CN112855747B - 一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承 - Google Patents

Abstract

一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，属于空气轴承技术领域，为了解决现有的空气动压箔片轴承由于其旋转方向为单向，在轴承安装时发生旋向装配错误极易导致轴系失效的问题以及现有的空气动压箔片轴承存在运行时稳定性较差的问题。技术要点：在轴承套内壁上沿其轴向上贯通开有至少一个燕尾形结构，通过将顶箔片插入燕尾形结构中来固定顶箔片，所述燕尾形结构为：中部为燕尾形突台，燕尾形突台两侧对称设有两个能够允许顶箔片插入的细长槽。通过降低轴承在运行时的交叉刚度，可以有效的提高轴承在运行时的稳定性，并且，由于顶箔片两端同时插入燕尾结构两侧的细长槽中，而在顶箔片下方则通过焊接的方式来固定波纹箔片，使得轴承可以适用于转子的正、反两个旋向。

Description

一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承

技术领域

本发明属于空气轴承技术领域，具体涉及到一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承。

背景技术

随着现代科技的不断发展，高速旋转机械在国防、冶金、航空、汽车等领域起到的作用不断增强，而轴承作为高速旋转机械中必不可少的一部分，对于它的研究也在不断增多。气体箔片轴承因为其使用气体作为润滑剂，有着极小的摩擦功耗、较高的回转精度、无污染、结构简单、对高转速适应性强的优点，目前已得到广泛的使用。然而，随着旋转机械对转速需求的提高，传统的空气动压径向箔片轴承由于受到其圆瓦结构的限制，在高速时轴系会产生低频分量，稳定性较差，无法支承轴系在更高的转速下稳定工作，并且，传统的空气动压箔片轴承由于顶箔片存在自由端和固定端，因此转轴的旋转方向只能从自由端转向固定端，容易在轴承安装时发生旋向的装配错误，导致轴系失效，基于上述原因，提出一种正反旋向的椭圆瓦空气动压径向箔片轴承势在必行。

发明内容

本发明提出了一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，以解决现有的空气动压箔片轴承由于其旋转方向为单向，在轴承安装时发生旋向装配错误极易导致轴系失效的问题以及现有的空气动压箔片轴承存在运行时稳定性较差的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，所述空气动压径向箔片轴承包括：轴承套、波纹箔片和顶箔片，所述的轴承套是用来固定波纹箔片和顶箔片的中空圆柱筒，波纹箔片装配于轴承套和轴承套内的顶箔片之间，

在轴承套内壁上沿其轴向上贯通开有至少一个燕尾形结构，通过将顶箔片插入燕尾形结构中来固定顶箔片，所述燕尾形结构为：中部为燕尾形突台，燕尾形突台两侧对称设有两个能够允许顶箔片插入的细长槽，两个细长槽沿轴承套内壁圆周切面相向方向延伸，细长槽的长度l、宽度d、燕尾形结构本身角度α根据轴承套内径、顶箔片厚度来确定；

当燕尾形结构的数量为一个时，波纹箔片和顶箔片均为整体圆周式且数量为一个，波纹箔片装配在轴承套内壁上，顶箔片的两侧对应插入燕尾形结构的两侧的细长槽内；当燕尾形结构的数量为两个以上时，燕尾形结构沿轴承套内壁的圆周方向均布设置，波纹箔片和顶箔片均为瓣式；波纹箔片由与燕尾形结构数量一致的波纹箔片单元围合而成，顶箔片由与燕尾形结构数量一致的顶箔片单元围合而成；轴承套内壁上相邻两个燕尾形结构之间装配有一个波纹箔片单元，每个波纹箔片单元对应装配一个顶箔片单元，顶箔片单元的两侧一一对应插装在相邻两个燕尾形结构上相邻的两个细长槽内。

