CN108730331B - 轴向动压空气轴承以及其刚度和阻尼的调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于空气轴承技术领域，尤其涉及一种轴向动压空气轴承以及其刚度和阻尼的调整方法。该轴承包括轴承座、支撑组件以及平箔，平箔和轴承座的轴向表面平行布置，支撑组件装配在平箔和轴承座的轴向表面之间，支撑组件和平箔组成一个弹性支承结构，而支撑组件包括多个弹性箔片，多个弹性箔片设置在轴承座的轴向表面上，平箔通过多个弹性箔片支撑。若需要不同刚度和阻尼的弹性箔片空气轴承时，只需要选择不同宽度、密度、厚度或组合方式的弹性箔片，装配到轴承座和平箔之间即可。本发明能缩短其研发周期，并降低制造成本。

Description

轴向动压空气轴承以及其刚度和阻尼的调整方法

技术领域

本发明属于空气轴承技术领域，尤其涉及一种轴向动压空气轴承以及其刚度和阻尼的调整方法。

背景技术

轴向动压空气轴承是一种新型的弹性支承动压空气轴承，现有技术中，轴向动压空气轴承包括轴承座、支撑组件以及平箔，其中，平箔和轴承座的轴向表面平行布置，支撑组件装配在平箔和轴承座的轴向表面之间，支撑组件和平箔组成一个弹性支承结构。

在使用时，将两个上述轴向动压空气轴承固定安装在机架上，转轴沿转轴的轴向依次穿过两个轴向动压空气轴承，轴承上套装有一个工作板，该工作板设置在两个轴向动压空气轴承的平箔之间，随着转轴的旋转，与转轴接触的空气被挤入平箔和工作板之间的空隙中，当转轴达到一定转速后，工作板和平箔之间会产生气体动压力，在工作板和平箔之间形成气膜。在轴承工作过程中，支撑组件与平箔所组成的弹性支承结构会自适应的产生变形，使轴承的气膜厚度增加，工作更加稳定。配备空气轴承的旋转机械不需要额外的润滑系统，降低了系统的复杂性，提高了经济性和可靠性。相对于传统的空气动压轴承，轴向动压空气轴承具有承载能力大、轴承稳定性高、使用寿命长等优势。

刚度和阻尼是轴承的重要性能参数，直接影响了转子系统的稳定性，空气轴承的刚度和阻尼是由支撑组件与平箔所组成的弹性支承结构决定的，合理的分布轴承的支撑刚度，增大结构阻尼，是轴向动压空气轴承设计的关键。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术中至少具有以下不足：

现有技术中，每一类轴向动压空气轴承的刚度和阻尼确定的，若需要不同刚度和阻尼的轴向动压空气轴承，则需根据待开发的轴向动压空气轴承的刚度和阻尼，重新开发一套弹性支承结构的模具，但模具开发的制造工艺复杂，周期长，且效率低下，因此，需对现有技术进行改进。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种轴向动压空气轴承以及其刚度和阻尼的调整方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一方面，本发明提供了一种轴向动压空气轴承，所述轴承包括轴承座、支撑组件以及平箔，所述平箔和轴承座的轴向表面平行布置，所述支撑组件装配在所述平箔和轴承座的轴向表面之间，其特殊之处在于，

所述支撑组件包括多个弹性箔片，所述多个弹性箔片设置在所述轴承座的轴向表面上，所述平箔通过多个所述弹性箔片支撑。

进一步地，所述支撑组件还包括支撑板，所述支撑板设置在所述轴承座的轴向表面上，所述多个弹性箔片设置在所述支撑板背向所述轴承座的轴向表面的表面上。

进一步地，每个所述弹性箔片均呈弧形，每个所述弹性箔片的一端均固定设置在所述支撑板上，所述平箔通过每个所述弹性箔片的另一端支撑。

更进一步地，多个所述弹性箔片设置有多排。

可选地，每排所述弹性箔片中的每个所述弹性箔片的一端均位于第一直线上，所述第一直线位于所述轴承座的径向上。

可选地，每排所述弹性箔片包括第一类型弹性箔片和第二类型弹性箔片，所述第一类型弹性箔片和所述第二类型弹性箔片交错布置，每个所述第一类型弹性箔片的一端均位于第二直线上，每个所述第二类型弹性箔片的一端均位于第三直线上，所述第二直线与所述第三直线均位于所述轴承座1的径向上且不同的直线。

进一步地，所述平箔包括多个平箔单体，每个所述平箔单体均呈扇形，每个所述平箔单体均由对应的所述弹性箔片支撑，多个所述平箔单体拼装成一个呈环状的平箔。

更进一步地，所述支撑板包括多个支撑单体，所述支撑单体和所述平箔单体对应设置，每个所述支撑单体也呈扇形，所述平箔单体的其中一个径向侧边折弯，形成连接部，所述连接部固定设置在对应的所述支撑单体的径向侧边上。

