CN112081817A - 径向气体箔片轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径向气体箔片轴承，包括轴承套筒和箔片组件；箔片组件在周向上的一端固定于轴承套筒且另一端为自由端，箔片组件包括弹性支承单元和设于弹性支承单元内侧的顶箔，弹性支承单元中，包括由内至外依次设置的第一弹性箔片、第二弹性箔片和第三弹性箔片；第一弹性箔片沿周向依次间隔置若干个与顶箔相贴合的第一支承条，第三弹性箔片沿周向依次间隔设置若干个与第二弹性箔片相贴合的第三支承条；第一支承条与第三支承条在周向上相错开设置，以使第一支承条在受压后能够将第二弹性箔片的部分结构压至周向上相邻的两个第三支承条之间的间隙中。相比具有圆弧状波纹凸起的弹性支承单元，该轴承便于加工且使用寿命较长。

Description

径向气体箔片轴承
技术领域
本发明涉及气体轴承技术领域，特别涉及一种径向气体箔片轴承。
背景技术
气体箔片轴承是一种自作用弹性支承气体动压轴承。它由轴承套筒、弹性支承箔片和顶层箔片等零部件构成。与传统滚动和滑动轴承相比，它具有转速高、精度好、可靠性高、无油润滑、摩擦损耗小和能在高温环境下工作等一系列优点，在航空航天、国防军工和民用流体机械等领域具有广阔的应用前景。
在气体箔片轴承中，弹性支承结构是关键部件，其应具有一定的结构刚度和结构阻尼，使轴承运行时产生足够的承载能力和缓冲冲击振动的能力。
目前一种广泛使用的气体箔片轴承中，顶箔由单片平整的箔片卷曲而成，形成轴承光滑的柔性内表面；波箔由平箔片加工成具有沿轴向延伸并沿周向分布的圆弧状波纹凸起，并被卷曲成型为圆弧状；波箔位于轴承套筒和顶箔之间，为顶箔提供柔性支承。顶箔和波箔的一端固定在轴承套筒的内表面，另一端自由无约束。
然而，由于需要加工出圆弧状波纹凸起，使得气体箔片轴承的加工相对较为复杂，另外，圆弧状波纹凸起在长时间使用后容易变形失效。
因此，如何降低气体箔片轴承的加工难度、延长轴承使用寿命，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种径向气体箔片轴承，有利于降低气体箔片轴承的加工难度、延长使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种径向气体箔片轴承，包括：轴承套筒、设于所述轴承套筒内侧的箔片组件；所述箔片组件在周向上的一端固定于所述轴承套筒且另一端为自由端，所述箔片组件包括弹性支承单元和设于所述弹性支承单元内侧的顶箔，所述弹性支承单元中，包括由内至外依次设置的第一弹性箔片、第二弹性箔片和第三弹性箔片；所述第一弹性箔片沿周向依次间隔置若干个与所述顶箔相贴合的第一支承条，所述第三弹性箔片沿周向依次间隔设置若干个与所述第二弹性箔片相贴合的第三支承条；所述第一支承条与所述第三支承条在周向上相错开设置，以使所述第一支承条在受压后能够将所述第二弹性箔片的部分结构压至周向上相邻的两个所述第三支承条之间的间隙中。
优选地，所述第一弹性箔片上位于相邻两个所述第一支承条之间的部分沿径向贯穿设置通孔。
优选地，所述第三弹性箔片上位于相邻两个所述第三支承条之间的部分沿径向贯穿设置通孔。
优选地，所述第二弹性箔片为不具有镂空结构的完整片体。
优选地，至少两个所述箔片组件沿周向依次设于所述轴承套筒中。
优选地，所述箔片组件在周向上的一端插接固定于所述轴承套筒的插槽中。
优选地，所述第一支承条在所述第一弹性箔片上等间距排布，所述第三支承条在所述第三弹性箔片上等间距排布，且所述第一支承条与所述第三支承条的周向长度相同。
优选地，所述第一支承条在周向上的中心线与两个所述第三支承条之间的间隙在周向上的中心线对齐。
本发明提供的径向气体箔片轴承，包括：轴承套筒、设于轴承套筒内侧的箔片组件；箔片组件在周向上的一端固定于轴承套筒且另一端为自由端，箔片组件包括弹性支承单元和设于弹性支承单元内侧的顶箔，弹性支承单元中，包括由内至外依次设置的第一弹性箔片、第二弹性箔片和第三弹性箔片；第一弹性箔片沿周向依次间隔置若干个与顶箔相贴合的第一支承条，第三弹性箔片沿周向依次间隔设置若干个与第二弹性箔片相贴合的第三支承条；第一支承条与第三支承条在周向上相错开设置，以使第一支承条在受压后能够将第二弹性箔片的部分结构压至周向上相邻的两个第三支承条之间的间隙中。
