CN111594546B - 空气箔片径向轴承以及设计方法、空压机电机、空压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气箔片径向轴承以及设计方法、空压机电机、空压机；其属于新能源汽车空压机电机这一技术领域，其技术要点：从外到内，依次包括：外壳、第一箔片、支撑箔片、第二箔片；还包括：支撑弹性柱；所述凸起单元包括左腿部与右腿部，所述左腿部与所述右腿部的交点为顶点，所述左腿部与所述右腿部关于凸起单元的顶点—外壳的中心的连线对称；所述支撑弹性柱设置在凸起单元与第一箔片之间，且支撑弹性柱与左腿部、右腿部、第一箔片接触。

Description

空气箔片径向轴承以及设计方法、空压机电机、空压机

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车空压机电机领域，更具体地说，尤其涉及一种空气箔片径向轴承以及设计方法、空压机电机、空压机。

背景技术

空压机是新能源汽车的核心部件，其用于为燃料电池供应燃料气体以及氧气。

而空压机电机是空压机中的核心动力部件，空压机电机中的转子运动时，通过径向轴承以及止推轴承来限定其位置。

现有技术中，空气箔片径向轴承是空压机电机径向轴承的主要形式，因其不需要润滑油而大受欢迎。

但是，空气箔片径向轴承的主要问题是：支撑箔片在受到较大负载时，会发生塑性变形，从而使得支撑箔片无法在提供有效的支撑，进而，空气箔片径向轴承对于转子的竖向的限定功能无法再满足需求。

申请人在EPO系统中经过检索后，发现：在现有技术中，还没有特别有效的防范支撑箔片发生塑性变形的设计。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空气箔片径向轴承。

本发明的另一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空气箔片径向轴承的设计方法

本发明的又一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空压机电机。

本发明的再一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种空压机。

本发明的技术方案是：

一种空气箔片径向轴承，从外到内，依次包括：外壳、第一箔片、支撑箔片与支撑弹性柱、第二箔片、弹性套；

其中，所述第一箔片紧贴在所述外壳的内表面，且设置有沿着轴向方向延伸的缺口；

其中，所述支撑箔片设置在所述第一箔片与所述第二箔片之间；

其中，所述弹性套位于所述第二箔片的内侧；

其中，支撑箔片包括若干个凸起单元、以及若干个贴合部；凸起单元、贴合部交替分布，即相邻的凸起单元之间通过贴合部连接；

所述贴合部与所述第一箔片的内表面贴合；

所述凸起单元的顶部连接第二箔片；

所述凸起单元包括左腿部与右腿部，所述左腿部与所述右腿部的交点为顶点，所述左腿部与所述右腿部关于凸起单元的顶点—外壳的中心的连线对称；所述支撑弹性柱设置在凸起单元与内第一箔片200之间，且支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304、第一箔片200接触(即弹性支撑柱与左腿部303、右腿部304、第一箔片200相切)。

进一步，支撑弹性柱采用弹性体制成。

进一步，支撑弹性柱采用轻质材料制成。

进一步，所述第二箔片为整体式结构，其由圆弧段和连接段构成；连接段朝向外壳；顶住第一箔片。

进一步，所述弹性套布置在所述第二箔片内侧，其直接面向转轴；所述弹性套是一个圆筒形的弹性套，材质采用不锈钢；所述弹性套设置有一缺口。

一种空气箔片径向轴承的设计方法，第一箔片距离第二箔片400的间隙记为b；轴承的半径记为R；

凸起单元的顶点与支撑弹性柱最近的距离记为s₁，即满足：s≥s₁，凸起单元301+支撑弹性柱共同起作用；s<s₁，凸起单元起作用，支撑弹性柱不作用；

所述凸起单元的形状为抛物线；

在上述条件下，需要对支撑弹性柱的形状、以及凸起单元的形状进行设计；

支撑弹性柱的半径r₀为：

凸起单元的形状为：

以外壳的中心-凸起单元的顶点的方向为Y轴,与Y轴垂直的方向设为X轴，以凸起单元的顶点为坐标轴的原点，则凸起单元的形状可采用下式表达：

根据上述信息，能够加工制造支撑弹性柱、以及凸起单元。

采用上述方式，支撑弹性柱可以正好插入到凸起单元、第一箔片之间。

一种空压机电机，转子所采用的径向轴承为前述的空气箔片径向轴承。

一种空压机，采用前述的空压机电机。

本申请的有益效果在于：

(1)本申请的基础发明点在于：在凸起单元中设置了弹性支撑柱(其可以是实心、也可以是空心；采用轻质材料制成)；实现了在不同变形条件下不同的支撑刚度；特别的，保护了支撑箔片300，防止支撑箔片300被压发生塑性变形。