优选地，每个所述弹性箔片的圆心角为15°～60°。

另一方面，本发明提供了一种轴向动压空气轴承的刚度和阻尼调整方法，其特征在于，所述方法包括：

提供不同宽度的弹性箔片、提供沿所述轴承座周向上不同密度的弹性箔片、或/和提供不同厚度的所述弹性箔片，将所提供的弹性箔片装配在轴承座的轴向表面和所述平箔之间，实现轴承的周向刚度的调整；

提供位于所述轴承座的径向上且不同刚度参数的弹性箔片，将所提供的弹性箔片装配在所述轴承座的轴向表面和所述平箔之间，实现轴承径向任意点的刚度的调整；

提供多个区域内的弹性箔片，且不同区域的弹性箔片的高度不同，将所提供的弹性箔片装配在所述轴承座的轴向表面和所述平箔之间，实现轴承轴向上的刚度的调整；

提供多排弹性箔片，同一排的弹性箔片中相邻的弹性箔片交错布置，将多排弹性箔片装配在所述轴承座的轴向表面和所述平箔之间，实现轴承的阻尼的调整。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种轴向动压空气轴承，由于支撑组件和平箔组成一个弹性支承结构，而支撑组件包括多个弹性箔片，多个弹性箔片设置在轴承座的轴向表面上，平箔通过多个弹性箔片支撑，因此，若需要不同刚度和阻尼的弹性箔片空气轴承时，只需要选择不同宽度、密度、厚度或组合方式的弹性箔片，装配到轴承座和平箔之间，即可获得不同刚度以及阻尼的轴承，不需要再开发制造整个弹性支撑结构模具，解决了现有技术中需要从新开发制造整个弹性支撑结构模具，导致制造成本增加，制造周期加长，制造效率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种轴向动压空气轴承的结构示意图；

图2为图1的局部剖视图；

图3为图1中的支撑组件的结构示意图；

图4为图1中的弹性箔片在支撑板上的装配示意图；

图5为本发明实施例中的支撑组件的另一种结构示意图；

图6为图1中的平箔单体的装配示意图；

图7为图1所示的轴向动压空气轴承的使用状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种轴向动压空气轴承的结构示意图，参见图1，本发明实施例的轴承包括轴承座1、支撑组件2以及平箔3，平箔3和轴承座1的轴向表面平行布置，支撑组件装配在平箔3和轴承座1的轴向表面之间，支撑组件2和平箔3组成一个弹性支承结构。

图2为图1的局部剖视图，图3为图1中的支撑组件的结构示意图，结合图1、图2及图3，本发明实施例的特殊之处在于，支撑组件2包括多个弹性箔片2.2，多个弹性箔片2.2设置在轴承座1的轴向表面上，平箔3通过多个弹性箔片2.2支撑。

结合图1、图2及图3，本发明实施例中，支撑组件还可以包括支撑板2.1，支撑板2.1设置在轴承座1的轴向表面上，多个弹性箔片2.2设置在支撑板2.1背向轴承座1的轴向表面上，即多个弹性箔片2.2通过支撑板2.1装配在轴承座1的轴向表面上。

当然，多个弹性箔片2.2也可以直接装配在轴承座1的轴向表面上，但考虑到轴承座1的空间限制，本发明实施例优选为铜管支撑板2.1的方式装配在轴承座1的轴向表面上。

结合图3，本发明实施例中，每个弹性箔片2.2均呈弧形，每个弹性箔片2.2的一端均固定设置在支撑板2.1上，平箔3通过每个弹性箔片2.2的另一端支撑。

优选地，本发明实施例中，每个弹性箔片2.2的圆心角为15°～60°，此种角度下的弹性支承结构对转轴的支撑效果较好。

图4为图1中的弹性箔片在支撑板上的装配示意图，结合图1、图2及图4，本发明实施例中，多个弹性箔片2.2设置有多排，排与排之间可以平行设置，也可以沿轴承座的径向设置等，本发明实施例对此不作限制。

结合图3及图4，本发明实施例中，每排弹性箔片2.2包括第一类型弹性箔片和第二类型弹性箔片，第一类型弹性箔片和第二类型弹性箔片交错布置，每个第一类型弹性箔片的一端均位于第二直线上，每个第二类型弹性箔片的一端均位于第三直线上，第二直线与第三直线均位于轴承座1的径向上且不同的直线。