当轴承工作时，轴承气膜压力施加在顶箔上，并通过顶箔传递到弹性支承单元上，第一弹性箔片上的第一支承条对第二弹性箔片施加压力，第三弹性箔片上的第三支承条对第二弹性箔片施加支撑力，由于第三支承条与第一支承条在周向上相错开，使得第一支承条能够将第二弹性箔片压到两个相邻第三支承条之间的间隙中，第二弹性箔片发生弹性变形。
该径向气体箔片轴承中，利用叠片式的弹性支承单元作为轴承弹性支承结构，通过第一支承条和第三支承条的交错排布以使第二弹性箔片形变，即可实现弹性支承，无需加工出圆弧状波纹凸起，便于加工，能满足高精度要求，改变第一弹性箔片、第二弹性箔片、第三弹性箔片厚度、第一弹性箔片和第三弹性箔片承条之间的间隙宽度，即可改变轴承弹性支承能力，可实现工程化大批量生产需要，另外，相比于长时间使用可能会变形失效的圆弧状波纹凸起，该径向气体箔片轴承使用寿命较长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一的爆炸图；
图2为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一的轴向剖视图；
图3为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一的剖视局部放大图；
图4为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中箔片组件与轴承套筒连接位置的结构示意图；
图5为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中弹性支承单元的示意图；
图6为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中第二弹性箔片受压形变前的受力图；
图7为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中第二弹性箔片受压形变后的受力图；
图8为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中轴承套筒的结构示意图；
图9为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中顶箔的结构示意图；
图10为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中第一弹性箔片的结构示意图；
图11为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中第二弹性箔片的结构示意图；
图12为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例一中第三弹性箔片的结构示意图；
图13为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例二中弹性支承单元的示意图；
图14为本发明所提供式径向气体箔片轴承的具体实施例三中弹性支承单元的示意图。
附图标记说明：
轴承套筒1，插槽11，箔片组件2，第一弹性箔片21，第一支承条211，第一凹槽212，第二弹性箔片22，第三弹性箔片23，第三支承条231，第三凹槽232，顶箔24，第四弹性箔片25，第五弹性箔片26，第五支承条261。
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。
本发明的核心是提供一种径向气体箔片轴承，有利于降低气体箔片轴承的加工难度、延长使用寿命。
需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明所提供径向气体箔片轴承的一种具体实施例中，包括轴承套筒1和设置在轴承套筒1内侧的箔片组件2。轴承套筒1为圆柱形，其内壁为精加工表面，以满足气体箔片轴承的设计要求。其中，箔片组件2在周向上的一端固定在轴承套筒1上，另一端为自由端，箔片组件2整体呈圆弧状卷曲。可选地，如图2所示，轴承套筒1中仅设置一个箔片组件2。
