CN109707737A - 一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承 - Google Patents
一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，包括轴、轴承座、可倾瓦块、顶层箔片和底层拱箔，其中，轴嵌装在轴承座内，可倾瓦块设置有多个，沿圆周方向布置在轴承座内表面和轴外表面之间；每个可倾瓦块的内表面贴合连接有一个底层拱箔，底层拱箔的内表面贴合连接有一个顶层箔片；轴承座的内侧曲面上沿其周向方向均布有若干个球冠支点；可倾瓦块的外曲面上开设有半球状结构的凹槽，该凹槽与球冠支点相配合；本发明兼具普通弹性箔片气体轴承和可倾瓦径向轴承的优点，底部可倾瓦块受到气膜力作用旋转，进而调整轴承气膜形状，可以改善轴颈不对中的情况，有效的避免了转子轴颈与轴瓦碰磨的故障发生，从而具备性能稳定，整体性强，预紧可调等优点。
Description
技术领域
本发明属于无油润滑轴承领域，特别涉及一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承。
背景技术
弹性箔片气体轴承是一种以气体作为润滑介质的径向滑动轴承，它采用了弹性支承元件进行柔性支撑，从而使得该种轴承具有很强的自适应性，可以在高温、高速条件下长期运行。典型的弹性箔片动压气体轴承，受到安装精度、箔片变形程度以及轴颈不对中度的影响，在运行过程中，顶层箔片往往会与转子的下端面发生碰磨，可能导致系统稳定性降低，长期运行时磨损加剧，降低轴承寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，解决了现有的弹性箔片气体轴承在运行过程中，顶层箔片往往会与转子的下端面发生碰磨，导致系统稳定性降低、长期运行时磨损加剧，以及轴承寿命降低的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，包括轴、轴承座、可倾瓦块、顶层箔片和底层拱箔，其中，轴嵌装在轴承座内，可倾瓦块设置有多个，沿圆周方向布置在轴承座内表面和轴外表面之间，且可倾瓦块和轴承座之间为柔性连接；每个可倾瓦块的内表面贴合连接有一个底层拱箔，底层拱箔的内表面贴合连接有一个顶层箔片。
优选地，轴承座的内侧曲面上沿其周向方向均布有若干个球冠支点；可倾瓦块的外曲面上开设有半球状结构的凹槽，该凹槽与球冠支点相配合。
优选地，可倾瓦块的一端端面由第一平面和第二平面构成，其中，第一平面与可倾瓦块的内曲面连接，第二平面与可倾瓦块的外曲面连接；第一平面上开设有直槽和螺纹孔，所述螺纹孔的轴线与直槽的轴线相交；直槽的轴线与切线之间的夹角为37°。
优选地，直槽内安装有垫片，螺纹孔内安装有螺钉，通过螺钉将垫片进行压紧固定。
优选地，顶层箔片一端的端部为勾状结构，该勾状结构装卡在直槽内；底层拱箔的一端端部为勾状结构，底层拱箔的勾状结构装卡在直槽内，且置于顶层箔片勾状结构的下方。
优选地，顶层箔片为周期性多瓦依次搭接结构，其中，上一片顶层箔片的自中间边至搭接边之间的第二曲面搭接在下一片顶层箔片的自第一倒角至中间边之间的第一曲面上，每一片顶层箔片的自中间边至搭接边之间的第二曲面同轴接触，并依次搭接，形成一个曲面，为轴提供支撑。
优选地，底层拱箔的内表面间隔设置有若干个拱箔，该拱箔用于支撑顶层箔片。
优选地，可倾瓦块一端的端面开设有弧形凹槽；底层拱箔和顶层箔片的一端端部均为C 型结构，C型结构装卡在弧形凹槽内。
优选地，可倾瓦块一端的端面开设有矩形凹槽，该矩形凹槽的轴线与切线平行；底层拱箔和顶层箔片的一端端部均为直角U型结构，该直角U型结构装卡在矩形凹槽内。