本发明实施例中，弹性箔片也可以采用其他方式布置，图5为本发明实施例中的支撑组件的另一种结构示意图，结合图5，该支撑组件中的每排弹性箔片2.2中的每个弹性箔片2.2的一端均位于第一直线上，第一直线位于轴承座1的径向上。

当然，上述只是弹性箔片2.2的两种布置方式，当然，多排弹性箔片2.2也可以绕轴承座1的中心轴非等角度间隔设置在装配套2.1的内壁上，或者，弹性箔片2.2呈波浪形设置，即弹性箔片2.2的布置方式可以根据要达到的刚度或/和阻尼进行实际布置，本发明实施例对此不做限制。

结合图1及图2，本发明实施例中，平箔3可以包括多个平箔单体，每个平箔单体均呈扇形，每个平箔单体均由对应的弹性箔片2.2支撑，多个平箔单体拼装成一个呈环状的平箔3。

图6为图1中的平箔单体的装配示意图，结合图1、图2及图6，本发明实施例中的支撑板2.1也包括多个支撑单体，支撑单体和平箔单体对应设置，每个支撑单体也呈扇形，每个平箔单体的其中一个径向表面折弯，形成连接部，该连接部固定焊接设置在对应的支撑单体的径向侧边上，以实现平箔单体的装配。

当然，支撑板2.1也可以为一体式结构，该连接部固定焊接在支撑板2.1的表面上。

本发明实施例中，支撑板2.1可以采用键连接、螺钉连接或焊接的方式装配在轴承座1的轴向表面上，本发明实施例对此不作限制。

本发明实施例的轴向动压空气轴承，装配式，先将多个弹性箔片2.2按照既定的顺序排列在支撑板2.1上，随后将平箔3装配在支撑板2.1上，最后再将支撑板2.1固定在轴承座1的轴向表面上即可。

需要说明的是，本发明实施例中的每排弹性箔片2.2均可以安装在一个长条上，弹性箔片2.2组装完毕后，所有的长条可以拼接成一个支撑板2.1。

图7为图1所示的轴向动压空气轴承的使用状态示意图，结合图7，本发明实施例的轴向动压空气轴承在使用时，将两个轴向动压空气轴承相对固定设置在机架上，转轴4上套装在一个工作板5上，该工作板5设置在两个轴向动压空气轴承的平箔3之间，在转轴4旋转的过程中，支撑组件2与平箔3所组成的弹性支承结构会自适应的产生变形，使轴承的气膜厚度增加，工作更加稳定。

本发明实施例所提供的一种轴向动压空气轴承，由于支撑组件和平箔组成一个弹性支承结构，而支撑组件包括多个弹性箔片，多个弹性箔片设置在轴承座的轴向表面上，平箔通过多个弹性箔片支撑，因此，若需要不同刚度和阻尼的弹性箔片空气轴承时，只需要选择不同宽度、密度、厚度或组合方式的弹性箔片，装配到装配套中，然后再将装配套装配到轴承座和平箔之间，即可获得不同刚度以及阻尼的轴承，不需要再开发制造整个弹性支撑结构模具，解决了现有技术中需要从新开发制造整个弹性支撑结构模具，导致制造成本增加，制造周期加长，制造效率低的技术问题，本发明实施例由于只需要预先制造出各种尺寸弹性箔片，再根据轴承的刚度和阻尼，选择合适的弹性箔片进行装配即可，能缩短其研发周期，并降低制造成本。

本发明实施例中，弹性箔片的宽度、沿周向弹性箔片的密度以及弹性箔片的厚度决定了每一个支撑点的刚度，通过增加弹性凸起的宽度、增加弹性凸起的个数以及增加每一片弹性片的厚度可以实现支撑刚度的增大，反之可以降低支撑刚度。

具体地：

提供不同宽度(即沿轴承座1的轴向的长度)的弹性箔片2.2、提供沿轴承座1周向上不同密度的弹性箔片2.2、或/和提供不同厚度(即沿轴承座1的径向的长度)的弹性箔片2.2，将所提供的弹性箔片2.2装配在轴承座1的轴向表面和平箔3之间，实现轴承的周向刚度的调整。

提供位于轴承座1的径向上且不同刚度参数的弹性箔片2.2，将所提供的弹性箔片2.2装配在轴承座1的轴向表面和平箔3之间，实现轴承径向任意点的刚度的调整。

提供多个区域内的弹性箔片2.2，且不同区域的弹性箔片2.2的高度不同，将所提供的弹性箔片2.2装配在轴承座1的轴向表面和平箔3之间，实现轴承轴向上的刚度的调整，例如：将单数弹性箔片2.2和双数弹性箔片2.2设计成不同的高度，可实现轴承在径向的刚度变化，当转轴位移较小时会与高度较大的弹性凸起(单数片或双数片)接触，当转轴的位移增大后便会同时接触到两种高度的弹性箔片2.2(双数片或单数片)，从而实现了在径向方向的刚度变化，依次类推可以布置成3级甚至更多的刚度等级。