(2)本申请的第二个研究课题在于，弹性支撑柱和凸起单元的设计；即给定了分级变形的性能需求，弹性支撑柱和凸起单元需要满足何种条件才能制成。

即若没有本申请的第二个研究课题，事实上，本领域技术人员不知晓如何设计制造弹性支撑柱以及凸起单元。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是实施例1的空气箔片径向轴承的设计示意图。

图2是实施例1的A部的放大图。

图3是实施例1的凸起单元的设计图。

图4是凸起单元-支撑弹性柱的理论分析图。

具体实施方式

实施例1，一种空气箔片径向轴承，从外到内，依次包括：外壳100、第一箔片200、支撑箔片300与支撑弹性柱600、第二箔片400、弹性套500；

其中，所述第一箔片200紧贴在所述外壳100的内表面，且设置有沿着轴向方向延伸的缺口(解决温度应力)；

其中，所述支撑箔片300设置在所述第一箔片200与所述第二箔片400之间；

其中，所述弹性套500位于所述第二箔片400的内侧；

其中，支撑箔片300包括若干个凸起单元301、以及若干个贴合部302；凸起单元301、贴合部302交替分布，即相邻的凸起单元301之间通过贴合部302连接；

所述贴合部302与所述第一箔片200的内表面贴合；

所述凸起单元301的顶部连接第二箔片400。

所述凸起单元301包括左腿部303与右腿部304，所述支撑弹性柱600插入凸起单元301内，且支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304、第一箔片200接触。

支撑弹性柱600采用弹性体制成。

支撑弹性柱600也可以采用圆筒状。

所述第二箔片400为整体式结构，其由圆弧段和连接段构成；连接段朝向外壳100；

进一步，所述弹性套500布置在所述第二箔片400内侧，其直接面向转轴；通过弹性套500的设计，减少转轴对所述第二箔片4磨损；所述弹性套500是一只圆筒形的弹性套，材质采用不锈钢；所述弹性套500设置有一缺口(以便为解决温度应力)。

特别的，在弹性套500的两轴向侧面上各有一个用于固定的凸出物，防止所述弹性套轴向窜动与径向窜动；配合的，在轴承端盖(说明书附图未示意出)上设置有与所述凸出物相适配的凹槽。

特别的，支撑箔片300分为多段，以便于制造。

特别的，支撑弹性柱可采用粘结等手段粘结在凸起单元301的左腿部303、右腿部304上，以保证负载时：支撑弹性柱的圆心-外壳100的圆心-凸起单元301的顶点保持在同一直线上(凸起单元301在承受负载时，左腿部303、右腿部304)；支撑弹性柱可采用粘结等手段粘结在第一箔片上；事实上，支撑弹性柱不需要凸起单元、第一箔片采用粘结等手段固定，在初始状态安装时，可以支撑弹性柱插入到凸起单元与第一箔片构成的空间内，在第二箔片受到负载时，负载增加的时间极短，在如此短的时间内，支撑弹性柱的位置基本来不及变化。

本申请中的：第一箔片200与外壳100之间通过两者之间的接触摩擦力，即可限定第一箔片200不转动。

实施例1的优点在于：

第一箔片200、支撑箔片300、第二箔片400、弹性套500均采用薄片形式，通过支撑弹性柱600的设置，保证了支撑箔片300的安全；

具体而言，在变形s<s₁时，仅仅第一箔片200支撑；当s>s₁时,支撑弹性柱600与第一箔片200共同受力，支撑弹性柱600主要是防止第一箔片200受压过大时，导致损坏的问题。

实施例1的设计，其构思的关键点在于：

支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304、第一箔片200接触，才符合设计思想；特别的，并非所有的设计，均可以满足：支撑弹性柱600与左腿部303、右腿部304接触；另外一种情形是：支撑弹性柱600与第二箔片的顶点接触；此时就起不到分级变形的作用。

其数学模型如图4所示，以1个凸起单元301、1个支撑弹性柱600为例研究；

凸起单元301的左腿部303、右腿部304，关于凸起单元301的顶点-外壳100的中心的连线对称；

支撑弹性柱600采用圆形柱；

采用抛物线形状，由于凸起单元301、支撑弹性柱600均是关于凸起单元301的顶点-外壳100的中心的连线对称，因此，以外壳100的中心—凸起单元301的顶点-支撑弹性柱600的圆心的连线为Y轴,与Y轴垂直的方向设为X轴，以凸起单元301的顶点为坐标轴的原点；

支撑弹性柱600的圆心设为：(0，t)，支撑弹性柱600的半径为r₀；

支撑弹性柱600的方程为：

设凸起单元301的方程为：

x²＝Ay (式2)

第一箔片200距离第二箔片400的距离为b,第二箔片400的半径为r；r+b，即为第一箔片200的半径。

第一箔片200方程为：

x²+(y+r)²＝(r+b)² (式3)