优选地，可倾瓦块与轴承座之间通过柔性铰链。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明兼具普通弹性箔片气体轴承和可倾瓦径向轴承的优点，底部可倾瓦块受到气膜力作用旋转，进而调整轴承气膜形状，可以改善轴颈不对中的情况，有效的避免了转子轴颈与轴瓦碰磨的故障发生，从而具备性能稳定，整体性强，预紧可调等优点。
第一，性能稳定：与传统的弹性箔片气体轴承相比，本发明采用底部可倾瓦块，可绕轴承座上固定的球状支点绕轴向或轴向旋转一定角度，对于轴的轴线与轴承轴线不对中的情况可以自动调整可倾瓦块的轴向角度，从而有效避免瓦块损坏。
第二，整体性强：与传统的可倾瓦轴承相比，本发明通过在瓦块侧面设计凹槽，使用螺钉和垫片固定顶层箔片和底层拱箔，采用多片顶层箔片搭接的形式，使每块可倾瓦块受到的轴载荷更为平均，轴承结构更加整体。
第三，预紧可调：由于本发明采用螺钉压紧垫片，从而对顶层箔片和底层拱箔进行固定，可微调压紧程度，从而改变顶层箔片的初始曲面弧度来调节轴承的预紧情况。此方法简单易用，具有较高的灵活性。
进一步的，顶层箔片和底层拱箔的固定方式在对预紧无调整需求的情况下，还可选用“C”型或矩形装配方式。
附图说明
图1是本发明整体结构图；
图2是图1的部分局部放大图；
图3是本发明轴承座的结构图；其中，图3a为轴承座的主视图，图3b为轴承座的辅助 A向剖面图；
图4是本发明轴承可倾瓦块的结构图，其中，图4a是主视图，图4b是俯视图；
图5是本发明顶层箔片的结构图，其中，图5a是本发明顶层箔片的主视图，图5b是俯视图；
图6是本发明底层拱箔的主视图；
图7是本发明可倾瓦块与箔片第二种装配方式主视图；
图8是本发明可倾瓦块与箔片第三种装配方式主视图；
图9是本发明可倾瓦块其他旋转方式实现主视图；
其中，1、轴 2、轴承座 3、轴承座内侧曲面 4、球冠支点 5、可倾瓦块 6、可倾瓦块的外曲面 7、螺钉 8、垫片 9、顶层箔片 10、底层拱箔 11、可倾瓦块内曲面 12、直槽的内表面 13、直槽 13a、弧形凹槽 13b、矩形 14、第一平面 15、螺纹孔 16、第二平面 17、凹槽内曲面 18、顶层箔片勾状结构的外表面 19、第一曲面 20、中间边 21、第二曲面 22、搭接边23、底层拱箔勾状结构的外表面 24、拱箔 25、底层拱箔的内表面 26、底层拱箔的外弧面27、球冠支点外曲面 28、柔性材料。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，包括轴1、轴承座2和可倾瓦块5，其中，轴1嵌装在轴承座2内，可倾瓦块5设置有多个，沿圆周方向布置在轴承座2和轴1之间。
其中，如图3所示，轴承座2的内侧曲面3上沿其周向方向布置有若干个球冠支点4，该球冠支点4朝向轴承座2中心轴方向开设，如图3b所示。
如图4所示，可倾瓦块5为扇形结构，其中，可倾瓦块5的外曲面6上开设有半球状结构的凹槽，该凹槽与球冠支点4相配合，在无载荷状态，所述凹槽的内曲面17与球冠支点4的外曲面28呈点接触状态，当施加载荷后，所述凹槽的内曲面17与球冠支点4的外曲面28相贴合，并能实现可倾瓦块5在气膜力作用下绕球冠支点4沿轴向或圆周方向旋转一定角度。
可倾瓦块5的一端端面由第一平面14和第二平面16构成，其中，第一平面14与可倾瓦块5的内曲面11连接，第二平面16与可倾瓦块5的外曲面6连接。
第一平面14上开设有直槽13和螺纹孔15，所述螺纹孔15的轴线与直槽13的轴线相交；直槽13的轴向朝向外曲面6一侧，螺纹孔15的轴向朝向内曲面11的一侧。
所述直槽13的轴线与切线之间的夹角为37°。
直槽13内安装有垫片8，螺纹孔15内安装有螺钉7，通过螺钉7将垫片8进行压紧固定。
如图5所示，顶层箔片9为周期性多瓦依次搭接结构，其中，上一片顶层箔片9的自中间边20至搭接边22之间的第二曲面21搭接在下一片顶层箔片9的自第一倒角至中间边20之间的第一曲面19上，每一片顶层箔片9的自中间边20至搭接边22之间的第二曲面21同轴1接触，并依次搭接，形成一个曲面，为轴1提供支撑。
