CN109812493A - 空气箔片径向轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气箔片径向轴承，所述空气箔片径向轴承包括：轴承壳体，具有其中布置有转动体的中空部；以及具有不同长度的一对顶箔，形成在所述中空部的内侧，从而由于长度减小而增强装配性并且通过调节插入有顶箔的槽的位置来增大高速旋转时的稳定性。

Description

空气箔片径向轴承

技术领域

本发明涉及一种空气箔片径向轴承，并且更具体地，涉及这样一种空气箔片径向轴承，所述空气箔片径向轴承包括具有不同长度的一对顶箔，从而增强在高速旋转时的稳定性。

背景技术

轴承是一种将转轴固定在预定位置处并支承所述轴的自重和施加到所述轴的载荷以使所述轴旋转的机械元件。

轴承中的空气箔片轴承是一种当空气(作为在根据转动体或转轴的高速旋转而与转动体或轴承盘接触的箔片之间的具有粘性的流体)被引入并形成压力时支承载荷的轴承。

此外，空气箔片轴承中的空气箔片径向轴承是一种用于支承转动体的径向载荷的轴承，所述径向是垂直于转动体的旋转方向的方向。

图1是示出当转动体在传统空气箔片径向轴承中旋转时空气的压力分布的截面图。

在这种情况下，如图1中示出的，空气箔片径向轴承包括：轴承壳体10；波箔20，沿轴承壳体10的中空部11的内圆周表面12安装；顶箔30，布置在波箔20的内侧；以及转动体40或转轴，布置在顶箔30的内侧，其中，转动体40在顶箔30的内圆周表面与转动体40的外圆周表面彼此分隔开的状态下旋转。这里，波箔20和顶箔30具有通过将圆周方向的端部沿径向方向向外弯折而形成的弯折部21和31。弯折部21和31插入到形成在轴承壳体10中的槽13中以与轴承壳体10结合，使得波箔20和顶箔30不旋转或不被推出去并被固定到轴承壳体10。

图2是示出当图1中的转动体旋转时根据轴承壳体的位置或角度的顶箔与转动体之间的间隔(h)以及空气的压力分布(p)的图表。

如图2中示出的，当转动体40旋转时，如附图中示出的，由存在于顶箔30与转动体40之间的空气形成压力，使得转动体40在转动体40与顶箔30分隔开的状态下旋转。也就是说，当转动体40停止时，转动体40的下侧通过转动体40的自重安放在顶箔30上以得到支承，并且当转动体旋转时，转动体40以浮动状态旋转。在这种情况下，转动体40的旋转中心(RC)与轴承壳体10的中心(HC)不重合，并且转动体40在转动体40的旋转中心偏向一侧(从轴承壳体10的中心朝向一侧)的状态下旋转。更具体地，转动体40的旋转中心的位置比轴承壳体10的中心的位置低，并且当转动体40以逆时针方向旋转时，转动体40的旋转中心形成为偏向右侧。

如以上所描述的，当转动体40的旋转中心与轴承壳体10的中心不重合并且转动体40在偏向一侧的状态下旋转时，如果将其用于空气压缩机，则与转动体40的一侧结合以与转动体40一起旋转的叶轮的旋转精度劣化，因此这可能使空气压缩机的效率和性能劣化。

图3是示出应用有三个箔片(根据非专利文献1)的轴承壳体、箔片和转动体之间的间隔的关系图和图表。

为解决以上提到的问题，如图3中示出的，当轴承的箔片(顶箔或波箔)的数量增多时，因为由内部流动产生的压力增大并且三个片的不同运动可增大刚性和阻尼效应，所以使用三个箔片而不是一个箔片是一种技术。

也就是说，为了增强转动体的高速稳定性，三个槽按照120度的间隔形成在轴承壳体中并将箔片插入到槽中以提供机械预载荷。此外，这种技术表明具有预载荷的气体箔片轴承增强了无油涡轮增压器的高速稳定性并且与具有减小的油膜间隙的轴承相比具有更小的摩擦损失。

