CN108286567A - 一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承 - Google Patents

一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承，包括底板(1)、支承波箔(2)和顶层箔片(3)，圆形的底板(1)设置在下方，多片扇形的顶层箔片(3)固定在底板(1)的上方，支承波箔(2)装配在底板(1)和顶层箔片(3)之间，其特征在于：还包括设置在顶层箔片(3)和底板(1)结合处径向一侧的入口段垫片(4)，入口段垫片(4)的厚度可调，顶层箔片(3)的厚度为0.5mm‑1mm，支承波箔(2)和顶层箔片(3)之间为预紧装配，支承波箔(2)的形变量为0.01mm‑0.02mm。一方面降低了箔片轴承对支承波箔一致性精度要求，同时解决了止推轴承顶层箔片入口段的箔片变形问题，保证入口段气膜厚度形状基本不变，提高了轴承承载力。

Description

一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承
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止推箔片动压空气轴承。
背景技术
箔片空气轴承是一种采用空气作为润滑介质的自作用式动压空气轴承，20世纪70年代首先在飞机的环境控制系统(ACM)中得到应用,八九十年代逐步推广到小型涡喷发动机、透平制冷机、微型燃气轮机等领域，21世纪逐渐在空气悬浮离心鼓风机、电子涡轮增压器以及氢燃料电池用压缩机等领域得到进一步的应用发展。箔片空气轴承与传统高速轴承相比，具有结构简单、转速高、摩擦功耗低、耐高低温、稳定性好和维护方便等优点，在未来的高速旋转机械领域具有广阔的应用前景。
止推箔片空气轴承是利用顶层箔片和止推盘间楔形气膜的压缩效应来产生轴向承载力的，为保证轴承稳定工作，必须要求稳定可靠的楔形压缩气膜，这一方面要求止推轴承的支承波箔加工制造精度足够高，同时要求入口段气膜厚度分布形状具有良好的压缩效果。目前，止推箔片气体轴承的顶层箔片厚度多为0.1mm～0.2mm，为提高轴承的性能，必须提高支承波箔加工一致性的精度，这增加了工艺的复杂性和加工成本；同时顶层箔片厚度不够，在气膜压缩效应下，还会引起入口段气膜厚度分布形状发生变化，这会削弱楔形气膜的压缩效果，降低轴承的承载力。
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一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承。
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止推箔片动压空气轴承，包括底板、支承波箔和顶层箔片，圆形的底板设置在下方，多片扇形的顶层箔片固定在底板的上方，支承波箔装配在底板和顶层箔片之间，关键在于：还包括设置在顶层箔片和底板结合处径向一侧的入口段垫片，入口段垫片的厚度可调，顶层箔片的厚度为0.5mm-1mm，支承波箔和顶层箔片之间为预紧装配，支承波箔的形变量为0.01mm-0.02mm。
所述的底板的平面度不超过0.01mm，底板的外圆周平均分布有4-12个轴承固定槽，底板的上表面与轴承固定槽相对位置设置有4-12个径向的冷却凹槽，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，水平连接段与底板的上表面接触。
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。
本发明的有益效果是：本发明采用增加顶层箔片厚度的方法，一方面降低了箔片轴承对支承波箔一致性精度要求，同时解决了止推轴承顶层箔片入口段的箔片变形问题，保证入口段气膜厚度形状基本不变，提高了轴承承载力。由于顶层箔片和波箔采用预紧装配方式，增大了轴承阻尼，提高了轴承的运转稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中底板的结构示意图。
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是顶层箔片入口段变形示意图。
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止推箔片动压空气轴承，包括底板1、支承波箔2和顶层箔片3，圆形的底板1设置在下方，多片扇形的顶层箔片3固定在底板1的上方，支承波箔2装配在底板1和顶层箔片3之间，还包括设置在顶层箔片3和底板1结合处径向一侧的入口段垫片4，入口段垫片4的厚度可调，顶层箔片3的厚度为0.5mm-1mm，采用模具液压成型加工而成，支承波箔2和顶层箔片3之间为预紧装配，支承波箔2的形变量为0.01mm-0.02mm，入口段垫片4和底板1、顶层箔片3和入口段垫片4分别采用点焊的方式固定到一起，其中入口段垫片4的厚度可以调整，为一平行四边形平垫片，采用点焊的方式将顶层箔片3、入口段垫片4和底板1焊接到一起，通过改变入口段垫片4的厚度，可以改变入口段初始气膜厚度，达到提高轴承承载力的目的。
所述的底板1的平面度不超过0.01mm，底板1的外圆周平均分布有4-12个轴承固定槽，采用螺钉将底板1固定到壳体上，底板1的上表面与轴承固定槽相对位置设置有4-12个径向的冷却凹槽，一方面提高轴承的冷却效果，同时防止后续将顶层箔片3和支承波箔2焊接到底板1上时引起底板的局部翘曲，保证轴承的精度，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，水平连接段与底板1的上表面接触，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和底板1上表面发生微滑动，为轴承高速运转提供足够的阻尼，保证转子运转的稳定性，支承波箔2开设有与底板1同心的弧形开口，能够改变其自身的支承刚度分布，提高轴承的阻尼特性，从而提高轴承的静动态特性。
为保证转子减小启动转矩，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，耐磨涂层的为二硫化钼层或聚四氟乙烯涂层，涂层厚度为0.02mm-0.05mm。
与现有的止推箔片空气轴承相比，本发明增大顶层箔片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～1mm。
1.本方案中顶层箔片3同样采用模具液压成型的方式加工而成。
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，极大减小了止推轴承顶层箔片3入口段的变形问题，保证了良好的楔形气膜压缩效应，提高了轴承的承载力。
传统的止推箔片轴承顶层箔片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与支承波箔间2为预紧装配，装配完成后支承波箔2高度的变形量为0.01mm～0.02mm，这样即使支承波箔2高度一致性不是很好也不会影响到顶层箔片3和止推盘间楔形气膜的厚度分布，从而降低了对波箔一致性的要求。同时由于采用预紧装配，顶层箔片3和所有波箔间都紧密接触，当轴承工作时，在气膜压力作用下，顶层箔片3和所有支承波箔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止推箔片动压空气轴承，包括底板(1)、支承波箔(2)和顶层箔片(3)，圆形的底板(1)设置在下方，多片扇形的顶层箔片(3)固定在底板(1)的上方，支承波箔(2)装配在底板(1)和顶层箔片(3)之间，其特征在于：还包括设置在顶层箔片(3)和底板(1)结合处径向一侧的入口段垫片(4)，入口段垫片(4)为一平行四边形平垫片并于顶层箔片(3)和底板(1)固定在一起，，顶层箔片(3)的厚度为0.5mm-1mm，支承波箔(2)和顶层箔片(3)之间为预紧装配，支承波箔(2)的形变量为0.01mm-0.02mm。
2.根据权利要求1所述的一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承，其特征在于：所述的底板(1)的平面度不超过0.01mm，底板(1)的外圆周平均分布有4～12个轴承固定槽，底板(1)的上表面与轴承固定槽相对位置设置有4～12个径向的冷却凹槽，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，水平连接段与底板(1)的上表面接触。
3.根据权利要求1所述的一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承，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止推箔片动压空气轴承，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，涂层厚度为0.02mm-0.05mm。
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