进一步地，燕尾形结构的数量为两个，两个燕尾形结构相隔180度设置在轴承套内壁上。

进一步地，燕尾形结构的数量为三个，三个燕尾形结构相隔120度设置在轴承套内壁上。

进一步地，所述燕尾形结构本身角度α是指两侧细长槽上与轴承套内壁相切的槽面之间的夹角，燕尾形结构本身角度α为75度～179.5度。

进一步地，细长槽的宽度d比顶箔片的厚度大0.01～2mm。

进一步地，细长槽的长度l在0.01-40mm之间。

进一步地，在波纹箔片表面有着2～4道圆周方向上宽度为0.1～2mm宽的长豁口。

进一步地，当波纹箔片和顶箔片均为整体圆周式且数量为一个时，波纹箔片的两侧比顶箔片短；当燕尾形结构的数量为两个以上时，每个波纹箔片单元的两侧比顶箔片短。

进一步地，所述顶箔片厚度为0.005～2mm，所述顶箔片为由镍基合金、不锈钢、铜或聚四氟乙烯材料制成的顶箔片。

进一步地，波纹箔片则使用焊接的方式固定在轴承套内壁上。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明通过将顶箔片插入燕尾形结构中来固定住顶箔片，从而将传统气体箔片轴承的圆瓦结构改为椭圆瓦结构(尤其是当燕尾形结构为一个或两个时)，提出了一种全新的具有燕尾形结构式的空气动压径向箔片轴承。本发明通过改变轴承套上的与顶箔片的插接处的结构来改变气体箔片轴承内部结构，将原来的来直槽变为本发明的燕尾形结构，原来是顶箔片仅一侧插接在直槽内，本发明是顶箔片两侧均插装在对应的燕尾形结构的细长槽内。这样能有效的提高轴承在运行时的稳定性，并且，由于顶箔片两端同时插入燕尾槽中，波纹箔片采用了焊接的方式，使得轴承可以适用于转子的正反两个旋向。

本发明将传统气体箔片轴承的圆柱瓦结构改为椭圆瓦结构，原理图如说明书附图9所示。传统的气体动压径向轴承为圆瓦的结构，这种结构会导致轴承在运行时的交叉刚度K_xy和K_yx较大，当轴承高速运转时会使得轴系容易产生低频振动，轴系无法达到较高转速。然而通过将顶箔片插入燕尾槽中的方式，会使得轴承在燕尾槽处与转轴的安装间隙较非燕尾槽处有明显增加，这就使得轴承内圆形成了明显的椭圆结构。在这种椭圆结构下，轴承的交叉刚度K_xy和K_yx值较圆柱瓦轴承有明显降低，可以有效降低高速运行时的低频振动，提高了轴系在高速运转时的稳定性。并且，本发明所提出的椭圆瓦空气动压径向箔片轴承与传统的圆瓦式空气动压径向箔片轴承相比，可以适应转子的正、反不同的旋向。传统的圆瓦式空气动压径向箔片轴承,如说明书附图8所示，在圆瓦式的空气动压径向箔片轴承中，当转子旋转时，为保证可以有效的吸入气体，转子只能沿着平箔片的自由端转向固定端，这是因为只有在固定端处，才能起到对气体进行压缩的作用，进而形成轴承的承载气膜，而转子从固定端转向自由端，气体无法受到压缩。而本发明所提出的椭圆瓦式的空气动压径向箔片轴承，由于两端均被固定，可以同时适用转子的正、反旋向。因此，避免了在工程应用中，轴承方向安装错误的风险。

因此说，本发明在轴承套上开设有一个或是两个燕尾槽，通过将顶箔片插入燕尾槽中来固定住顶箔片，而在顶箔片下方则通过焊接的方式来固定波纹箔片。通过以上的这种方式，由于顶箔片插入燕尾槽中，因此轴承内部的瓦块由原有的圆瓦变为椭圆瓦，可以有效的提高轴承运行稳定性，由于顶箔片两端同时插入燕尾槽中，使得轴承可以在转子正反旋向时都能正常工作。

