CN112431847B - 一种气体动压推力轴承、电机及空压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气体动压推力轴承、电机及空压机，该轴承包括依次设置的顶箔板、波箔板和底板；自其顶箔连接外圈的与多个顶箔固定端相应的位置处，分别设置有向下延伸形成的连接段，顶箔固定端的径向外侧板沿与相应的连接段连接；在其底板主体的与多个顶箔固定端相应的位置处，分别开设有沿所述顶箔固定端的长度方向设置容腔通槽；自所述容腔通槽的与所述顶箔固定端相对侧槽壁，向上并朝向相应的所述顶箔固定端周向延伸形成耦接部；并配置为：顶箔固定端插装置于相应的所述耦接部下方的所述容腔通槽内，所述顶箔固定端的底面与所述底板主体的底面齐平。通过结构优化，可防止顶箔片的楔形部分和平面部分相接处与转子的摩擦，从而优化轴承使用状态。

Description

一种气体动压推力轴承、电机及空压机

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种气体动压推力轴承。

背景技术

空气动压箔片轴承，是一种在气体动力润滑状态下工作的滑动轴承。其利用楔形效应，周围环境中的空气随着转子转速的升高进入楔形支承气腔中，转子的转速达到一定阈值时，楔形支承气腔中的气体气压变大形成可支承起转子的气膜，转子悬浮起来。

为了形成楔形支承气腔，一般将顶箔片预折弯形成，但是随着载荷的增大，根据轴承表面的气压分布顶箔片平面部分的变形量大于楔形部分的变形量，这样使得顶箔片的楔形部分与平面部分相接处磨损严重，长时间工作在此状况下不仅损害轴承甚至会烧坏转子和整机设备。

此外，受限于空气刚度较低的特点，空气动压轴承的承载力远低于油膜轴承和滚珠轴承，限制了止推空气动压轴承的应用。

有鉴于此，亟待针对现有气体动压推力轴承进行优化设计，以避免顶箔片的楔形部分与平面部分相接处出现严重磨损。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种气体动压推力轴承、电机及空压机，通过结构优化可防止顶箔片的楔形部分和平面部分相接处与转子的摩擦，从而优化轴承使用状态。

本发明提供的气体动压推力轴承，包括依次设置的顶箔板、波箔板和底板；所述顶箔板上周向均布的多个顶箔片用于与转子形成支承气腔，所述波箔板上周向均布的多个波箔片分别支撑相应的所述顶箔片；其中：所述顶箔板包括顶箔连接外圈，且自所述顶箔连接外圈的与多个所述顶箔片的顶箔固定端相应的位置处，分别设置有向下延伸形成的连接段；所述顶箔固定端的径向外侧板沿与相应的所述连接段连接；所述底板的底板主体的与多个所述顶箔固定端相应的位置处，分别开设有沿所述顶箔固定端的长度方向设置容腔通槽；自所述容腔通槽的与所述顶箔固定端相对侧槽壁，向上并朝向相应的所述顶箔固定端周向延伸形成耦接部；所述波箔板包括波箔连接外圈，多个所述波箔片的波箔固定端且自所述波箔连接外圈的相应位置处，分别向内延伸形成；所述顶箔连接外圈和所述波箔连接外圈与所述底板主体固定连接，并配置为：所述顶箔固定端插装置于相应的所述耦接部下方的所述容腔通槽内，所述顶箔固定端的底面与所述底板主体的底面齐平。

优选地，还包括垫板，所述垫板设置在所述顶箔板和所述波箔板之间或者设置在所述底板和所述波箔板之间；所述垫板包括垫板连接外圈，自所述垫板连接外圈的与多个所述波箔固定端相应的位置处，分别向内延伸形成多个垫片；并配置为：所述垫片支撑在相应的所述波箔固定端的上表面与所述顶箔片的楔形部分的下表面之间，或者，支撑在相应的所述底板本体的上表面与所述波箔固定端的下表面之间。