顶层箔片9一端的端部为勾状结构，该勾状结构装卡在直槽13内，该勾状结构的外平面 18与垫片8相贴合。
如图6所示，底层拱箔10的一端端部为勾状结构，底层拱箔10的勾状结构装卡在直槽 13内，且置于顶层箔片9勾状结构的下方；底层拱箔10的勾状结构的外表面23与顶层箔片9 勾状结构的内表面相贴合。
底层拱箔10的外弧面26与可倾瓦块5的内曲面11相贴合。
底层拱箔10的内弧面25间隔设置有若干个拱箔24，该拱箔24用于支撑顶层箔片9。
如图7所示，可倾瓦块5一端的端面开设有弧形凹槽13a；底层拱箔10和顶层箔片9的一端端部均为C型结构，该C型结构装卡在弧形凹槽13a内。
如图8所示，可倾瓦块5一端的端面开设有矩形凹槽13b，该矩形凹槽13b的轴线与切线平行；底层拱箔10和顶层箔片9的一端端部均为直角U型结构，该直角U型结构装卡在矩形凹槽13b内。
所述的轴1的材料为高温合金GH4169。
所述的轴承座2上的球冠支点4个数和可倾瓦块5的个数相等，均为m＝3、4、5、6、7
或8。
所述的顶层箔片9和底层拱箔10的个数相等，均为n＝m＝3、4、5、6、7或8，顶层箔片9
的厚度为0.1～0.4mm，材料为高温合金GH4145，并涂有耐高温涂层。
底层拱箔10的厚度为0.06～0.2mm，材料为弹簧钢。
所述的垫片8的厚度为1～3mm，硬度60HRC。
所述的底层拱箔10的内曲面张角为360°/m，所述的可倾瓦块5内曲面11的曲面张角为
360°/m。
所述的螺钉7与轴承座2的螺纹孔15通过M4螺纹旋合。
顶层箔片9和底层拱箔10的固定方式在对预紧无调整需求的情况下，还可选用“C”型或
矩形装配方式。
本发明底部可倾功能也可通过可倾瓦块与轴承座之间通过柔性铰链28进行连接从而实现
可倾瓦块可根据所受载荷变化自行摆动。
本发明兼具普通弹性箔片气体轴承和可倾瓦径向轴承的优点，底部可倾瓦块受到气膜力作用旋转，进而调整轴承气膜形状，可以改善轴颈不对中的情况，有效的避免了转子轴颈与轴瓦碰磨的故障发生，从而具备性能稳定，整体性强，预紧可调等优点。
第一，性能稳定：与传统的弹性箔片气体轴承相比，本发明采用底部可倾瓦块，可绕轴承座2上固定的球状支点绕轴向或轴向旋转一定角度，对于轴1的轴线与轴承轴线不对中的情况可以自动调整可倾瓦块5的轴向角度，从而有效避免瓦块损坏。
第二，整体性强：与传统的可倾瓦轴承相比，本发明通过在瓦块侧面设计凹槽，使用螺钉和垫片固定顶层箔片9和底层拱箔10，采用多片顶层箔片搭接的形式，使每块可倾瓦块5 受到的轴1载荷更为平均，轴承结构更加整体。
第三，预紧可调：由于本发明采用螺钉7压紧垫片8，从而对顶层箔片9和底层拱箔10 进行固定，可微调压紧程度，从而改变顶层箔片9的初始曲面弧度来调节轴承的预紧情况。此方法简单易用，具有较高的灵活性。
本发明的工作原理：
由于轴1的自重和顶层箔片9的预紧作用，在轴1起飞之前，轴颈被多个顶层箔片9的自中间边20至搭接边22之间的周期性第二曲面21所形成的曲面紧紧贴合，当轴1转动时，两者之间产生摩擦作用，随着转速的提高，轴1克服了与周期性第二曲面21所形成的曲面的摩擦扭矩后，脱离与曲面21所形成的曲面的接触，形成润滑气膜，开始正常工作。在轴承工作的过程中，可倾瓦块5受气膜力作用，绕轴承座上球冠支点4沿轴向和轴向旋转一定角度，实现力矩平衡，从而影响顶层箔片9的自中间边20至搭接边22之间的周期性第二曲面21所形成的曲面与轴1的轴颈形成的润滑气膜的形状，从而调整该弹性箔片气体轴承的动态特性。当轴颈收到动态扰动作用，产生的动态气膜力将破坏可倾瓦块5的力矩平衡，进而促使可倾瓦块 5绕球冠支点摆动到新的平衡位置，并调整润滑气膜的形状，使轴承工作状态趋于稳定。加之顶层箔片9和底层拱箔10的柔性，该发明相较于一般气体轴承可以提供更好的稳定性和自适应变形能力。
Claims (10)