然而，这种技术可通过三个片的独立运动以及由结合部分的内部流动产生的上升压力来增大刚性和阻尼效应。然而，由于必须使用三个箔片，因此如果轴承的部件的数量比所需的数量多，则传统技术难以检验装配公差并且难以进行批量生产。

此外，在图1中，如果在将一个箔片装配到轴承的时候由于工人的失误而将波纹部以突出的状态装配，则转动体的操作安全性劣化，并且严重地，波纹部插入到叶轮的与波纹部相对的一侧中并引起叶轮的磨损。此外，这种不稳定的运动导致轴承的偏置摩擦并使耐用性劣化。

如在包括应用有一个箔片的轴承的第10-0749828号韩国专利中所公开的，轴承可利用止动件固定径向轴承的前后移动并且可通过封闭顶箔与轴承壳体之间的空气间隙而用作密封件。然而，由于由波纹部的摩擦产生的热可能无法散出，因此传统轴承在冷却方面是不利的，并且难以促进批量生产，这归因于因波纹部通过轴的震动变形而难以管理止动件的内径和轴的外径之间的公差。

现有技术文献

专利文献

专利文件1：第10-0749828号韩国专利

非专利文献

非专利文献1：J.S.Lee以及T.H.Kim.用于增加机械预载荷的三片式气体箔片径向轴承的分析[J].Korean Soc.Tribol.Lubr.Eng，2014年2月，30(1)：1～8

发明内容

因此，已经做出本发明以解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的在于提供一种空气箔片径向轴承，所述空气箔片径向轴承包括：轴承壳体，具有其中布置有转动体的中空部；以及具有不同长度的一对顶箔，形成在所述中空部的内侧，从而由于长度减小而增强装配性并且通过调节插入有顶箔的槽的位置来增大在高速旋转时的稳定性。

为实现以上目的，根据本发明，提供了一种空气箔片径向轴承，其包括：一对顶箔，形成在轴承壳体的中空部的内侧，在中空部中布置有转动体，其中，所述一对所述顶箔具有不同的长度。

另外，所述顶箔是第一顶箔和比所述第一顶箔短的第二顶箔，并且所述轴承壳体包括一对槽，所述顶箔的端部插入到所述槽。

此外，所述槽是第一槽和第二槽，并且所述第一顶箔和所述第二顶箔分别具有插入到所述第一槽和所述第二槽的弯折部。

此外，所述第一槽沿着与所述转动体的载荷的方向相反的方向形成在所述轴承壳体中。形成在自所述轴承壳体的中心沿着向下的方向的线与自轴承壳体的中心到所述第二槽的线之间的夹角以锐角形成，其中，自所述轴承壳体的中心到所述第二槽的线是相对于自所述轴承壳体的中心沿着向下的方向的线沿着所述转动体的旋转方向相反的方向偏转的。此外，所述夹角约为30度至35度。

此外，靠近所述第二槽形成空气相对于所述转动体的向上的压力。

此外，所述第一顶箔与插入到所述第二槽中的所述第二顶箔结合，以与所述第二顶箔的上部重叠。

此外，所述的空气箔片径向轴承还包括一对波箔，所述波箔形成在所述中空部的内表面和所述顶箔的外表面上。

此外，所述波箔以薄片形状形成，并且包括多个弹性波纹部。

此外，所述波箔包括彼此重叠的下波箔和上波箔。

根据本发明，不同于使用一个顶箔的传统轴承，由于根据本发明的空气箔片径向轴承使用一对顶箔，因此当顶箔被被卷绕成圆形并被插入到轴承壳体的第一槽和第二槽中时，空气箔片径向轴承的长度减小且组装性增强。因此，根据本发明的空气箔片径向轴承可解决传统轴承的磨损问题——顶箔向前和向后突出并且叶轮磨损。

此外，当一对波箔和一对顶箔以非对称结构装配时，因为其用作传统的中间箔片，所以根据本发明的空气箔片径向轴承可在减少组件的数量时防止产生的装配公差，并且可通过限制轴向突出(由于箔片长度的减小)来保证操作期间的稳定性。

