CN110594286A - 箔片气体动压轴承和高速电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箔片气体动压轴承和高速电机，包括支撑套，具有轴孔，支撑套上设有第一豁口；平箔，沿轴孔的周向卷曲，并嵌套在轴孔中，沿轴孔周向，平箔的一端形成第一固定端，另一端形成第一自由端，第一固定端设有沿径向的第一翼翅，第一翼翅嵌入第一豁口以限制第一固定端的轴向位移和周向位移；及波箔，沿轴孔的周向卷曲，并嵌套在支撑套与所述平箔之间，沿轴孔周向，波箔的一端形成第二固定端，另一端形成第二自由端，第二固定端设有沿径向的第二翼翅，第二翼翅嵌入第一豁口以限制第二固定端的轴向位移和周向位移。高速电机包括以上所述的箔片气体动压轴承，其通过增加翼翅来代替多个零件组合限位的结构，结构简单、紧凑，稳定性更高。

Description

箔片气体动压轴承和高速电机

技术领域

本发明用于高速旋转机械领域，特别是涉及一种箔片气体动压轴承和高速电机。

背景技术

箔片气体动压轴承通过轴芯高速旋转，带动粘性空气介质进入轴芯与轴承形成的楔形间隙中，空气被压缩而产生压力场，从而支撑轴芯高速运转的一种轴承，在高速旋转机械领域具有独特而广泛的用途，如燃料电池压缩机、曝气鼓风机、微型燃气轮机、涡轮膨胀机等等。

现有技术中，径向箔片气体动压轴承主要由支撑套、波箔、平箔组成，波箔、平箔安装在支撑套内部，并通过个多个零件组合进行限位，轴承的制造和安装成本高，不利于轴承的批量生产。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种箔片气体动压轴承和高速电机，其通过增加翼翅来代替多个零件组合限位的结构，结构简单、紧凑，稳定性更高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，箔片气体动压轴承，包括

支撑套，具有轴孔，所述支撑套上设有第一豁口；

平箔，沿所述轴孔的周向卷曲，并嵌套在所述轴孔中，沿所述轴孔周向，所述平箔的一端形成第一固定端，另一端形成第一自由端，所述第一固定端设有沿径向的第一翼翅，所述第一翼翅嵌入所述第一豁口以限制所述第一固定端的轴向位移和周向位移；及