从图4的几何图可知，支撑弹性柱600与第一箔片200有1个切点(0，b)，满足：

t＝b-r₀ (式4)

联立式1、式2可知，

通过图4可知，式(5)的y仅有1个解，需要满足：

可得：

或者为：

通过试验验证：

满足上式8与式9，即满足，支撑弹性柱600与凸起单元301相切。

此时，相切点的坐标为：

通过图4可知：必须满足y>0,即满足：

2t-A＞0 (式10)

联立式4、式10、式8或9，可得：

一种空气箔片径向轴承的设计方法，设计时，以凸起单元301的顶点与支撑弹性柱600最近的距离s₁(s₁＝b-2r₀)作为性能参数，即：

s≥s₁，凸起单元301+支撑弹性柱共同起作用；

s<s₁，凸起单元301起作用，支撑弹性柱不作用。

上述设计采用变刚度设计，其目的就是为了保护凸起单元301，即，凸起单元301的顶点变形量超过s₁时，采用支撑弹性柱来对其进行保护。

设计时，已知：第一箔片200距离第二箔片400的距离(即间隙)为b,第二箔片400的半径为r；r+b，即为第一箔片200的半径(由于第一箔片200、第二箔片400的厚度极低，因此，可以认为：外壳100的内径即为第一箔片200的内径；第二箔片的内径＝外壳100的内径-b)；

指定：s₁；

由此可知：

制造的支撑弹性柱的半径r₀取值为：

对应的凸起单元301的形状为：

特别的，联立式2、式3可得：

知晓:凸起单元301的参数A,以及，凸起单元301的范围为：

根据上述信息，可以加工制造支撑弹性柱、以及凸起单元。

采用上述方式，支撑弹性柱可以正好插入到凸起单元、第一箔片之间。

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，任何所属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 (8)

1.一种空气箔片径向轴承，从外到内，依次包括：外壳、第一箔片、支撑箔片、第二箔片；

其中，所述第一箔片紧贴在所述外壳的内表面，且设置有沿着轴向方向延伸的缺口；

其中，所述支撑箔片设置在所述第一箔片与所述第二箔片之间；

其中，支撑箔片包括若干个凸起单元、以及若干个贴合部；凸起单元、贴合部交替分布，即相邻的凸起单元之间通过贴合部连接；

所述贴合部与所述第一箔片的内表面贴合；

所述凸起单元的顶部连接第二箔片；

其特征在于，

还包括：支撑弹性柱；

所述凸起单元包括左腿部与右腿部，所述左腿部与所述右腿部的交点为顶点，所述左腿部与所述右腿部关于凸起单元的顶点—外壳的中心的连线对称；所述支撑弹性柱设置在凸起单元与第一箔片之间，且支撑弹性柱与左腿部、右腿部、第一箔片接触；

其中，凸起单元的顶点与支撑弹性柱最近的距离记为s₁，即满足：

s≥s₁，凸起单元与支撑弹性柱共同起作用；

s<s₁，凸起单元起作用，支撑弹性柱不作用；

其中，s表示凸起单元的变形。

2.如权利要求1所述的一种空气箔片径向轴承，其特征在于，支撑弹性柱采用弹性体制成。

3.如权利要求1所述的一种空气箔片径向轴承，其特征在于，所述第二箔片为整体式结构，其由圆弧段和连接段构成；连接段朝向外壳、顶住第一箔片。

4.如权利要求1所述的一种空气箔片径向轴承，其特征在于，还包括：弹性套，其中，所述弹性套位于所述第二箔片的内侧。

5.如权利要求4所述的一种空气箔片径向轴承，其特征在于，所述弹性套布置在所述第二箔片的内侧，其直接面向转轴；所述弹性套是一个圆筒形的弹性套，材质采用不锈钢；所述弹性套设置有一缺口。

6.一种空气箔片径向轴承的设计方法，其特征在于，所述的空气箔片径向轴承为权利要求1至5任意一项所述的空气箔片径向轴承；

其特征在于，

第一箔片距离第二箔片的间隙记为b；轴承的半径记为R；

所述凸起单元的形状为抛物线；

在上述条件下，支撑弹性柱的形状、以及凸起单元的形状为；

支撑弹性柱的半径r₀为：

凸起单元的形状为：

以外壳的中心-凸起单元的顶点的方向为Y轴,与Y轴垂直的方向设为X轴，以凸起单元的顶点为坐标轴的原点，则凸起单元的形状可采用下式表达：

根据上述信息，能够加工制造支撑弹性柱、以及凸起单元。

7.一种空压机电机，其特征在于，转子所采用的径向轴承为权利要求1至5任意一项所述的空气箔片径向轴承。

8.一种空压机，其特征在于，包括如权利要求7所述的空压机电机。

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