优选地，所述垫片沿所述波箔固定端的长度方向延伸；所述连接段垂直于所述顶箔连接外圈向下延伸形成。

优选地，所述垫板连接外圈和所述波箔连接外圈的内壁，分别设置有与多个所述连接段相应设置的内凹部，以容纳相应的所述连接段。

优选地，所述顶箔固定端的插装侧板沿与相对侧的所述容腔通槽的槽壁之间具有预定的间隙。

优选地，所述顶箔片的顶箔本体的径向外侧板沿，与所述顶箔连接外圈的内壁之间具有径向间隙；所述波箔片的波箔本体的径向外侧板沿，与所述波箔连接外圈的内壁之间具有径向间隙；所述顶箔连接外圈、垫板连接外圈、所述波箔连接外圈和所述底板主体之间通过螺纹紧固件或者铆接件固定连接。

优选地，所述顶箔片的顶箔本体的径向内侧板沿、所述波箔片的波箔本体的径向内侧板沿以及所述垫片的径向内侧板沿，均为与所述底板本体的中心通孔等径的圆弧状。

优选地，所述顶箔片固定端和所述顶箔片的楔形部分及与部分其相连的平面部分配置为：径向截面呈

型折弯状。

本发明还提供一种电机，包括如前所述的气体动压推力轴承。

本发明还提供一种空气压缩机，包括如前所述的电机。

与现有技术相比，本方案另辟蹊径针对气体动压推力轴承的顶箔固定方式提出了一种创新方案，具体地，在顶箔连接外圈向下延伸形成一连接段，每个顶箔片固定端的径向外侧板沿与相应的连接段连接，由此将顶箔片的轴向相对位置下移；底板主体上开设有沿顶箔固定端的长度方向设置容腔通槽，并自容腔通槽的与顶箔固定端相对侧槽壁设置相适配的耦接部，该耦接部向上并朝向相应的顶箔固定端周向延伸形成；组装完成后，各顶箔固定端插装置于相应的耦接部下方的容腔通槽内，顶箔固定端不占用轴承底板至转子的轴向空间，由此，可降低气体动压推力轴承的厚度尺寸；且顶箔固定端的底面与底板主体的底面齐平，整体上控制整个轴承组件厚度，大大降低了顶箔片楔形部分和平面部分相接处与转子摩擦的可能性，从而确保推力轴承的良好运行状态。另外，由于顶箔固定端插装置于相应的耦接部下方的容腔通槽内，将顶箔固定部位的高度控制得较低，可避免固定部位过高而在楔形气腔的上游侧形成进气前楔形效应的可能，能够快速形成支承转子的稳定气膜。此外，该轴承组件整体可以利用连接外圈与底板本体可拆卸连接，取消焊接使得工序较为简单，利于大批量生产，降低了产品制造成本；与此同时，部件损坏时可以更换，无需更换整个轴承组件，进一步降低了产品维护成本。

在本发明的优选方案中，还包括设置在顶箔板和波箔板之间的垫板，自其垫板连接外圈向内延伸形成与相应波箔片适配的垫片，组装后，垫片支撑在相应的波箔固定端的上表面与顶箔片的楔形部分的下表面之间；如此设置，一方面该支撑顶箔片楔形部分的垫片，能够避免顶箔形变出现下移，使得该区域保持相对较高的姿态，运行状态下气膜厚度得以减小，从而提高承载力。另外，在启停阶段，通过垫片支撑可避免顶箔片形变而磨损楔形部分与平面部分交界处的可能性，进一步确保轴承的性能和使用寿命。

在本发明的另一优选方案中，顶箔固定端的插装侧板沿与相对侧的容腔通槽的槽壁之间具有预定的间隙，这样，空气压力使得顶箔片变形时，间隙提供了顶箔固定端位移冗余空间，顶箔片和波箔片的自由端可趋近于该耦接部，由此，该耦接部进一步能够合理控制顶箔片自由端在运行过程中的轴向翘起和弯曲量，最大限度地降低磨损的可能性。