波箔，沿所述轴孔的周向卷曲，并嵌套在所述支撑套与所述平箔之间，沿所述轴孔周向，所述波箔的一端形成第二固定端，另一端形成第二自由端，所述第二固定端设有沿径向的第二翼翅，所述第二翼翅嵌入所述第一豁口以限制所述第二固定端的轴向位移和周向位移。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一翼翅、第二翼翅能够在所述第一豁口中沿径向运动，平箔的第一固定端、波箔的第二固定端径向处于自由状态，在工作时会随着径向力的变化不断调整径向位置，防止平箔与轴芯无法在气膜的支撑下脱离，继续摩擦，同时降低波箔和平箔的加工精度，降低了轴承的加工成本。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述平箔沿所述轴孔的周向卷曲呈环状或部分环状，多个呈部分环状的所述平箔沿所述轴孔的周向依次排列；所述波箔沿所述轴孔的周向卷曲呈环状或部分环状，多个呈部分环状的所述波箔沿所述轴孔的周向依次排列，平箔和波箔沿轴孔的周向连续分布，能够为轴芯提供连续润滑，其中，多个呈部分环状的平箔和波箔的结构形式，针对轴孔周向的不同位置可针对性的采用不同的平箔和波箔，适应性更好，而且，当其中某一平箔和波箔损坏时，能够单独更换，更加实用。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一豁口设在所述支撑套的两侧端面上，所述第一翼翅设在所述第一固定端的两侧边缘，所述第二翼翅设在所述第二固定端的两侧边缘，豁口和翼翅的成型更加容易，制造成本更低。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一翼翅与所述平箔一体成型，所述第一翼翅由所述第一固定端的边缘沿径向向外弯曲并嵌入所述第一豁口，对平箔进行圆周方向限位和轴向限位；所述第二翼翅与所述波箔一体成型，所述第二翼翅由所述第二固定端的边缘沿径向向外弯曲并嵌入所述第一豁口，对波箔进行圆周方向限位和轴向限位，翼翅采用一体成型并弯折的方式嵌入豁口，成型更加容易，制造成本更低，圆周方向限位和轴向限位稳定性更好，同时，翼翅与豁口的配合关系，结构可靠，在高温环境下使用不会老化，不会脱落，保证轴承的寿命。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述支撑套上设有第二豁口，所述第一自由端设有沿径向的第三翼翅，所述第三翼翅嵌入所述第二豁口以限制所述第一自由端和所述第二自由端的轴向位移，自由端若没有轴向限位结构，由于平箔长度长，箔片很薄，在组装和工作中容易出现轴向较大变形，使得自由端受力不均，出现偏载情况，更容易引起轴承的刮擦，降低轴承的寿命，通过将自由端进行限位，使得轴承在组装和使用过程中，平箔不会出现轴向较大位移，避免出现自由端受力不均匀现象。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第三翼翅能够在所述第二豁口中沿径向和周向运动，平箔的第一自由端径向和周向处于自由状态，在工作时会随着径向力的变化不断调整径向和周向位置，防止平箔与轴芯无法在气膜的支撑下脱离，继续摩擦，同时降低波箔和平箔的加工精度，降低了轴承的加工成本。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第二豁口设在所述支撑套的两侧端面上，所述第三翼翅设在所述第一自由端的两侧边缘，豁口和翼翅的成型更加容易，制造成本更低。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第三翼翅与所述平箔一体成型，所述第三翼翅由所述第一自由端的边缘沿径向向外弯曲并嵌入所述第二豁口，翼翅采用一体成型并弯折的方式嵌入豁口，成型更加容易，制造成本更低，轴向限位稳定性更好，同时，翼翅与豁口的配合关系，结构可靠，在高温环境下使用不会老化，不会脱落，保证轴承的寿命。

第二方面，高速电机，包括第一方面中任一项所述的箔片气体动压轴承。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

波箔和平箔增加翼翅，并通过翼翅与支撑套的豁口配合，实现在波箔、平箔在轴孔中的限位，采用翼翅代替多个零件组合限位的方式，降低了轴承的制造和安装成本，有利于轴承批量生产。同时本结构不需要在两端面增加端盖来限制轴向的位移，减小轴承的轴向长度，缩短了轴系的跨距，有利于实现更高的临界转速。该技术方案结构简单、紧凑，稳定性更高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一个实施例轴测图；

图2是图1所示的一个实施例爆炸图；

图3是图1所示的一个实施例与轴芯配合状态示意图；

图4是本发明另一个实施例与轴芯配合状态示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”、“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1、图2，本发明的实施例提供了一种箔片气体动压轴承，包括支撑套1、平箔2和波箔3，波箔3具有呈波纹状或锯齿状的凸起，其中，支撑套1具有轴孔，平箔2设置一个或多个，平箔2沿轴孔的周向卷曲，并嵌套在轴孔中，波箔3设置一个或多个，波箔3沿轴孔的周向卷曲，并嵌套在支撑套1与平箔2之间，参见图3，使用时，轴芯4穿过轴孔，并转动，平箔2与轴芯4间形成楔形间隙，为工作气膜提供润滑表面，波箔3位于平箔2底部，为平箔2提供支撑刚度和阻尼。

参见图1、图2、图3，沿轴孔周向，平箔2的一端形成第一固定端21，另一端形成第一自由端22，第一固定端21设有沿径向的第一翼翅23，第一翼翅23设置一个或多个，波箔3的一端形成第二固定端31，另一端形成第二自由端32，第二固定端31设有沿径向的第二翼翅33，第二翼翅33设置一个或多个，支撑套1上设有第一豁口11，第一豁口11设置一个或多个，用于限定平箔2的第一固定端21和波箔3的第二固定端31，第一翼翅23嵌入第一豁口11以限制第一固定端21的轴向位移和周向位移，第二翼翅33嵌入第一豁口11以限制第二固定端31的轴向位移和周向位移。

