CN111749979A - 一种空气箔片动压轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气箔片动压轴承，涉及轴承技术领域。所述空气箔片动压轴承包括轴承，与轴承配合的轴颈，所述轴承包括本体，还包括：至少三个压板，所述压板间隔均匀的设在本体内圆柱面上；弹性薄膜，所述弹性薄膜通过压板环绕设在本体的内圆柱面上；圆柱腔，所述圆柱腔设在本体内圆柱面的相邻两个压板之间；所述圆柱腔的数量与压板数量相对应；驱动件，所述驱动件设在圆柱腔内。本发明通过压电陶瓷驱动器的伸长和缩短，作用于推力半球，推动薄膜平面径向运动，进一步带动垫块径向运动，实现对垫块间隙大小的主动控制，从而控制气膜压力的大小，可以用于提高轴颈回转精度、抑制轴颈振动和主动控制轴心轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种空气箔片动压轴承。
背景技术
空气动压轴承是滑动轴承形式当中的一种，其结构和工作原理与液体滑动轴承类似，不同的是采用气体作为润滑介质。空气动压轴承具有摩阻低、适用速度范围大和适用温度范围广等特性，已经开始被应用到各种领域，如各种高速电机、高速主轴和发动机等。空气动压轴的使用，提高了这些领域系统运行的速度和工作效率，前景十分广阔。
箔片式动压空气轴承是空气动压轴承的一种，其采用薄的箔片材料制成，在工作时无需外部供压，依靠气体的粘性，旋转的轴将气体带入轴和箔片之间形成的一个收敛楔。它将气体的动压头变成压力，形成有托起压力的气膜，支持轴的旋转。箔片式空气动压轴承的特点是寿命长，工作可靠，即使发生故障，对转子也不会产生破坏性的影响，而且它不需要润滑，其负载能力随转速增大而提高。
目前，现有的一些空气箔片动压轴承回转精度不高，轴颈易出现振动，导致轴心轨迹发生偏移。如何解决上述技术问题，是目前轴承技术领域需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种空气箔片动压轴承，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供了以下技术方案：一种空气箔片动压轴承，包括轴承，与轴承配合的轴颈，所述轴承包括本体，还包括：
至少三个压板，所述压板间隔均匀的设在本体内圆柱面上；
弹性薄膜，所述弹性薄膜通过压板环绕设在本体的内圆柱面上；
圆柱腔，所述圆柱腔设在本体内圆柱面的相邻两个压板之间；所述圆柱腔的数量与压板数量相对应；
驱动件，所述驱动件设在圆柱腔内；
推块，所述推块设在驱动件上，所述驱动件和弹性薄膜通过推块连接；
垫块，所述垫块设在弹性薄膜上，所述垫块上设有箔片组，所述箔片组与轴颈之间形成气垫间隙。
优选的，所述箔片组包括拱形波箔、平箔A和平箔B，所述垫块上开有插槽A和插槽B；所述拱形波箔和平箔B同侧端部均固定于插槽A内，所述平箔A一侧端部固定于插槽B内，所述拱形波箔用于支撑平箔A和平箔B，且所述平箔B与轴颈之间形成气垫间隙。
优选的，所述箔片组包含拱形波箔，所述垫块上开有插槽A，所述拱形波箔的一侧端部固定于插槽A内；且所述拱形波箔与轴颈之间形成气垫间隙。
优选的，所述弹性薄膜在压板连接位置形成薄膜连接位，且在相邻两个压板之间形成薄膜平面，所述垫块设在薄膜平面上。
优选的，所述驱动件为压电陶瓷驱动器。
优选的，所述推块为推力半球。
优选的，所述本体在外圆柱面上与圆柱腔相对应的位置上开有螺纹孔A，所述螺纹孔A内设有螺栓。
优选的，所述弹性薄膜通过柔性铰链A和柔性铰链B与垫块连接。
优选的，所述压板包括压板臂和两个固定端，所述固定端上开有螺纹孔B，所述压板通过螺栓连接在本体上的环形槽A。
优选的，所述本体外圆柱面开有环形槽B，所述环形槽B用于轴承与轴承座的装配。
本发明实施例提供的一种空气箔片动压轴承，具有以下有益效果：
(1)本发明通过压电陶瓷驱动器的伸长和缩短，作用于推力半球，推动薄膜平面径向运动，进一步带动垫块径向运动，实现对垫块间隙大小的主动控制，从而控制气膜压力的大小，可以用于提高轴颈回转精度、抑制轴颈振动和主动控制轴心轨迹；
(2)在弹性薄膜上设有柔性铰链，可以进一步提高主动控制垫块的灵敏度；