1.一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，包括轴(1)、轴承座(2)、可倾瓦块(5)、顶层箔片(9)和底层拱箔(10)，其中，轴(1)嵌装在轴承座(2)内，可倾瓦块(5)设置有多个，沿圆周方向布置在轴承座(2)内表面和轴(1)外表面之间，且可倾瓦块(5)和轴承座(2)之间为柔性连接；每个可倾瓦块(2)的内表面(11)贴合连接有一个底层拱箔(10)，底层拱箔(10)的内表面(25)贴合连接有一个顶层箔片(9)。
2.根据权利1所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，轴承座(2)的内侧曲面(3)上沿其周向方向均布有若干个球冠支点(4)；可倾瓦块(5)的外曲面(6)上开设有半球状结构的凹槽，该凹槽与球冠支点(4)相配合。
3.根据权利1所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，可倾瓦块(5)的一端端面由第一平面(14)和第二平面(16)构成，其中，第一平面(14)与可倾瓦块(5)的内曲面(11)连接，第二平面(16)与可倾瓦块(5)的外曲面(6)连接；第一平面(14)上开设有直槽(13)和螺纹孔(15)，所述螺纹孔(15)的轴线与直槽(13)的轴线相交；直槽(13)的轴线与切线之间的夹角为37°。
4.根据权利3所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，直槽(13)内安装有垫片(8)，螺纹孔(15)内安装有螺钉(7)，通过螺钉(7)将垫片(8)进行压紧固定。
5.根据权利3所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，顶层箔片(9)一端的端部为勾状结构，该勾状结构装卡在直槽(13)内；底层拱箔(10)的一端端部为勾状结构，底层拱箔(10)的勾状结构装卡在直槽(13)内，且置于顶层箔片(9)勾状结构的下方。
6.根据权利1所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，顶层箔片(9)为周期性多瓦依次搭接结构，其中，上一片顶层箔片(9)的自中间边(20)至搭接边(22)之间的第二曲面(21)搭接在下一片顶层箔片(9)的自第一倒角至中间边(20)之间的第一曲面(19)上，每一片顶层箔片(9)的自中间边(20)至搭接边(23)之间的第二曲面(21)同轴(1)接触，并依次搭接，形成一个曲面，为轴(1)提供支撑。
7.根据权利1所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，底层拱箔(10)的内表面(25)间隔设置有若干个拱箔(24)，该拱箔(24)用于支撑顶层箔片(9)。
8.根据权利1所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，可倾瓦块(5)一端的端面开设有弧形凹槽(13a)；底层拱箔(10)和顶层箔片(9)的一端端部均为C型结构，C型结构装卡在弧形凹槽(13a)内。
9.根据权利1所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，可倾瓦块(5)一端的端面开设有矩形凹槽(13b)，该矩形凹槽(13b)的轴线与切线平行；底层拱箔(10)和顶层箔片(9)的一端端部均为直角U型结构，该直角U型结构装卡在矩形凹槽(13b)内。
10.根据权利1所述的一种底层可倾的多瓦搭接带预紧弹性箔片气体轴承，其特征在于，可倾瓦块(5)与轴承座(2)之间通过柔性铰链(28)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190503 |