参见图3，在一些实施例中，平箔2沿轴孔的周向卷曲呈环状，波箔3沿轴孔的周向卷曲呈环状，即轴孔中的平箔2为一个整体，波箔3为一个整体，该实施例，平箔2与轴芯4形成连续的楔形间隙，磨损更小。

参见图4，在一些实施例中，平箔2沿轴孔的周向卷曲呈部分环状，多个呈部分环状的平箔2沿轴孔的周向依次排列，首尾依次连接；波箔3沿轴孔的周向卷曲呈部分环状，多个呈部分环状的波箔3沿轴孔的周向依次排列，首尾依次连接，平箔2和波箔3沿轴孔的周向连续分布，能够为轴芯4提供连续润滑，其中，多个呈部分环状的平箔2和波箔3的结构形式，针对轴孔周向的不同位置可针对性的采用不同的平箔2和波箔3，适应性更好，而且，当其中某一平箔2和波箔3损坏时，能够单独更换，更加实用。

现有技术中一般通过在支撑套1两端增加盖板来限定平箔2和波箔3的位移，但是盖板会增加箔片轴承组件的轴向长度，从而增加轴系的轴向跨距，降低轴系的极限转速，增加了高速轴系的设计难度；同时增加了零件的数量，增加了轴承的制造成本。本实施例中，波箔3和平箔2增加翼翅，并通过翼翅与支撑套1的豁口配合，实现在波箔3、平箔2在轴孔中的限位，采用翼翅代替多个零件组合限位的方式，降低了轴承的制造和安装成本，有利于轴承批量生产。同时本结构不需要在两端面增加端盖来限制轴向的位移，减小轴承的轴向长度，缩短了轴系的跨距，有利于实现更高的临界转速。该技术方案结构简单、紧凑，稳定性更高。

参见图1、图2、图3，第一豁口11不能限制波箔3和平箔2延径向的位移，即第一翼翅23能够在第一豁口11中沿径向运动，第二翼翅33能够在第一豁口11中沿径向运动。波箔3和平箔2的径向处于自由状态，在工作时会随着径向力的变化不断调整径向位置，防止平箔2与轴芯4无法在气膜的支撑下脱离，继续摩擦，同时降低波箔3和平箔2的加工精度，降低了轴承的加工成本。

第一豁口11可以设在轴孔内壁和/或两端，翼翅设在固定端的中部和/或轴向两端边缘，优选的，参见图1、图2，第一豁口11设在支撑套1的两侧端面上，对应的，第一翼翅23设在第一固定端21的两侧边缘，第二翼翅33设在第二固定端31的两侧边缘。

其中，第一翼翅23与平箔2可采用焊接、紧固件连接等方式连接，优选的，参见图2，第一翼翅23与平箔2一体成型，

第一翼翅23由第一固定端21的边缘沿径向向外弯曲刚好嵌入第一豁口11，对平箔2进行圆周方向限位和轴向限位，第一翼翅23呈片状，与第一豁口11的配合稳定性更好。

第二翼翅33与波箔3可采用焊接、紧固件连接等方式连接，优选的，参见图2，第二翼翅33与波箔3一体成型，第二翼翅33由第二固定端31的边缘沿径向向外弯曲刚好嵌入第一豁口11，对波箔3进行圆周方向限位和轴向限位，第二翼翅33呈片状，与第一豁口11的配合稳定性更好。

如果波箔3和平箔2自由端没有轴向限位结构，由于平箔2长度长，箔片很薄，在组装和工作中容易出现轴向较大变形，使得自由端受力不均，出现偏载情况，更容易引起轴承的刮擦，降低轴承的寿命。鉴于此，在一些实施例中，参见图1、图2，支撑套1上设有第二豁口12，第一自由端22设有沿径向的第三翼翅24，第三翼翅24嵌入第二豁口12以限制第一自由端22的轴向位移，波箔3位于平箔2和轴孔内壁之间，第三翼翅24也限制了第二自由端32的轴向位移，使得轴承在组装和使用过程中，平箔2不会出现轴向较大位移，出现自由端受力不均匀现象。