此外，由于在压力场起始的部分处因旋转的转动体而形成空气相对于转动体的向上的压力，因此根据本发明的空气箔片径向轴承可增强在高速旋转时的稳定性。

附图说明

从以下结合附图对本发明优选实施例的详细描述中，本发明的以上和其他目的、特点及优点将变得明显，在附图中：

图1是示出当转动体在传统的空气箔片径向轴承中旋转时空气的压力分布的截面图；

图2是示出当图1中的转动体旋转时根据轴承壳体的位置或角度的顶箔与转动体之间的间隔(h)以及空气的压力分布(p)的图表；

图3是示出应用有三个箔片(根据非专利文献号1)的轴承壳体、箔片和转动体之间的间隔的关系图和图表；

图4是示出根据本发明的空气箔片径向轴承的截面图；

图5是示出应用于传统轴承和根据本发明的空气箔片径向轴承的顶箔的展开图，其中，图5(A)示出应用于传统轴承的顶箔，图5(B)示出应用于本发明的一对顶箔(300)；

图6是示出当转动体在根据本发明的空气箔片径向轴承中旋转时作用于转动体的空气的压力分布的截面图；

图7是图6中具有第二槽(122)的A部分的放大透视图；以及

图8是示出当图7中的转动体旋转时根据轴承壳体的角度的顶箔的透视图。

具体实施方式

在下文中，将详细地描述本发明的示例性实施例以充分理解本发明。本发明的示例性实施例可以以各种方式进行修改，并且不应将本发明的范围解释为局限于下面所描述的示例性实施例。提供示例性实施例，以向本领域技术人员解释本发明以更充分地理解本发明。在以下描述中，尽管相同的标号示出在不同的附图中，相同的标号也将指示相同的元件。此外，将省略对可能使本发明的范围不必要地模糊的已知功能或构造的详细描述。

图4是示出根据本发明的空气箔片径向轴承的截面图。

如图4中示出的，根据本发明的空气箔片径向轴承包括：轴承壳体100，具有其中布置有转动体的中空部110；具有不同长度的一对波箔200，沿圆周方向设置在轴承壳体100的内侧，其中，每个波箔200的一端与轴承壳体100结合并固定；以及具有不同长度的一对顶箔300，沿圆周方向设置在波箔200的内侧，其中，每个顶箔300的一端与轴承壳体100结合并固定。

波箔200和顶箔300以卷绕状态布置在轴承壳体100的中空部的内侧，并且顶箔300可布置在波箔200的内侧。此外，转动体400可插入并布置在顶箔300的内侧。在这种情况下，转动体400的转轴部可布置在顶箔300的内侧。

此外，波箔200与轴承壳体100的中空部110的内圆周表面接触，并且沿圆周方向布置。在这种情况下，波箔200以薄片形状形成，并且包括下波箔202和上波箔203。此外，波箔200还包括向内突出的多个弹性波纹部201。以相同的方式，顶箔以薄片形状形成并与弹性波纹部201接触。

轴承壳体100包括通过在轴承壳体100中切割而形成的一对槽120。也就是说，槽120与中空部110连通，并且通过在轴承壳体100中沿宽度方向切割而形成。在这种情况下，波箔200包括通过将周向的端部沿径向向外弯折而形成的弯折部210，并且弯折部210被形成为插入并布置到槽120中。此外，顶箔300也包括通过将周向的端部沿径向向外弯折而形成的弯折部310，并且顶箔300的弯折部310被形成为插入并布置到槽120中。因此，波箔200的弯折部210和顶箔300的弯折部310插入并结合到壳体100的槽120中，使得波箔200和顶箔300固定到轴承壳体100。此外，波箔200和顶箔300可通过焊接与轴承壳体100结合并固定，并且可通过多种方法中的一种结合并固定。此外，弯折部310可以以与顶箔300成钝角(大于90度)的方式形成。这里，弯折部310用作用于将顶箔300固定到槽120的键部(key)。