(3)通过箔片组与垫块可拆卸固定连接，在箔片磨损的时候，可以方便更换箔片组，简单方便，节约成本。
附图说明
图1为本发明的一种空气箔片动压轴承的结构示意图；
图2为本发明的一种空气箔片动压轴承的横向剖视图；
图3为本发明的一种空气箔片动压轴承的轴向视图；
图4为本发明的压板的结构示意图；
图5为本发明的一个箔片组结构示意图；
图6为本发明的另一个箔片组结构示意图；
图中，1轴承；11本体；111螺纹孔A；112圆柱腔；113环形槽A；114环形槽B；12弹性薄膜；121柔性铰链A；122柔性铰链B；123薄膜平面；124薄膜连接位；13压板；131压板臂；132固定端；133螺纹孔B；14推力半球；15压电陶瓷驱动器；16螺栓；17垫块；171固定平面；172圆弧面；173插槽A；174插槽B；18箔片组；181拱形波箔；182端部A；183平箔A；184端部B；185平箔B；186端部C；2-18气垫间隙；2轴颈。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
实施例1，参阅图1-图4，图1为本发明的一种空气箔片动压轴承的结构示意图；图2为本发明的一种空气箔片动压轴承的横向剖视图；图3为本发明的一种空气箔片动压轴承的轴向视图；图4为本发明的压板的结构示意图。
一种空气箔片动压轴承，包括轴承1，与轴承1配合的轴颈2，所述轴承1包括本体11，还包括：
至少三个压板13，所述压板13间隔均匀的设在本体11内圆柱面上；
弹性薄膜12，所述弹性薄膜12通过压板13环绕设在本体11的内圆柱面上，所述弹性薄膜12在压板13连接位置形成薄膜连接位124，在相邻两个压板13之间形成薄膜平面123；
圆柱腔112，所述圆柱腔112设在本体11内圆柱面的相邻两个压板13之间；所述圆柱腔112的数量与压板13数量相对应；
驱动件15，所述驱动件15设在圆柱腔112内；
推块14，所述推块14设在驱动件15上，所述驱动件15和弹性薄膜12通过推块14连接；
垫块17，所述垫块17设在弹性薄膜12上，所述垫块17上设有箔片组18，所述箔片组18与轴颈2之间形成气垫间隙2-18。
优选的，所述驱动件15为压电陶瓷驱动器。
优选的，所述推块14为推力半球。
需要说明的是，所述推力半球与薄膜平面123的接触为点接触，实际工作时，接触点可以随着作用载荷和加工装配误差自适应调节，同时，大大减小了推力半球与薄膜平面之间的横向摩擦力。
所述垫块17包含固定平面171和圆弧面172，所述垫块17通过固定平面171与薄膜平面123连接，所述固定平面171与薄膜平面123连接方式为胶接或焊接；所述垫块17的圆弧面172上固定箔片组18。
本发明一种空气箔片动压轴承使用方法如下：工作时，通过压电陶瓷驱动器12的伸长和缩短，作用于推力半球14，推动薄膜平面123径向运动，进一步带动垫块17径向运动，实现对气垫间隙2-18大小的主动控制，进而主动控制收敛间隙2-18，可以用于提高轴颈回转精度、抑制轴颈振动和主动控制轴心轨迹。
需要说明的是，箔片动压轴承中，箔片与轴颈之间形成气膜间隙，在启动过程之后，气膜间隙往往成收敛的楔形间隙。在楔形间隙内，在轴颈表面速度的带动下，形成一定的空气动压力，以达到承载的作用。当轴颈受到外部静载荷时，导致楔形间隙的大小发生变化，进而空气动压力发生变化，在新的外部载荷下达到新的平衡位置，以实现稳定的工作。当轴颈受到外部动载荷时，楔形间隙内的空气动压力产生动刚度和阻尼，以抵抗外部动载荷。
由此可见，在一定的轴颈转速下，空气动压力的大小由箔片与轴颈之间气膜间隙的大小决定，气膜间隙是决定箔片动压轴承静动态特性、运动精度的关键要素。
本发明空气箔片动压轴，通过主动改变各个垫块17对轴颈的推力，来控制气膜压力的大小，从而推动轴颈向着减小运动误差的方向径向运动，达到提高轴颈回转精度的作用；基于此原理，也可是实现抑制轴颈振动和主动控制轴心轨迹等作用。
优选的，本发明实施例中，本体11内圆柱面上设有5个间隔均匀的压板13，所述弹性薄膜12通过压板13固定后，形成5个薄膜连接位124与5个薄膜平面123；所述本体11内圆柱面上开有5个与压板13交替、均匀布置的圆柱腔112，圆柱腔112内设置压电陶瓷驱动器15；所述压电陶瓷驱动器15与薄膜平面123之间通过设置推力半球14相连接。