本发明在轴承套上开设有三个以个燕尾形结构时，实现了轴承能适用于转子的正反两个旋向，能形成稳定的承载气膜，提高空气动压径向箔片轴承运行时的稳定性。

附图说明

图1是本发明两种结构的说明图；图1(a)是结构1装配前示意图；图1(b)是结构2装配前示意图；图1(c)是结构2装配前示意图；

图2是本发明的装配图；图2(a)是结构1的装配图；图2(b)是结构2的装配图；图2(c)是结构2的装配图；

图3是本发明燕尾形结构处安装后放大图；

图4是本发明轴承套示意图；图4(a)是单个燕尾形结构轴承套示意图；图4(b)是相对燕尾形结构轴承套示意图；图4(c)是彼此成120度燕尾形结构轴承套示意图；

图5是本发明轴承套燕尾形结构处放大图；

图6是本发明波纹箔片示意图；图6(a)是圆周式波纹箔片示意图；图6(b)是双瓣分离式波纹箔片示意图；图6(c)是三瓣分离式波纹箔片示意图；

图7是本发明顶箔片示意图；图7(a)是圆周式顶箔片示意图(弯折后)；图7(b)是双瓣分离式顶箔片示意图(弯折后)；图7(c)是三瓣分离式顶箔片示意图(弯折后)；

图8是传统气体箔片径向轴承(圆瓦)示意图；图8(a)是单瓦传统气体箔片径向轴承；图8(b)是双瓦传统气体箔片径向轴承；图8(c)是三瓦传统气体箔片径向轴承；

图9是圆瓦气体箔片径向轴承和椭圆瓦气体箔片径向轴承原理对比示意图；图9(a)是单瓦原理对比示意图；图9(b)是双瓦原理对比示意图；图9(c)是三瓦原理对比示意图。

图中：1-轴承套；2-波纹箔片；3-顶箔片；4-燕尾形结构(燕尾槽)。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种正反旋向的椭圆瓦空气动压径向箔片轴承，包括轴承套1；波纹箔片2；顶箔片3；

所述的轴承套1是用来固定波纹箔片2和顶箔片3的中空圆柱筒，在轴承套1上可开有一个或两个相对或三个彼此角度为120度的燕尾形结构4(当只有一个燕尾槽时所使用的顶箔片3和波纹箔片2为圆周式的，如说明书附图6(a),附图7(a)所示，当采用相对燕尾形槽4时所使用的顶箔片3和波纹箔片2为双瓣分离式的，如说明书附图6(b),附图7(b)所示,当采用彼此为120度的燕尾形结构4时所使用的顶箔片3和波纹箔片2为三瓣分离式的，如说明书附图6(c),附图7(c)所示)，安装顶箔片3时，将顶箔片3的两端插入燕尾形结构4中进行固定；燕尾形结构4形状如说明书附图5所示，燕尾形结构4与轴承套1内壁相连通，为开口状态；为了适应于不同形式的顶箔片3和波纹箔片2，可以选择开有一个或两个相对或三个彼此角度为120度的燕尾形槽4：其一是在轴承套1的内壁中任意一处加工出一燕尾形结构4，此时所用顶箔片3和波纹箔片2为一个整体，装配图如说明书附图2(a)所示，其二是在轴承套1内壁相对位置各开有一个燕尾形结构4，此时所使用的顶箔片3和波纹箔片2所占圆周角度接近180度，即在一个轴承中顶箔片3和波纹箔片2各使用2个，装配图如说明书附图2(b)所示，其三是在轴承套1内壁成120度的三个位置各开有一个燕尾形结构4，此时所使用的顶箔片3和波纹箔片2所占圆周角度均接近120度，即在一个轴承顶箔片3和波纹箔片2各使用3个，装配图如说明书附图2(c)所示；燕尾形结构4是在轴承套1内壁上加工而成的，单个燕尾形结构4的左右两边分别与轴承套1的内壁形成为具有一定宽度的细长槽，为了能够允许顶箔片3插入与固定，燕尾槽的宽度d略大于顶箔片3厚度0.01-2mm,燕尾槽本身角度α(说明书附图5)在75度～179.5度之间,燕尾槽长度l在0.01-40mm之间；进一步地，燕尾槽本身角度α可在80度～179.5度之间。