图5是示出应用于传统轴承和根据本发明的空气箔片径向轴承的顶箔的展开图，其中，图5(A)示出应用于传统轴承的顶箔，图5(B)示出应用于本发明的一对顶箔300。

如图5(A)中示出的，如背景技术中所描述的，传统轴承使用一个顶箔或三个顶箔。然而，如图5(B)中示出的，一对顶箔300具有不同的长度，并且更具体地，包括相对较长的第一顶箔320和相对较短的第二顶箔330。

在这种情况下，第一顶箔320和第二顶箔330分别具有弯折部321和331，弯折部321和331的端部被插入并固定到形成在轴承壳体100中的槽中。

图6是示出当转动体在根据本发明的空气箔片径向轴承中旋转时作用于转动体的空气的压力分布的截面图。

如图6中示出的，当转动体400在轴承壳体100内侧以顺时针方向旋转时，形成施加到转动体的压力场500，并且这种压力场500起始的部分的位置位于沿着载荷竖直地起作用的方向的一侧并沿着与转动体40的旋转相反的方向偏转一定角度形成。也就是说，压力场的起始部分形成在图6中轴承壳体100的5点钟方向上。

在这种情况下，轴承壳体100包括形成在图6中的12点钟方向(与载荷方向相反)上的第一槽121以及形成在5点钟方向上的第二槽122(是压力场500的起始部分)。

因此，一对第一槽121和第二槽122形成在轴承壳体100的不同位置处，并且插入到第一槽121内的顶箔300和插入到第二槽121内的顶箔300具有不同的长度。

也就是说，不同于使用一个顶箔的传统轴承，当顶箔300被卷绕成圆形并被插入到轴承壳体的第一槽121和第二槽122中时，由于根据本发明的空气箔片径向轴承使用一对顶箔300，因此空气箔片径向轴承的长度减小且组装性增强。因此，根据本发明的空气箔片径向轴承可解决传统轴承的磨损问题——顶箔向前和向后突出并且叶轮磨损。

在这种情况下，形成在自轴承壳体100的中心沿着向下的方向的线与自轴承壳体100的中心到第二槽122的线之间的夹角B根据转动体400的转速和材料以各种方式形成。该夹角B是锐角。

优选地，考虑到转动体400的高速旋转，在一般的空气箔片径向轴承的转速的范围(约为10000rpm至200000rpm)内，夹角B以30度至35度的角形成。

图7是图6中具有第二槽122的A部分的局部放大图，并且图8是示出当在图7中转动体旋转时根据轴承壳体的角度的顶箔的透视图。同时，为了便于理解，图7和图8未示出波箔200。

如图7和图8中示出的，第二顶箔330的弯折部310插入到靠近轴承壳体100的5点钟方向形成的第二槽122中，并且第一顶箔320的端部与第二顶箔330的上侧在第二槽122中结合以彼此重叠。在这种情况下，第一顶箔320和第二顶箔330的结合形成结合表面340(类似于通过焊接形成的焊接表面)。

因此，在第二槽122(压力场500起始于第二槽122)处的空气流由于转动体400沿顺时针方向旋转而从第一顶箔320的端部向上引导，从而增强在转动体400高速旋转时的稳定性。

第二槽形成在轴承壳体100的5点钟方向上意味着当上部是0点钟方向时5点钟方向在顺时针方向上。此外，换句话说，如果上部为0度，下部可为180度。也就是说，槽120以160度和200度彼此间隔并形成在轴承壳体100中。

可选地，不按照如下的方式：第一顶箔320的端部与第二顶箔330结合的方式使得空气相对于转动体400的向上的压力可由于转动400沿顺时针方向旋转而形成在压力场500起始的部分处，空气相对于转动体400的向上的压力可通过使第一顶箔320或第二顶箔330变形为弯曲来形成。

如以上所描述的，根据本发明的具有改善的壳体结构的空气箔片径向轴承可使转动体在当转动体旋转时转动体的旋转中心与轴承壳体的中心重合的状态下旋转，因此如果将其用于空气压缩机，则空气箔片径向轴承可增强通过与转动体的一侧结合而与转动体一起旋转的叶轮的旋转精度并且可增强空气压缩机的效率和性能。

