或冲击工作载荷下，轴承具有良好的抗冲击能力。目前，径向箔片气体轴承的顶层箔片厚度多为0.1mm～0.2mm，为提高轴承性能，必须提高支承波箔加工一致性精度，这增加了工艺的复杂性和加工成本；同时在重载或冲击载荷下，相邻波箔间的顶层箔片会出现“凹陷”问题，这会降低轴承的承载力，削弱轴承的抗冲击能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，设计合理，克服现有技术不足的具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术手段是：
一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承，包括轴承座、支承波箔和顶层箔片，顶层箔片套装在轴承座内，支承波箔装配在轴承座和顶层箔片之间，关键在于：所述的支承波箔和顶层箔片之间为预紧装配，顶层箔片的厚度为0.5mm-3mm，支承波箔的形变量为0.01mm-0.04mm。
所述的轴承座的内侧壁开有轴向的凹槽，支承波箔为波纹状弹性支承构件且包含波状凸起和水平连接段，其中波状凸起与顶层箔片接触，水平连接段与轴承座内表面接触，支承波箔由矩形波纹薄板弯曲成环形，支承波箔的一端设有向上翘起的卡固端并嵌装在轴承座的凹槽处，顶层箔片为圆柱形套筒结构，在顶层箔片的侧壁与轴承座的凹槽相对的位置设有间隙为1mm-3mm的开口。
在顶层箔片的内侧壁设置有耐磨涂层。
所述的耐磨涂层的为二硫化钼层或聚四氟乙烯涂层,厚度为0.02mm-0.05mm。
本发明的有益效果是：一方面降低了轴承支承波箔的加工制造精度要求，同时解决了顶箔在重载或冲击载荷下的“凹陷”问题，增大了轴承的阻尼，进一步提高了轴承的性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中轴承座的结构示意图。
图3是图1中支承波箔的结构示意图。
图4是图1中顶层箔片的结构示意图。
图5是箔片轴承周向展开及顶层箔片“凹陷”示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
具体实施例，如图1至图4所示，一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承，包括轴承座1、支承波箔2和顶层箔片3，顶层箔片3套装在轴承座1内，支承波箔2装配在轴承座1和顶层箔片3之间，所述的支承波箔2和顶层箔片3之间为预紧装配，顶层箔片3的厚度为0.5mm-3mm，支承波箔2的形变量为0.01mm-0.04mm。
所述的轴承座1的内侧壁开有轴向的凹槽，支承波箔2为波纹状弹性支承构件且包含波状凸起和水平连接段，其中波状凸起与顶层箔片3接触，水平连接段与轴承座1内表面接触，支承波箔2由矩形薄板弯曲成环形，支承波箔2的一端设有向上翘起的卡固端并嵌装在轴承座1的凹槽处，保证转子4启停时支承波箔2不会发生周向相对滑动，顶层箔片3为圆柱形套筒结构，在顶层箔片3的侧壁与轴承座1的凹槽相对的位置设有间隙为1mm-3mm的开口，支承波箔2在气膜作用力下会发生微小弹性变形，与顶层箔片3和轴承座1内表面发生微滑动，为轴承高速运转提供足够的阻尼，保证转子4运转的稳定性。
为保证转子4减小启动转矩，降低磨损，提高使用寿命，在顶层箔片3的内侧壁设置有耐磨涂层，所述的耐磨涂层的为二硫化钼层或聚四氟乙烯涂层，厚度为0.02mm-0.05mm。
与现有的箔片空气轴承相比，本发明采用增加顶层箔片3厚度的方法，一方面降低了箔片轴承对支承波箔一致性精度要求，同时解决了轴承在重载或冲击载荷下顶层箔片的“凹陷问题”，同时采用预紧转配方式，增大了轴承的阻尼，提高了轴承的抗冲击能力和运转稳定性。
增大顶层箔片3的厚度，传统箔片轴承的厚度为0.1mm～0.2mm，本方案中顶层箔片3厚度为0.5mm～3mm。
1.传统箔片轴承顶层箔片多采用带材通过卷曲成型加工而成，本方案中的顶层箔片3由于厚度较大，可采用内外圆磨床加工而成，加工方便且加工精度高。
2.如图5所示，由于顶层箔片3的抗弯强度与箔片厚度的3次方成正比，顶层箔片3厚度增大后，其抗弯强度得到极大的提高，解决了轴承在重载或冲击载荷下顶层箔片的“凹陷”问题。
传统箔片轴承的顶层箔片3和支承波箔2间不存在预紧力，本方案中加厚的顶层箔片3与支承波箔2间为预紧装配，装配完成后支承波箔2高度的变形量为0.01mm～0.04mm，这样即使支承波箔2的高度一致性不是太高也不会影响到顶层箔片3和转子4间楔形气膜的厚度分布，从而降低对波箔一致性的要求；同时，由于采用预紧装配，顶层箔片3与周向所有波箔间都紧密接触，当轴承工作时，在动态气膜压力作用下，顶层箔片3和所有支承波箔2间均存在库伦摩擦力，轴承阻尼增大，提高了轴承的稳定性。

Claims (4)

1.一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承，包括轴承座(1)、支承波箔(2)和顶层箔片(3)，顶层箔片(3)套装在轴承座(1)内，支承波箔(2)装配在轴承座(1)和顶层箔片(3)之间，其特征在于：所述的支承波箔(2)和顶层箔片(3)之间为预紧装配，顶层箔片(3)的厚度为0.5mm-3mm，支承波箔(2)的形变量为0.01mm-0.04mm。
2.根据权利要求1所述的一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：所述的轴承座(1)的内侧壁开有轴向的凹槽，支承波箔(2)为波纹状弹性支承构件且包含波状凸起和水平连接段，其中波状凸起与顶层箔片(3)接触，水平连接段与轴承座(1)内表面接触，支承波箔(2)由矩形薄板弯曲成环形，支承波箔(2)的一端设有向上翘起的卡固端并嵌装在轴承座(1)的凹槽处，顶层箔片(3)为圆柱形套筒结构，在顶层箔片(3)的侧壁与轴承座(1)的凹槽相对的位置设有间隙为1mm-3mm的开口。
3.根据权利要求1所述的一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：在顶层箔片(3)的内侧壁设置有耐磨涂层。
4.根据权利要求3所述的一种具有厚顶层箔片结构的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：所述的耐磨涂层的为二硫化钼层或聚四氟乙烯涂层，厚度为0.02mm-0.05mm。
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