附图说明

图1为实施例一所述气体动压推力轴承的整体结构示意图；

图2为图1中所示气体动压推力轴承的装配爆炸图；

图3为图2的A部放大图；

图4为图2的B部放大图；

图5为图1的C向局部视图；

图6为实施例二所述气体动压推力轴承的整体结构示意图；

图7为图6中所示气体动压推力轴承的装配爆炸图；

图8为图6的D向局部视图。

图中：

顶箔板10、顶箔片11、顶箔固定端111、插装侧板沿1111、楔形部分112、平面部分113、径向外侧板沿114、径向内侧板沿115、顶箔连接外圈12、连接段121、定位块122；

波箔板20、波箔片21、波箔固定端211、径向外侧板沿212、径向内侧板沿213、波箔连接外圈22、内凹部221、定位块222；

底板30、底板主体31、中心通孔311、定位块312、容腔通槽32、耦接部33；

垫板40、垫片41、径向内侧板沿411、垫板连接外圈42、内凹部421、定位块422；

转子50。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本实施方式以图中所示气体动压推力轴承作为描述主体，详细说明本发明的结构创新方案。使用状态下，该气体动压推力轴承置于轴承座与转子之间，包括依次设置的顶箔板、波箔板和底板，其中，底板用于固定在轴承座上，顶箔板朝向转子以在运行状态下形成支撑气膜。该气体动压推力轴承的顶箔片和波箔片沿周向一一对应设置，应当理解，其设置数量及具体的具体形状的尺寸比例关系，对本申请请求保护的气体动压推力轴承未构成实质性的限制。

实施例一：

请参见图1和图2，其中，图1为本实施例所述气体动压推力轴承的整体结构示意图，图2为图1中所示气体动压推力轴承的装配爆炸图。该气体动压推力轴承包括依次设置的顶箔板10、波箔板20和底板30。具体地，顶箔板10上周向均布的多个顶箔片11用于与转子(图中未示出)形成支承气腔，波箔板20上周向均布的多个波箔片21分别支撑相应的顶箔片11，底板30用于固定在轴承座(图中未示出)上。

其中，顶箔板10包括用于组装的顶箔连接外圈12，多个顶箔片11置于顶箔连接外圈12的内侧。请一并参见图3，该图为图2的A部放大图。结合图1-3所示，自该顶箔连接外圈12的与多个顶箔片11的顶箔固定端111相应的位置处，分别设置有向下延伸形成的连接段121，顶箔固定端111的径向外侧板沿与相应的连接段121连接。基于上述结构，顶箔板10加工完成后，各顶箔处11的相对位置关系已确定。

这里，连接段121的“向下延伸”是以图示方位关系定义的，也即朝向底板30的方向延伸，由此，将顶箔片11的轴向相对位置下移，该下移的尺寸小于等于波箔板20和底板30厚度之和，从而确保其固定部位相对于顶箔片11本体的高度得以降低；可以理解的是，该方位词的使用仅用于清楚描述结构关系，而非构成对本方案实质内容的限制。

另外，这里以及下文所使用的“径向”，是相对于轴承转动中心为基准定义的，“径向外侧”是指远离转动中心的一侧，下文中的“径向内侧”是接近转动中心的一侧。

其中，波箔板20包括用于组装的波箔连接外圈22，多个波箔片21置于该波箔连接外圈22的内侧，请一并参见图4，该图为图2的B部放大图。各波箔片21的波箔固定端211自该波箔连接外圈22的相应位置处，分别向内延伸形成。基于上述结构，波箔板20加工完成后，各波箔片21的相对位置关系已确定。波箔片21的波箔固定端211与波箔片21的波浪部分位置对应，且形状相同、大小相同。

其中，底板30作为轴承组装的基础构成，其底板主体31的与多个顶箔固定端111相应的位置处，分别开设有沿顶箔固定端111的长度方向设置容腔通槽32，用于容纳顶箔固定端111的本体；自该容腔通槽32的与顶箔固定端111相对侧的槽壁设置有相适配的耦接部33，该自底板主体31向上并朝向相应的顶箔固定端111周向延伸形成，在轴向投影面内，耦接部33与置于容腔通槽32内的顶箔固定端111叠合，以限制其轴向位移。