箔片组件2包括弹性支承单元和设置在弹性支承单元内侧的顶箔24。顶箔24为完整的单片结构，形成轴承的柔性内表面。弹性支承单元主要起弹性变形和支承作用，如图3和图4所示，弹性支承单元中，包括由内至外依次设置的第一弹性箔片21、第二弹性箔片22和第三弹性箔片23，具体可以仅包括以上三层弹性箔片，第三弹性箔片23紧贴轴承套筒1的内周面。
如图11所示，第二弹性箔片22为完整的不具有镂空结构的片体结构。如图5和图10所示，第一弹性箔片21沿周向依次间隔设置若干个与顶箔24相贴合的第一支承条211，第一弹性箔片21上位于两个第一支承条211之间的部分与顶箔24在径向上相分隔开。如图5和图12所示，第三弹性箔片23沿周向依次间隔设置若干个与第二弹性箔片22相贴合的第三支承条231，第三弹性箔片23上位于两个第三支承条231之间的部分与第二弹性箔片22在径向上相分隔开。
如图5所示，第一支承条211与第三支承条231在周向上相错开，使得第一支承条211在受压后能够将第二弹性箔片22的部分结构压至周向上相邻的两个第三支承条231之间的间隙中。具体地，以轴承套筒1的中心线为中心沿周向划分轴承套筒1中的空间，具体如图2和图3中相邻虚线之间被划分出的空间，每个被划分出的空间中只有第一支承条211、第三支承条231中的一者。第一支承条211和第三支承条231用于为轴承提供结构刚度和结构阻尼。
第一弹性箔片21主要作用为将顶箔24的力传递到第二弹性箔片22上，使第二弹性箔片22产生周向弹性变形。第二弹性箔片22为完整结构，主要起周向弹性变形作用。第三弹性箔片23与轴承套筒1的内表面贴合，主要起支承和给第二弹性箔片22留出变形空间的作用。
如图6和图7所示，当轴承工作时，轴承气膜压力P施加在顶箔24上，并通过顶箔24传递到弹性支承单元上，第一弹性箔片21上的第一支承条211对第二弹性箔片22施加压力F1，第三弹性箔片23上的第三支承条231对第二弹性箔片22施加支撑力F2，由于第三支承条231与第一支承条211在周向上相错开，使得第一支承条211能够将第二弹性箔片22压到两个相邻第三支承条231之间的间隙中，第二弹性箔片22发生弹性变形。
本实施例提供的径向气体箔片轴承，利用叠片式的弹性支承单元作为轴承弹性支承结构，通过第一支承条211和第三支承条231的交错排布以使第二弹性箔片22形变，即可实现弹性支承，无需加工出圆弧状波纹凸起，便于加工，能满足高精度要求，改变第一弹性箔片21、第二弹性箔片22、第三弹性箔片23厚度、第一弹性箔片21和第三弹性箔片23承条之间的间隙宽度，即可改变轴承弹性支承能力，实现工程化大批量生产需要，另外，相比于长时间使用可能会变形失效的圆弧状波纹凸起，本实施例中的径向气体箔片轴承使用寿命较长。
进一步地，请参考图10和图12，第一弹性箔片21上位于相邻两个第一支承条211之间的部分沿径向贯穿设置通孔。具体地，在第一弹性箔片21上位于相邻第一支承条211之间的部分，在轴向上的两端互相连接，轴向上中部构成通孔，以实现与顶箔24的分隔。第三弹性箔片23上位于相邻两个第三支承条231之间的部分沿径向贯穿设置通孔。具体地，在第三弹性箔片23上位于相邻第三支承条231之间的部分，在轴向上的两端互相连接，轴向上中部构成通孔，以实现与第二弹性箔片22的分隔。另外，通过设置支承条的周向长度、相邻支承条的周向间距、以及不同弹性箔片上支承条的位置关系，可以实现对轴承性能参数的改变。
由于第一弹性箔片21上相邻第一支承条211之间、第三弹性箔片23上相邻第三支承条231之间均直接加工出通孔以实现与相邻部件的径向分隔，在加工时，第一弹性箔片21、第二弹性箔片22、第三弹性箔片23以及顶箔24均可以直接采用模具一次冲压即可成型，可进一步便于加工。
进一步地，如图4所示，箔片组件2在周向上的一端插接固定于轴承套筒1的插槽11中。加工时，在轴承套筒1内周面上加工出插槽11，箔片组件2中，顶箔24和各弹性箔片在周向上的同一端均插入该插槽11中即完成安装。采用定位销式定位安装的方式将箔片组件2安装轴承套筒1上，箔片组件2安装、拆卸和更换方便，可保证装配精度，且能够提高轴承装配成品率。当然，在其他实施例中，箔片组件2也可以采用螺栓压紧式安装、点焊固定式安装等方式安装于轴承套筒1上。