所述的波纹箔片2(说明书附图6)有三种结构形式：一种是周向未闭合的中空圆柱筒结构，即圆周式的波纹箔片2，圆周角度接近360度(当接近燕尾形结构4入口时，波箔要留有一段距离以方便弯曲顶箔片插入燕尾槽)，第二种是圆周角度接近180度的弧形圆柱筒结构，即双瓣分离式的波纹箔片2，第三种是圆周角度接近120度的弧形圆柱筒结构，即三瓣分离式的波纹箔片2。

在波纹箔片2表面有着2-4道圆周方向上宽度为0.1～2mm宽的长豁口；所述的波纹箔片2通过焊接的方式固定在轴承套1内壁上；在距离燕尾形结构4入口处一定距离时，在顶箔片3下方便没有波纹箔片2(在燕尾槽两侧入口均是如此)，也就是说，波纹箔片2比顶箔片3的弧长短，以方便顶箔片3弯折插入燕尾形结构4中(如说明书附图3所示)，因此波纹箔片2所占圆周角度取决于具体的轴承尺寸以方便安装顶箔片；

所述的波纹箔片2外径的尺寸小于轴承套1的内径尺寸。

所述的顶箔片3(说明书附图7)有三种结构形式，一种是周向未闭合的中空圆柱筒结构，第二种是圆周角度约占180度的弧形圆柱筒结构，第三种是圆周角度约占120度的弧形圆柱筒结构。所述的顶箔片3厚度为0.005～2mm，材料为镍基合金、不锈钢、铜等金属材料和聚四氟乙烯等非金属材料；说明书附图7中的顶箔片3形状是经过一定弯折后(为插入燕尾形结构4中而弯折)的顶箔片3形状；所述的顶箔片3的尺寸小于波纹箔片2的尺寸；顶箔片3位于波纹箔片2的内部，顶箔片3的外表面和波纹箔片2的内表面相接触；将顶箔片3的两端插入轴承套1内壁的燕尾形结构4中进行固定，由于顶箔片3两端均在燕尾形结构4的细长槽内，因此，顶箔片3不会发生圆周方向的窜动。

本发明共采用三种结构：

结构一：采用的是在轴承套1内壁使用一个燕尾形结构4(轴承套结构如附图4(a)所示)，该燕尾形结构4是在轴承套内的任意位置(说明书附图9中的原理图仅为原理示意图)。将顶箔片3的两端分别插入到燕尾形结构4的两侧细长槽中，通过燕尾形结构4的“燕尾”压住顶箔片，波纹箔片2则使用焊接的方式安装或固定在轴承套1内壁上(示意图如图2(a)所示)；

结构二：采用的是在轴承套1使用两个相对的燕尾形结构4(轴承套结构如附图4(b)所示)，该燕尾形结构4是在轴承套内的任意的相对位置(说明书附图9中的原理图仅为原理示意图)。此时采用的是双瓣分离型的顶箔片3和波纹箔片2，如图6(b)和图7(b)所示；

对于每个顶箔片单元而言，同样是将顶箔片单元的两端分别插入到燕尾形结构4的两侧中，通过燕尾形结构4的“燕尾”压住顶箔片，每个波纹箔片单元则使用焊接的方式固定在轴承套1内壁上(示意图如图2(b)所示)；

结构三：采用的是在轴承套使用彼此角度为120度的相对燕尾形结构4(轴承套结构如附图4(c)所示)，该燕尾形结构4是在轴承套内的任意彼此角度为120度的相对位置(说明书附图9中的原理图仅为原理示意图)。此时使用的是三瓣分离型的顶箔片3和波纹箔片2，如图6(c)和图7(c)所示；

对于每个顶箔片单元而言，同样是将顶箔片单元的两端分别插入到燕尾形结构4的两端，通过燕尾形结构4的“燕尾”压住顶箔片，每人波纹箔片单元则使用焊接的方式固定在轴承套1内壁上(示意图如图2(c)所示)。