所述箔片组18与轴颈2之间形成气垫间隙2-18，通过控制压电陶瓷驱动器15的伸长或缩短带动垫块17沿径向运动，可以实现对气垫间隙177大小的主动控制。
实施例2，参阅图5，其中，图5为本发明的一个箔片组结构示意图。
所述箔片组18包括拱形波箔181、平箔A183和平箔B185，所述垫块17上开有插槽A173和插槽B174；
所述拱形波箔181的一侧端部A182和平箔B185的一侧端部C186均固定于插槽A173内，所述拱形波箔181的另一侧端部和平箔B185的另一侧端部均为自由端；
所述平箔A183的一侧端部B184固定于插槽B174内，其另一侧端部为自由端；
所述拱形波箔181为平箔A183、平箔B185提供支撑；平箔B185与轴颈2之间形成气垫间隙2-18，气垫间隙2-18为收敛的楔形间隙。
本发明箔片组18由拱形波箔181、平箔A183和平箔B185组成，三者之间相互提供弹性支撑，当轴颈转速变化引起动压力变化时，拱形波箔181、平箔A183和平箔B185可以协调动作，在新的位置，达到平衡状态，提高了空气动压轴承的径向刚度和径向阻尼作用，同时提高了空气动压轴承的抗振特性和高速稳定性。
我们知道，现有技术中，箔片式动压空气轴承多采用一端固定，另一端自由的形式，轴承套内外同心，导致平箔的窜动量较大，轴承的起飞转速较高。因动压空气轴承的工作特性决定，转轴在启动和停止阶段会与轴承平箔内表面发生摩擦，因此在运行一定时间后，需要对轴承进行维护或者更换平箔。
目前，动压空气轴承对箔片的固定多采用焊接的形式，一旦箔片磨损，则需要更换整个空气轴承，造成浪费，增加了使用成本。
本发明一种空气箔片动压轴承，在垫块17上开有插槽A173和插槽B174，将拱形波箔181和平箔B185同侧端部均固定插接于插槽A173内，平箔A183一侧端部固定插接于插槽B174内，实现了箔片组18与垫块17的可拆卸固定连接，在箔片磨损的时候，可以方便更换箔片组，简单方便，节约成本。
实施例3，参阅图6，其中，图6为本发明的另一个箔片组结构示意图。
所述箔片组18包含拱形波箔181，所述垫块17上开有插槽A173，
所述拱形波箔181的一侧端部A182固定于插槽A173内，所述拱形波箔181的另一侧端部为自由端；
所述拱形波箔181与轴颈2之间形成气垫间隙2-18，气垫间隙2-18为多个收敛、发散的楔形间隙的组合。
本发明箔片组18包含拱形波箔181，拱形波箔181的设计可以形成多个收敛、发散的楔形间隙，在每个收敛的楔形间隙形成动压力，在每个发散的楔形间隙动压力消失，最终，在每个垫块上形成动压力沿着圆周方向交替出现的效果，达到提高空气动压轴承的抗振特性和高速稳定性的效果。
本发明一种空气箔片动压轴承在垫块17上开有插槽A173，将拱形波箔181的一侧端部A182固定插接于插槽A173内，实现了箔片组18与垫块17的可拆卸固定连接，在箔片磨损的时候，可以方便更换箔片组，简单方便，节约成本。
进一步的，所述本体11在外圆柱面上与圆柱腔112相对应的位置上开有螺纹孔A111，所述螺纹孔A111内设有螺栓16，通过拆卸螺栓16可以更换压电陶瓷驱动器15。
进一步的，所述弹性薄膜12通过柔性铰链A121和柔性铰链B122与垫块17连接，柔性铰链的变形刚度极低，薄膜在柔性铰链处很易弯曲变形。
进一步的，所述压板13包括压板臂131和两个固定端132，所述固定端132上开有螺纹孔B133，所述本体11两端部开有环形槽A113，所述环形槽A113上设有与螺纹孔B133相配适的螺纹孔C，所述压板13通过螺栓连接在本体11上的环形槽A113。
进一步的，所述本体11外圆柱面开有环形槽B114，所述环形槽B114用于轴承1与轴承座的装配。