进一步地，请参考图5，第一支承条211在第一弹性箔片21上等间距排布，第三支承条231在第三弹性箔片23上等间距排布，且第一支承条211与第三支承条231的周向长度相同，使得转子转动过程中，箔片组件2能够始终为转子提供较为均匀的弹力。
进一步地，请参考图5中的虚线，第一支承条211在周向上的中心线与两个第三支承条231之间的间隙在周向上的中心线对齐，可进一步提供转子受力的均匀性。
本实施例提供的径向气体箔片轴承，采用具有交错开槽的多层箔片相互叠加的方式组成结构紧凑的弹性支承单元，能够显著的提高轴承加工精度，简化加工流程，降低生产成本，提高轴承的性能，具有多重刚度、载荷力较高、缓和冲击振动的能力较强、轴承成品率高等特点，可广泛应用于轴承领域，可适用于高速轻载转子支撑工作。
当然，在其他实施例中，箔片组件2不限于只设置一个，可选地，至少两个箔片组件2沿周向依次设于轴承套筒1中。
显然，在其他实施例中，第一弹性箔片21上相邻第一支承条211之间、第三弹性箔片23上相邻第三支承条231之间也可以不设置通孔，例如图13所示，第一弹性箔片21上相邻第一支承条211之间设有第一凹槽212，第一凹槽212的槽底在径向上与顶箔24之间具有间隙，第三弹性箔片23上相邻第三支承条231之间设有第三凹槽232，第三凹槽232的槽底在径向上与第二弹性箔片22之间具有间隙，通过不径向贯穿的凹槽实现第一弹性箔片21、第三弹性箔片23与相邻部件的径向分隔。
此外，弹性支承单元中，弹性箔片不限于设置三层，例如图14，在第三弹性箔片23外侧还可以依次设置第四弹性箔片25和第五弹性箔片26，第四弹性箔片25与第二弹性箔片22结构相同，第五弹性箔片26与第三弹性箔片23结构相同且第五弹性箔片26上的第五支承条261与各第三支承条231在周向上相错开，也能够提供弹性支承作用。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的径向气体箔片轴承进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种径向气体箔片轴承，包括：轴承套筒(1)、设于所述轴承套筒(1)内侧的箔片组件(2)；所述箔片组件(2)在周向上的一端固定于所述轴承套筒(1)且另一端为自由端，所述箔片组件(2)包括弹性支承单元和设于所述弹性支承单元内侧的顶箔(24)，其特征在于，所述弹性支承单元中，包括由内至外依次设置的第一弹性箔片(21)、第二弹性箔片(22)和第三弹性箔片(23)；所述第一弹性箔片(21)沿周向依次间隔置若干个与所述顶箔(24)相贴合的第一支承条(211)，所述第三弹性箔片(23)沿周向依次间隔设置若干个与所述第二弹性箔片(22)相贴合的第三支承条(231)；所述第一支承条(211)与所述第三支承条(231)在周向上相错开设置，以使所述第一支承条(211)在受压后能够将所述第二弹性箔片(22)的部分结构压至周向上相邻的两个所述第三支承条(231)之间的间隙中。
2.根据权利要求1所述的径向气体箔片轴承，其特征在于，所述第一弹性箔片(21)上位于相邻两个所述第一支承条(211)之间的部分沿径向贯穿设置通孔。
3.根据权利要求1所述的径向气体箔片轴承，其特征在于，所述第三弹性箔片(23)上位于相邻两个所述第三支承条(231)之间的部分沿径向贯穿设置通孔。
4.根据权利要求1所述的径向气体箔片轴承，其特征在于，所述第二弹性箔片(22)为不具有镂空结构的完整片体。
5.根据权利要求1所述的径向气体箔片轴承，其特征在于，至少两个所述箔片组件(2)沿周向依次设于所述轴承套筒(1)中。
6.根据权利要求1至5任一项所述的径向气体箔片轴承，其特征在于，所述箔片组件(2)在周向上的一端插接固定于所述轴承套筒(1)的插槽(11)中。
7.根据权利要求1至5任一项所述的径向气体箔片轴承，其特征在于，所述第一支承条(211)在所述第一弹性箔片(21)上等间距排布，所述第三支承条(231)在所述第三弹性箔片(23)上等间距排布，且所述第一支承条(211)与所述第三支承条(231)的周向长度相同。
8.根据权利要求1至5任一项所述的径向气体箔片轴承，其特征在于，所述第一支承条(211)在周向上的中心线与两个所述第三支承条(231)之间的间隙在周向上的中心线对齐。
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