这里，耦接部33可以采用不同的结构形式，例如但不限于图中所示的一体板状结构，也可以设置为沿容腔通槽32的槽壁间隔布置的多个板状结构；此外，该耦接部33的截面形状也可以为不同的形状，只要其下表面能够构成对置于容腔通槽32内的顶箔固定端111的轴向位移的限位，均在本申请请求保护的范围内。

本方案中，顶箔连接外圈12和波箔连接外圈22与底板主体31固定连接，并配置为：顶箔固定端111插装置于相应的耦接部33下方的容腔通槽32内，顶箔固定端111的底面与底板主体31的底面齐平。请一并参见图5，该图为图1的C向局部视图。

结合图5所示，组装完成后，顶箔固定端111插装置于相应的耦接部33下方的容腔通槽32内，各顶箔固定端111不占用轴承底板30至转子50的轴向空间，降低了轴承整体的厚度尺寸。并且，顶箔固定端111的底面与底板主体31的底面齐平，优选地，容腔通槽32的槽深不小于顶箔固定端111的板厚，以确保整体上控制整个轴承组件厚度。这样，有效降低了顶箔片楔形部分112和平面部分113相接处与转子摩擦的可能性，确保推力轴承的良好运行状态。

需要说明的是，耦接部33的径向长度小于容腔通槽32的长度，宽度小于容腔通槽32的宽度，可兼顾其限位功能及组装便利性。

另外，本方案将顶箔固定端111插装置于相应的耦接部33下方的容腔通槽32内，将顶箔固定部位的高度控制得较低，可避免固定部位过高而在楔形气腔a的进气上游侧形成进气前楔形效应，进而在平面气腔b快速形成支承转子50的气膜。

例如但不限于，顶箔片固定端111和顶箔片11的楔形部分112及与部分其相连的平面部分113可配置为：径向截面呈

型折弯状，如图5所示。需要指出的是，顶箔片11的呈近似折弯的“Z”字形，以适应容腔通槽32和耦接部33等装配关系结构，非局限于字母“Z”。该

型折弯位置与可以预先成型，也可以在组装过程中通过耦接部33和底板30按压形成。当然，顶箔片固定端111和顶箔片11的楔形部分112及与部分其相连的平面部分113可配置为其他结构形式，例如径向截面呈连续过渡弧状，曲率渐变不作特别限制。

此外，耦接部33预设为与底板主体31呈小于90度的角度，该耦合部可以穿过波箔板20和顶箔板10的相应通孔将顶箔板和波箔板可拆卸固定。使用时将三个片按照顺序叠片后，将耦接部33按压，从而起到固定三个片的作用，且耦合部分不用突出太多就可以固定。与独立加工成形顶箔片11和波箔片21的现有结构相比，本方案的顶箔板10和波箔板20利用连接外圈与底板本体31可拆卸连接，取消焊接使得工序较为简单，利于大批量生产，降低了产品制造成本；与此同时，部件损坏时可以更换，无需更换整个轴承组件，进一步降低了产品维护成本。

作为优选，该连接段121垂直于顶箔连接外圈12向下延伸形成，与顶箔连接外圈12的本体板面垂直，能够合理限制径向尺寸。相应地，在波箔连接外圈22的内壁设置有多个内凹部221，每个内凹部221与顶箔板10上向下延伸的连接段121分别相应设置，以容纳相应的连接段121；组装后，整体上径向集成度较佳。

为了最大限度地降低磨损的可能性，作为优选，在顶箔固定端111的插装侧板沿1111与相对侧的容腔通槽32的槽壁之间具有预定的间隙T₁。如图5所示，空气压力使得顶箔片11变形时，间隙T₁提供了顶箔固定端111位移冗余空间，也即，该顶箔固定端111可退让至与该侧槽壁相抵。这样，顶箔片11和波箔片21的自由端可趋近于该耦接部33，能够合理控制顶箔片11自由端在运行过程中的轴向翘起和弯曲量，避免产生磨损。