本发明实施例提供的一种空气箔片动压轴承，具有以下有益效果：本发明通过压电陶瓷驱动器的伸长和缩短，作用于推力半球，推动薄膜平面径向运动，进一步带动垫块径向运动，实现对垫块间隙大小的主动控制，从而控制气膜压力的大小，可以用于提高轴颈回转精度、抑制轴颈振动和主动控制轴心轨迹；在弹性薄膜上设有柔性铰链，可以进一步提高主动控制垫块的灵敏度；通过箔片组与垫块可拆卸固定连接，在箔片磨损的时候，可以方便更换箔片组，简单方便，节约成本。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例根据，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种空气箔片动压轴承，包括轴承(1)，与轴承(1)配合的轴颈(2)，所述轴承(1)包括本体(11)，其特征在于，还包括：
至少三个压板(13)，所述压板(13)间隔均匀的设在本体(11)内圆柱面上；
弹性薄膜(12)，所述弹性薄膜(12)通过压板(13)环绕设在本体(11)的内圆柱面上；
圆柱腔(112)，所述圆柱腔(112)设在本体(11)内圆柱面的相邻两个压板(13)之间；所述圆柱腔(112)的数量与压板(13)数量相对应；
驱动件(15)，所述驱动件(15)设在圆柱腔(112)内；
推块(14)，所述推块(14)设在驱动件(15)上，所述驱动件(15)和弹性薄膜(12)通过推块(14)连接；
垫块(17)，所述垫块(17)设在弹性薄膜(12)上，所述垫块(17)上设有箔片组(18)，所述箔片组(18)与轴颈(2)之间形成气垫间隙(2-18)。
2.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述箔片组(18)包括拱形波箔(181)、平箔A(183)和平箔B(185)，所述垫块(17)上开有插槽A(173)和插槽B(174)；所述拱形波箔(181)和平箔B(185)同侧端部均固定于插槽A(173)内，所述平箔A(183)一侧端部固定于插槽B(174)内，所述拱形波箔(181)用于支撑平箔A(183)和平箔B(185)，且所述平箔B(185)与轴颈(2)之间形成气垫间隙(2-18)。
3.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述箔片组(18)包含拱形波箔(181)，所述垫块(17)上开有插槽A(173)，所述拱形波箔(181)的一侧端部固定于插槽A(173)内；且所述拱形波箔(181)与轴颈(2)之间形成气垫间隙(2-18)。
4.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述弹性薄膜(12)在压板(13)连接位置形成薄膜连接位(124)，且在相邻两个压板(13)之间形成薄膜平面(123)，所述垫块(17)设在薄膜平面(123)上。
5.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述驱动件(15)为压电陶瓷驱动器。
6.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述推块(14)为推力半球。
7.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述本体(11)在外圆柱面上与圆柱腔(112)相对应的位置上开有螺纹孔A(111)，所述螺纹孔A(111)内设有螺栓(16)。
8.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述弹性薄膜(12)通过柔性铰链A(121)和柔性铰链B(122)与垫块(17)连接。
9.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述压板(13)包括压板臂(131)和两个固定端(132)，所述固定端(132)上开有螺纹孔B(133)，所述压板(13)通过螺栓连接在本体(11)上的环形槽A(113)。
10.根据权利要求1所述的一种空气箔片动压轴承，特征在于，所述本体(11)外圆柱面开有环形槽B(114)，所述环形槽B(114)用于轴承(1)与轴承座的装配。
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Legal Events
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