CN111664188B - 一种空气动压轴承及轴承组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气动压轴承及轴承组件。空气动压轴承包括圆环状结构的轴承座，和设置在所述轴承座的端面上的支撑组件，所述支撑组件包括拱箔和顶箔，所述拱箔设置在所述顶箔和所述轴承座之间，用于对所述顶箔提供支撑力，所述顶箔包括与所述轴承座的端面平行设置的平面部，和与所述轴承座的端面形成夹角设置的斜面部，所述平面部远离所述斜面部的一端为固定端，所述固定端固定连接到所述轴承座上，所述斜面部远离所述平面部的一端为自由端，能够沿着所述轴承座的端面滑动，所述支撑组件还包括限位结构，所述限位结构相对所述轴承座固定设置，用于在所述轴承座的轴向上对所述顶箔的自由端进行限位。本发明提高了轴承的刚度和可靠性。

Description

一种空气动压轴承及轴承组件

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种空气动压轴承及轴承组件。

背景技术

弹性箔片气体动压轴承是一种高转速、高运行精度、低损耗、耐高温的特种轴承。其中，弹性箔片气体动压轴承由径向弹性箔片气体动压轴承和轴向弹性箔片气体动压轴承组成，径向轴承主要由顶箔、拱箔、轴承座等零件组成，轴向轴承由顶箔、拱箔、轴承座及止推轴承组成。

现有技术中弹性箔片气体动压轴承包括轴承座、拱箔、顶箔、止推轴承；每个轴承座上都包括多片扇形拱箔和顶箔，拱箔和顶箔均有一端焊接在轴承座上，另一端自由，焊接端比自由端稍低，以形成气楔角。轴承在正常运行时，顶箔和止推轴承之间形成一层气膜，使止推轴承轴向悬浮，拱箔是具有多个拱形的箔片，为顶箔提供弹性基础，决定了顶箔表面的支撑刚度。

其中顶箔和拱箔都为扇形，顶箔表面比较光滑，它的作用是与止推盘之间相对旋转形成圆周方向楔形间隙并产生动压气膜，提供轴向支撑力；拱箔置于顶箔下方，固接在轴承座上，其作用主要的是提供刚度和阻尼。

轴向箔片气体动压轴承在工作时，顶箔受到向下的压力以及与轴承座之间的摩擦力，拱箔的每个拱也受到斜向下的压力，每个拱向右变形延伸，因此拱箔越往自由端越容易变形，支撑刚度越小，与止推轴承的间隙变大，承载力变小。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种空气动压轴承及轴承组件，至少用于解决现有技术中存在的空气动压轴承的承载力小的技术问题，具体地：

第一方面，本发明提供一种空气动压轴承，包括圆环状结构的轴承座，和设置在所述轴承座的端面上的支撑组件；

所述支撑组件包括拱箔和顶箔，所述拱箔设置在所述顶箔和所述轴承座之间，用于对所述顶箔提供支撑力；

所述顶箔包括与所述轴承座的端面平行设置的平面部，和与所述轴承座的端面形成夹角设置的斜面部；所述平面部远离所述斜面部的一端为固定端，所述固定端固定连接到所述轴承座上；所述斜面部远离所述平面部的一端为自由端，能够沿着所述轴承座的端面滑动；

所述支撑组件还包括限位结构，所述限位结构相对所述轴承座固定设置，用于在所述轴承座的轴向上对所述顶箔的自由端进行限位。

进一步可选地，所述平面部远离所述斜面部的端部形成有弯折结构，所述弯折结构朝向所述轴承座的端面弯折，所述弯折部的一部分贴合在所述轴承座的端面上，

所述弯折结构构成所述固定端。

进一步可选地，所述支撑组件设置有多个，每个所述支撑组件对应设置至少一个所述限位结构。

进一步可选地，所述限位结构设置在所述顶箔的固定端上，所述限位结构用于对与其所在的所述顶箔的固定端相邻的所述顶箔的自由端进行限位。

进一步可选地，所述限位结构为卡槽结构，朝向所述自由端的一侧形成有开口，所述自由端能够通过所述开口伸入到所述卡槽结构内，所述自由端能够在卡槽结构内相对所述轴承座的端面滑动。

进一步可选地，所述限位结构包括连接板和限位板，所述连接板的第一端连接在所述固定端上，所述限位板连接在所述连接板的第二端，并且所述连接板与所述轴承座的端面平行设置。

进一步可选地，所述拱箔包括多个间隔设置的拱形单元，所述拱形单元包括用于支撑所述顶箔的顶面的支撑顶面和用于贴合在所述轴承座的端面上的支撑底面，

支撑顶面构造为拱形面，所述支撑底面构造为平面，所述支撑底面形成在所述支撑顶面的两侧。

进一步可选地，所述拱箔在所述轴承座的周向上的第一端固定在所述轴承座上，第二端能够在所述轴承座的端面上滑动，

所述拱箔的第一端位于靠近所述顶箔的固定端的位置。

进一步可选地，所述拱箔和所述顶箔均构造为扇形结构。

第二方面，本发明提供一种轴承组件，包括上述空气动压轴承和止推板，空气动压轴承设置有两个，所述止推板设置在两个所述空气动压轴承之间，

两个所述空气动压轴承上的所述顶箔分别抵靠在所述止推板的两侧。

本发明通过改变顶箔的固定位置，将顶箔远离斜面部的端部设置为固定端，固定到轴承座上，从而可以充分利用气体对顶箔的摩擦力来提升支撑组件的支撑刚度，还能够增加支撑组件单位面积的承载能力。同时还通过设置限位结构，对顶箔的自由端进行限位，避免出现负压时，顶箔和拱箔被吸气导致轴承损坏。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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示出本发明实施例空气动压轴承的结构示意图；