提供多排弹性箔片2.2，同一排的弹性箔片2.2中相邻的弹性箔片2.2交错布置，将多排弹性箔片2.2装配在轴承座1的轴向表面和平箔3之间，这样布置的结构使得转轴在一定位移下的弹性箔片2.2相对运动位移最大，最大限度的提高弹性支撑结构在变形过程中的摩擦损耗功，而轴承阻尼的来源主要来源于弹性结构变形过程中的损耗，所以轴承的阻尼在此结构下可以大大提高，即可实现轴承的阻尼的调整。

本发明实施例中的弹性箔片2.2在研发试验阶段可以采用高精度激光切割、蚀刻等方法制造，以缩短研发周期，在大规模生产阶段可以采用高速冲压的方式制造，降低成本。

相比于现有技术中轴承的周向、轴向和径向的刚度调整需要通过模具重新设计结构的方式，本发明实施例只需要选择不同的弹性箔片进行装配即可，更加高效快捷。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (4)

1.一种轴向动压空气轴承，所述轴承包括轴承座(1)、支撑组件(2)以及平箔(3)，所述平箔(3)和轴承座(1)的轴向表面平行布置，所述支撑组件装配在所述平箔(3)和轴承座(1)的轴向表面之间，其特征在于，

所述支撑组件(2)包括多个弹性箔片(2.2)，所述多个弹性箔片(2.2)设置在所述轴承座(1)的轴向表面上，所述平箔(3)通过多个所述弹性箔片(2.2)支撑；

所述支撑组件还包括支撑板(2.1)，所述支撑板(2.1)设置在所述轴承座(1)的轴向表面上，所述多个弹性箔片(2.2)设置在所述支撑板(2.1)背向所述轴承座(1)的轴向表面的表面上；

每个所述弹性箔片(2.2)均呈弧形，每个所述弹性箔片(2.2)的一端均固定设置在所述支撑板(2.1)上，所述平箔(3)通过每个所述弹性箔片(2.2)的另一端支撑；

多个所述弹性箔片(2.2)设置有多排；

每排所述弹性箔片(2.2)包括第一类型弹性箔片和第二类型弹性箔片，所述第一类型弹性箔片和所述第二类型弹性箔片交错布置，每个所述第一类型弹性箔片的一端均位于第二直线上，每个所述第二类型弹性箔片的一端均位于第三直线上，所述第二直线与所述第三直线均位于所述轴承座(1)的径向上且不同的直线；

所述平箔(3)包括多个平箔单体，每个所述平箔单体均呈扇形，每个所述平箔单体均由对应的所述弹性箔片(2.2)支撑，多个所述平箔单体拼装成一个呈环状的平箔(3)。

2.根据权利要求1所述的轴向动压空气轴承，其特征在于，所述支撑板(2.1)包括多个支撑单体，所述支撑单体和所述平箔单体对应设置，每个所述支撑单体也呈扇形，所述平箔单体的其中一个径向侧边折弯，形成连接部(3.1)，所述连接部(3.1)固定设置在对应的所述支撑单体的径向侧边上。

3.根据权利要求1-2任一项所述的轴向动压空气轴承，其特征在于，每个所述弹性箔片(2.2)的圆心角为15°～60°。

4.一种如权利要求1所述的轴向动压空气轴承的刚度和阻尼调整方法，其特征在于，所述方法包括：

提供不同宽度的弹性箔片(2.2)、提供沿轴承座(1)周向上不同密度的弹性箔片(2.2)、或/和提供不同厚度的所述弹性箔片(2.2)，将所提供的弹性箔片(2.2)装配在轴承座(1)的轴向表面和所述平箔(3)之间，实现轴承的周向刚度的调整；

提供位于所述轴承座(1)的径向上且不同刚度参数的弹性箔片(2.2)，将所提供的弹性箔片(2.2)装配在所述轴承座(1)的轴向表面和所述平箔(3)之间，实现轴承径向任意点的刚度的调整；

提供多个区域内的弹性箔片(2.2)，且不同区域的弹性箔片(2.2)的高度不同，将所提供的弹性箔片(2.2)装配在所述轴承座(1)的轴向表面和所述平箔(3)之间，实现轴承轴向上的刚度的调整；

提供多排弹性箔片(2.2)，同一排的弹性箔片(2.2)中相邻的弹性箔片(2.2)交错布置，将多排弹性箔片(2.2)装配在所述轴承座(1)的轴向表面和所述平箔(3)之间，实现轴承的阻尼的调整。

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