具体地，根据本发明的空气箔片径向轴承可恰当地应用于用于燃料电池车辆的空气压缩机，这是因为其能够确保高速旋转装置的转动体的动态稳定性。

此外，不同于使用一个顶箔的传统轴承，根据本发明的空气箔片径向轴承使用两个顶箔，其通过两个顶箔之间的独立运动以增大轴承的减震(damping)来替代传统的中间箔片。因此，根据本发明的空气箔片径向轴承可调节插入有顶箔的弯折部的槽的位置，以帮助形成径向轴承的内动压，从而在没有中间箔片的情况下充分展示它的性能并替代传统的半芯(half core)。

此外，为了通过减小顶箔300的长度来增强相对于轴向运动、相对于高速转动体的动态稳定性，当一对波箔200和一对顶箔300以非对称结构装配时，其用作传统的中间箔片。因此，根据本发明的空气箔片径向轴承可在减少组件的数量时防止产生的装配公差，并且可通过限制轴向突出(由于箔片长度的减小)来保证操作期间的稳定性。

以上说明的本发明的空气箔片径向轴承的示例性实施例仅是说明性的，并且本发明所属领域的技术人员可很好地理解，可作出各种变型和其它等同的示例性实施例。因此，将理解的是，本发明不仅局限于本发明的说明书中描述的示例性实施例。因此，应当根据所附权利要求的技术精神限定本发明的真实技术范围。而且，应理解的是，本发明涵盖由所附权利要求限定的本发明的范围内包括的所有变型、等同物和替换物。

Claims (10)

1.一种空气箔片径向轴承，包括：

一对顶箔(300)，形成在轴承壳体(100)的中空部(110)的内侧，在所述中空部(110)中布置有转动体(400)，

其中，所述一对顶箔(300)具有不同的长度。

2.根据权利要求1所述的空气箔片径向轴承，其中，所述顶箔(300)是第一顶箔(320)和比所述第一顶箔(320)短的第二顶箔(330)，并且

其中，所述轴承壳体(100)包括一对槽(120)，所述顶箔(300)的端部插入到所述槽(120)。

3.根据权利要求2所述的空气箔片径向轴承，其中，所述槽(120)是第一槽(121)和第二槽(122)，并且

其中，所述第一顶箔(320)和所述第二顶箔(330)分别具有插入到所述第一槽(121)和所述第二槽(122)的弯折部。

4.根据权利要求3所述的空气箔片径向轴承，其中，所述第一槽(121)沿着与所述转动体(400)的载荷的方向相反的方向形成在所述轴承壳体(100)中，并且

其中，形成在自所述轴承壳体(100)的中心沿着向下的方向的线与自轴承壳体(100)的中心到第二槽122的线之间的夹角(B)以锐角形成，其中，自所述轴承壳体(100)的中心到第二槽(122)的线是相对于自所述轴承壳体(100)的中心沿着向下的方向的线沿着所述转动体(400)的旋转方向相反的方向偏转的。

5.根据权利要求4所述的空气箔片径向轴承，其中，所述夹角(B)为30度至35度。

6.根据权利要求4所述的空气箔片径向轴承，其中，靠近所述第二槽(122)形成空气相对于所述转动体(400)的向上的压力。

7.根据权利要求6所述的空气箔片径向轴承，其中，所述第一顶箔与插入到所述第二槽(122)的所述第二顶箔(330)结合，以与所述第二顶箔(330)的上部重叠。

8.根据权利要求1所述的空气箔片径向轴承，还包括：

一对波箔(200)，形成在所述中空部(100)的内表面和所述顶箔(300)的外表面上。

9.根据权利要求8所述的空气箔片径向轴承，其中，所述波箔(200)以薄片形状形成，并且包括多个弹性波纹部(201)。

10.根据权利要求9所述的空气箔片径向轴承，其中，所述波箔(200)包括彼此重叠的下波箔(202)和上波箔(203)。