图2示出本发明实施例支撑组件受力示意图；

图3示出图2中A处放大图；

图4示出轴承组件的截面示意图。

图中：

1、轴承座；2、顶箔；21、平面部；22、斜面部；3、拱箔；31、支撑顶面；32、支撑底面；5、止推板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

本发明通过改变顶箔的固定位置，顶箔远离斜面部的端部设置为固定端，固定到轴承座上，从而可以充分利用气体对顶箔的摩擦力来提升支撑组件的支撑刚度，还能够增加支撑组件单位面积的承载能力。同时还通过设置限位结构，对顶箔的自由端进行限位，避免出现负压时，顶箔和拱箔被吸气导致轴承损坏。以下结合具体实施例对本发明进行介绍。

如图1所示，本发明提供一种空气动压轴承，包括圆环状结构的轴承座1，和设置在轴承座1的端面上的支撑组件，轴承座1的至少一个端面为光滑平面，支撑组件固定连接到轴承座1上构造为光滑平面的端面上，并能够在压力作用下发生弹性形变。

支撑组件包括拱箔3和顶箔2，拱箔3和顶箔2均构造为扇形结构，以对轴承座1的端面进行覆盖。拱箔3设置在顶箔2和轴承座1之间，用于对顶箔2提供支撑力，并且拱箔3能够在顶箔2的压力作用下发生一定量的弹性形变，当顶箔2和拱箔3安装在轴承座1的端面上时，顶箔2将拱箔3覆盖在其下侧。

顶箔2包括与轴承座1的端面平行设置的平面部21，和与轴承座1的端面形成夹角设置的斜面部22，平面部21远离斜面部22的一端为固定端，固定连接到轴承座1上。优选地，平面部21远离斜面部22的端部形成有弯折结构，弯折结构朝向轴承座1的端面弯折，弯折部的一部分贴合在轴承座1的端面上通过焊接、铆接、卡槽固定或销钉固定等方式固定连接在轴承座1的端面上，弯折结构构成固定端。

斜面部22远离平面部21的一端为自由端，能够沿着轴承座1的端面滑动。具体地，斜面部22朝向轴承座1的端面倾斜，且其端部形成有与轴承座1的端面贴合平面，该平面构成自由端并能够在轴承座1的端面上滑动。

拱箔3包括多个间隔设置的拱形单元，拱形单元包括用于支撑顶箔2的顶面的支撑顶面31和用于贴合在轴承座1的端面上并能够在轴承座1的端面上滑动的支撑底面32，支撑顶面31构造为拱形面，优选为圆拱形，以减小其与顶箔2的接触面积，支撑底面32构造为平面，支撑底面32形成在支撑顶面31的两侧。拱箔3由一块扇环形状的金属箔片在该结构对应的模具通过压制、保压成型、热处理、耐磨涂层处理等工艺制成。

优选地，拱箔3与顶箔2的平面部21对应部分的拱形单元均匀分布，即拱形面的跨度相同、间距也相同，当平面部21对其时间压力时，各拱形单元的受力均匀；拱箔3与斜面部22对应的拱形单元的间距均匀，各拱形面的跨度越靠近顶箔2的自由端越小，从而使拱形面的高度降低以适应斜面部22的倾斜，保证各拱形面能够均匀受力。

拱箔3在轴承座1的周向上的第一端固定在轴承座1上，第二端能够在轴承座1的端面上滑动，并且拱箔3的第二端位于顶箔2的内侧，即拱箔3的第二端位于顶箔2覆盖区域的内侧，拱箔3的第一端位于靠近顶箔2的固定端的位置，并位于顶箔2的覆盖区域的内侧。拱箔3和顶箔2在收到压力时产生形变，各自的未固定的端部向同一个方向滑动，拱以此来给轴承提供结构阻尼。

如图2、图3所示，将固定端设置在平面部21的端部，拱箔3受到的摩擦力使拱箔3的拱有向固定端收缩的趋势，可在一定程度上克服压力使拱箔3向第二端变形，有效避免了第二端轴向承载力减小的弊端，当受到的摩擦力较大时，拱箔3克服展开的力从而向固定端收缩，拱箔3高度增加、轴承间隙减小，在这种运行情况下轴承承载力增加。

支撑组件还包括限位结构，限位结构相对轴承座1固定设置，用于在轴承座1的轴向上对顶箔2的自由端进行限位，使自由端可以在轴承座1端面上滑动，但是不会在轴承座1的轴向上移动。