第二豁口12在周向有足够的空间使第三翼翅24沿周向延伸，即第三翼翅24能够在第二豁口12中沿径向和周向运动，波箔3和平箔2的自由端的周向和径向处于自由状态，在工作时会随着径向力的变化不断调整径向位置，防止平箔2与轴芯4无法在气膜的支撑下脱离，继续摩擦，同时降低波箔3和平箔2的加工精度，降低了轴承的加工成本。

第二豁口12可以设在轴孔内壁和/或两端，翼翅设在固定端的中部或轴向两侧边缘，优选的，参见图1、图2，第二豁口12设在支撑套1的两侧端面上，对应的，第三翼翅24设在第一自由端22的两侧边缘。

其中，第三翼翅24与平箔2可采用焊接、紧固件连接等方式连接，优选的，参见图2，第三翼翅24与平箔2一体成型，

第三翼翅24由第一自由端22的边缘沿径向向外弯曲刚好嵌入第二豁口12，实现轴向限位，第三翼翅24呈片状，与第二豁口12的配合稳定性更好。

上述实施例中，第一豁口11和第二豁口12均不能限制波箔3和平箔2延径向的位移，保证翼翅弯曲后的最外沿不能超出支撑套1的外径。

本发明的实施例还提供一种高速电机，包括定子、转子以及以上任一实施例中的箔片气体动压轴承。其中，转子与轴芯4连接，轴芯4通过箔片气体动压轴承旋转支撑，箔片气体动压轴承的结构特点和技术效果已经在上文中详述，不再赘述。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.箔片气体动压轴承，其特征在于：包括

支撑套，具有轴孔，所述支撑套上设有第一豁口；

平箔，沿所述轴孔的周向卷曲，并嵌套在所述轴孔中，沿所述轴孔周向，所述平箔的一端形成第一固定端，另一端形成第一自由端，所述第一固定端设有沿径向的第一翼翅，所述第一翼翅嵌入所述第一豁口以限制所述第一固定端的轴向位移和周向位移；及

波箔，沿所述轴孔的周向卷曲，并嵌套在所述支撑套与所述平箔之间，沿所述轴孔周向，所述波箔的一端形成第二固定端，另一端形成第二自由端，所述第二固定端设有沿径向的第二翼翅，所述第二翼翅嵌入所述第一豁口以限制所述第二固定端的轴向位移和周向位移。

2.根据权利要求1所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述第一翼翅、所述第二翼翅能够在所述第一豁口中沿径向运动。

3.根据权利要求1所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述平箔沿所述轴孔的周向卷曲呈环状或部分环状，多个呈部分环状的所述平箔沿所述轴孔的周向依次排列；所述波箔沿所述轴孔的周向卷曲呈环状或部分环状，多个呈部分环状的所述波箔沿所述轴孔的周向依次排列。

4.根据权利要求1所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述第一豁口设在所述支撑套的两侧端面上，所述第一翼翅设在所述第一固定端的两侧边缘，所述第二翼翅设在所述第二固定端的两侧边缘。

5.根据权利要求4所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述第一翼翅与所述平箔一体成型，所述第一翼翅由所述第一固定端的边缘沿径向向外弯曲并嵌入所述第一豁口；所述第二翼翅与所述波箔一体成型，所述第二翼翅由所述第二固定端的边缘沿径向向外弯曲并嵌入所述第一豁口。

6.根据权利要求1所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述支撑套上设有第二豁口，所述第一自由端设有沿径向的第三翼翅，所述第三翼翅嵌入所述第二豁口以限制所述第一自由端和所述第二自由端的轴向位移。

7.根据权利要求6所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述第三翼翅能够在所述第二豁口中沿径向和周向运动。

8.根据权利要求6所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述第二豁口设在所述支撑套的两侧端面上，所述第三翼翅设在所述第一自由端的两侧边缘。

9.根据权利要求6所述的箔片气体动压轴承，其特征在于：所述第三翼翅与所述平箔一体成型，所述第三翼翅由所述第一自由端的边缘沿径向向外弯曲并嵌入所述第二豁口。

10.高速电机，其特征在于：包括权利要求1～9中任一项所述的箔片气体动压轴承。