当然，该预定的间隙T₁的大小，具体可根据具体产品的实际应用进行选定。

另外，顶箔板10朝向转子的表面可以做了耐磨涂层，可提高其耐磨性。

进一步地，顶箔片11的顶箔本体的径向外侧板沿114，与顶箔连接外圈12的内壁之间具有径向间隙T₂；同样地，波箔片21的波箔本体的径向外侧板沿212，与波箔连接外圈22的内壁之间具有径向间隙T₃。如此设置，可避免运行过程中产生形变与相应的连接外圈产生不必要的干涉，确保轴承性能。

另外，顶箔片11的顶箔本体的径向内侧板沿115、波箔片21的波箔本体的径向内侧板沿213，均为与底板本体31的中心通孔311等径的圆弧状。具有适配中心轴的相同内径通孔，且四者外径相同。

本方案提供了操作性较佳的装配结构，在顶箔连接外圈12的外周配置定位块122，在波箔连接外圈22的外周配置定位块222，同样地，在底板主体31的外周配置定位块312。在此基础上，各定位块开设安装孔，通过螺纹紧固件或者铆接件即可固定连，并实现轴承组件与轴承座的组装固定。

需要说明的是，用于实现固定连接功能的定位块，可以为图中所示的突出于相应连接外圈的形式；也可以集成在相应的连接外圈上，安装孔形成在相应的连接外圈上，同样可以满足前述固定连接功能。

这里，各定位块至少设置为三个，而非局限于图中所示的四个，以形成稳定可靠的连接关系。对于三个定位块，三者间的周向间距可以非等距设计，可确保组件间的周向相对位置关系，防止装配时出现错误。

实施例二：

本方案与实施例一的基本设计构思相同，区别在于：本方案增设有垫板。请一并参见图6和图7，其中，图6为本实施例所述气体动压推力轴承的整体结构示意图，图7为图6中所示气体动压推力轴承的装配爆炸图。为了清楚示出本方案与实施例一的具体区别和联系，图中相同构成和结构以相同标记进行示明。

如图所示，该气体动压推力轴承包括依次设置的顶箔板10、垫板40、波箔板20和底板30依次设置。其中，垫板40设置在顶箔板10和波箔板20之间。

该垫板40包括用于组装的垫板连接外圈42，自垫板连接外圈42的与多个波箔固定端211相应的位置处，分别向内延伸形成多个垫片41；如图8所示，该图为图6的D向局部视图。

组装后，垫板连接外圈42固定在顶箔连接外圈11和波箔连接外圈21之间，并配置为：垫片41支撑在相应的波箔固定端211的上表面与顶箔片11的楔形部分112的下表面之间。一方面，支撑顶箔片楔形部分112的垫片41，构成对波箔固定端的可靠无焊接定位，能够避免顶箔形变出现下移，使得该区域保持相对较高的姿态，运行状态下气膜厚度得以减小，从而提高承载力。另外，在启停阶段，通过垫片4支撑可避免顶箔片11形变而磨损楔形部分112与平面部分113交界处的可能性。

作为优选，垫片41沿波箔固定端211的长度方向延伸，以沿该长度方式构建良好的支撑关系。

进一步地，在垫板连接外圈42内壁设置多个内凹部421，每个内凹部421与顶箔板10上向下延伸的连接段121分别相应设置，以容纳相应的连接段121，从而获得整体上较佳的径向集成度。本方案中，耦接部33也可预设为与底板主体31呈小于90度的角度，该耦合部可以穿过波箔板20和顶箔板10的相应通孔将顶箔板、垫板和波箔板可拆卸固定。使用时将四个片按照顺序叠片后，将耦接部33按压，完成四个片的固定。

同样地，为了获得较好的装配操作便利性，在垫板连接外圈42的外周配置定位块422，定位块422同样开设有安装孔，通过螺纹紧固件或者铆接件穿装各构成上的定位块，即可实现轴承组件的各组装固定连接。并且，在垫片41的径向内侧板沿411，为与底板211本体的中心通孔等径的圆弧状，利用加工和装配。

需要说明的是，本方案中各构成可分别以片材利用冲压工艺一体成形，其具体冲压工艺非本申请的核心发明点所在，本领域普通技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。