优选地，限位结构设置在顶箔2的固定端上，从而使其可以随着固定端与轴承座1的连接而相对轴承座1固定，不需要单独固定。限位结构为卡槽结构，朝向自由端的一侧形成有开口，自由端能够通过开口伸入到卡槽结构内，自由端能够在卡槽结构内相对轴承座1的端面滑动，卡槽结构对自由端进行限位，使自由端不能在轴承座1的轴向上移动，避免出现负压时，顶箔2和拱箔3被吸气导致轴承损坏。

优选地，限位结构包括连接板和限位板，连接板的第一端连接在固定端上，限位板连接在连接板的第二端，并且连接板与轴承座1的端面平行设置。进一步地，限位板与轴承座1的端面之间的距离与顶箔2的自由端的厚度相同，或略大于自由端的厚度即可，以减小或消除自由端在轴承座1的轴向上的位移量。

优选地，支撑组件设置有多个，即顶箔2和拱箔3成对设置多个，每个支撑组件对应设置至少一个限位结构，并且，限位结构用于对与其所在的顶箔2的固定端相邻的顶箔2的自由端进行限位。

本发明空气动压轴承通过改变顶箔2的固定位置，将顶箔2远离斜面部22的端部设置为固定端，固定到轴承座1上，从而可以充分利用气体对顶箔2的摩擦力来提升支撑组件的支撑刚度，还能够增加支撑组件单位面积的承载能力。同时还通过设置限位结构，对顶箔2的自由端进行限位，避免出现负压时，顶箔2和拱箔3被吸气导致轴承损坏。

本发明还提供一种轴承组件，如图4所示，包括上述空气动压轴承和止推板5，空气动压轴承设置两个，两个空气动压轴承上设置有支撑组件的一侧相对设置，止推板5位于两个空气动压轴承之间，两个空气动压轴承上的顶箔2分别抵靠在止推板5的两侧。

止推板5构造为圆环状结构，其中间通孔用于与转动轴固定连接，并能够随着转动轴转动。

综上，本发明提供的空气动压轴承通过改变支撑组件的固定位置，可充分利用顶箔对拱箔的摩擦力来提高刚度，又通过设置限位结构，避免顶箔和拱箔因轴向移动而损坏，从而提高了轴承的承载能力以及轴承的稳定性。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种空气动压轴承，其特征在于，包括圆环状结构的轴承座，和设置在所述轴承座的端面上的支撑组件；

所述支撑组件包括拱箔和顶箔，所述拱箔设置在所述顶箔和所述轴承座之间，用于对所述顶箔提供支撑力；

所述顶箔包括与所述轴承座的端面平行设置的平面部，和与所述轴承座的端面形成夹角设置的斜面部；所述平面部远离所述斜面部的一端为固定端，所述固定端固定连接到所述轴承座上；所述斜面部远离所述平面部的一端为自由端，能够沿着所述轴承座的端面滑动；

所述支撑组件还包括限位结构，所述限位结构相对所述轴承座固定设置，用于在所述轴承座的轴向上对所述顶箔的自由端进行限位。

2.根据权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述平面部远离所述斜面部的端部形成有弯折结构，所述弯折结构朝向所述轴承座的端面弯折，所述弯折部的一部分贴合在所述轴承座的端面上，

所述弯折结构构成所述固定端。

3.根据权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述支撑组件设置有多个，每个所述支撑组件对应设置至少一个所述限位结构。

4.根据权利要求3所述的空气动压轴承，其特征在于，所述限位结构设置在所述顶箔的固定端上，所述限位结构用于对与其所在的所述顶箔的固定端相邻的所述顶箔的自由端进行限位。

5.根据权利要求4所述的空气动压轴承，其特征在于，所述限位结构为卡槽结构，朝向所述自由端的一侧形成有开口，所述自由端能够通过所述开口伸入到所述卡槽结构内，所述自由端能够在卡槽结构内相对所述轴承座的端面滑动。

6.根据权利要求5所述的空气动压轴承，其特征在于，所述限位结构包括连接板和限位板，所述连接板的第一端连接在所述固定端上，所述限位板连接在所述连接板的第二端，并且所述连接板与所述轴承座的端面平行设置。

7.根据权利要求1所述的空气动压轴承，其特征在于，所述拱箔包括多个间隔设置的拱形单元，所述拱形单元包括用于支撑所述顶箔的顶面的支撑顶面和用于贴合在所述轴承座的端面上的支撑底面，

支撑顶面构造为拱形面，所述支撑底面构造为平面，所述支撑底面形成在所述支撑顶面的两侧。

8.根据权利要求7所述的空气动压轴承，其特征在于，所述拱箔在所述轴承座的周向上的第一端固定在所述轴承座上，第二端能够在所述轴承座的端面上滑动，

所述拱箔的第一端位于靠近所述顶箔的固定端的位置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的空气动压轴承，其特征在于，所述拱箔和所述顶箔均构造为扇形结构。

10.一种轴承组件，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的空气动压轴承和止推板，空气动压轴承设置有两个，所述止推板设置在两个所述空气动压轴承之间，

两个所述空气动压轴承上的所述顶箔分别抵靠在所述止推板的两侧。

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