除前述气体动压推力轴承外，本实施方式还提供一种采用前述气体动压推力轴承的电机。应当理解，该电机的其他功能构成非本申请的核心发明点所在，故本文不再赘述。

除前述气体动压推力轴承和电机外，本发明还提供一种采用前述电机空气压缩机。同样地，该空气压缩机的其他功能构成非本申请的核心发明点所在，故本文不再赘述。

以上仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体动压推力轴承，其特征在于，包括依次设置的顶箔板、波箔板和底板；所述顶箔板上周向均布的多个顶箔片用于与转子形成支承气腔，所述波箔板上周向均布的多个波箔片分别支撑相应的所述顶箔片；其中：

所述顶箔板包括顶箔连接外圈，且自所述顶箔连接外圈的与多个所述顶箔片的顶箔固定端相应的位置处，分别设置有向下延伸形成的连接段；所述顶箔固定端的径向外侧板沿与相应的所述连接段连接；

所述底板的底板主体的与多个所述顶箔固定端相应的位置处，分别开设有沿所述顶箔固定端的长度方向设置容腔通槽；自所述容腔通槽的与所述顶箔固定端相对侧槽壁，向上并朝向相应的所述顶箔固定端周向延伸形成耦接部；

所述波箔板包括波箔连接外圈，多个所述波箔片的波箔固定端且自所述波箔连接外圈的相应位置处，分别向内延伸形成；

所述顶箔连接外圈和所述波箔连接外圈与所述底板主体固定连接，并配置为：所述顶箔固定端插装置于相应的所述耦接部下方的所述容腔通槽内，所述顶箔固定端的底面与所述底板主体的底面齐平。

2.根据权利要求1所述的气体动压推力轴承，其特征在于，还包括垫板，所述垫板设置在所述顶箔板和所述波箔板之间，或者设置在所述底板和所述波箔板之间；所述垫板包括垫板连接外圈，自所述垫板连接外圈的与多个所述波箔固定端相应的位置处，分别向内延伸形成多个垫片；并配置为：所述垫片支撑在相应的所述波箔固定端的上表面与所述顶箔片楔形部分与平面部分连接处的下表面之间。

3.根据权利要求2所述的气体动压推力轴承，其特征在于，所述垫片沿所述波箔固定端的长度方向延伸；所述连接段垂直于所述顶箔连接外圈向下延伸形成。

4.根据权利要求3所述的气体动压推力轴承，其特征在于，所述垫板连接外圈和所述波箔连接外圈的内壁，分别设置有与多个所述连接段相应设置的内凹部，以容纳相应的所述连接段。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的气体动压推力轴承，其特征在于，所述顶箔固定端的插装侧板沿与相对侧的所述容腔通槽的槽壁之间具有预定的间隙。

6.根据权利要求5所述的气体动压推力轴承，其特征在于，所述顶箔片的顶箔本体的径向外侧板沿，与所述顶箔连接外圈的内壁之间具有径向间隙；所述波箔片的波箔本体的径向外侧板沿，与所述波箔连接外圈的内壁之间具有径向间隙；所述顶箔连接外圈、垫板连接外圈、所述波箔连接外圈和所述底板主体之间通过螺纹紧固件或者铆接件固定连接。

7.根据权利要求6所述的气体动压推力轴承，其特征在于，所述顶箔片的顶箔本体的径向内侧板沿、所述波箔片的波箔本体的径向内侧板沿以及所述垫片的径向内侧板沿，均为与所述底板本体的中心通孔等径的圆弧状。

8.根据权利要求2所述的气体动压推力轴承，其特征在于，所述顶箔片固定端和所述顶箔片的楔形部分及与部分其相连的平面部分配置为：径向截面呈

型折弯状。

9.一种电机，其特征在于，包括气体动压推力轴承，所述气体动压推力轴承为权利要求1-8中任意一项所述的气体动压推力轴承。

10.一种空气压缩机，其特征在于，包括电机，所述电机为权利要求9中所述的电机。

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