本发明提出将传统气体箔片轴承的圆瓦结构改为椭圆瓦结构，通过降低轴承在运行时的交叉刚度，可以有效的提高轴承在运行时的稳定性，并且，由于顶箔片两端同时插入燕尾槽中，而在顶箔片下方则通过焊接的方式来固定波纹箔片，使得轴承可以适用于转子的正、反两个旋向。

本发明提出的正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，当轴承套1内壁上的燕尾形结构为一个或两个时，将传统气体箔片轴承的圆瓦结构改为椭圆瓦结构，原理图如说明书附图9所示。传统的气体动压径向轴承为圆瓦的结构，这种结构会导致轴承在运行时的交叉刚度K_xy和K_yx较大，当轴承高速运转时会使得轴系失稳。而通过将顶箔片插入燕尾槽中的方式，会使得顶箔片的安装间隙增加，并且在顶箔片和波纹箔片之间存在空腔，当转子高速运转时，这种结构可以有效减少交叉刚度K_xy和K_yx值，进而提升轴承在高速运转时的稳定性。并且，本发明所提出的椭圆瓦空气动压径向箔片轴承与传统的圆瓦式空气动压径向箔片轴承相比，可以适应转子的正、反不同的旋向。传统的圆瓦式空气动压径向箔片轴承,如说明书附图8所示，在圆瓦式的空气动压径向箔片轴承中，当转子旋转时，为保证可以有效的吸入气体，转子只能沿着平箔片的自由端转向固定端，这是因为只有在固定端处，才能起到对气体进行压缩的作用，进而形成轴承的承载气膜，而转子从固定端转向自由端，气体无法受到压缩。而本发明所提出的椭圆瓦式的空气动压径向箔片轴承，由于两端均被固定，因此，无论转子的旋转方向如何，都能够使得气体收到压缩，形成承载气膜。当转子转换旋转方向时，无需变换轴承方向。

本发明提出的正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，当轴承套1内壁上的燕尾形结构为三个以上时，波纹箔片2和顶箔片3均为瓣式；波纹箔片2由三个以上的波纹箔片单元围合而成，同样，顶箔片3由三个以上的顶箔片单元围合而成。由于顶箔片两端均被固定当转子转换旋转方向时，无需变换轴承方向，便于装配。由于采用三个以上燕尾形结构以及与燕尾形结构数量一致的分瓣式波纹箔片2和顶箔片3，能形成稳定的承载气膜，提高空气动压径向箔片轴承运行时的稳定性。

Claims (10)

1.一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，所述空气动压径向箔片轴承包括：轴承套(1)、波纹箔片(2)和顶箔片(3)，所述的轴承套(1)是用来固定波纹箔片(2)和顶箔片(3)的中空圆柱筒，波纹箔片(2)装配于轴承套(1)和轴承套(1)内的顶箔片(3)之间，其特征在于，

在轴承套(1)内壁上沿其轴向上贯通开有至少一个燕尾形结构(4)，通过将顶箔片插入燕尾形结构(4)中来固定顶箔片，所述燕尾形结构(4)为：中部为燕尾形突台(4-1)，燕尾形突台两侧对称设有两个能够允许顶箔片插入的细长槽(4-2)，两个细长槽沿轴承套(1)内壁圆周切面相向方向延伸，细长槽的长度l、宽度d、燕尾形结构本身角度α根据轴承套(1)内径、顶箔片(3)厚度来确定；

当燕尾形结构(4)的数量为一个时，波纹箔片(2)和顶箔片(3)均为整体圆周式且数量为一个，波纹箔片(2)装配在轴承套(1)内壁上，顶箔片(3)的两侧对应插入燕尾形结构(4)的两侧的细长槽内；

当燕尾形结构(4)的数量为两个以上时，燕尾形结构(4)沿轴承套(1)内壁的圆周方向均布设置，波纹箔片(2)和顶箔片(3)均为瓣式；波纹箔片(2)由与燕尾形结构(4)数量一致的波纹箔片单元围合而成，顶箔片(3)由与燕尾形结构(4)数量一致的顶箔片单元围合而成；轴承套(1)内壁上相邻两个燕尾形结构(4)之间装配有一个波纹箔片单元，每个波纹箔片单元对应装配一个顶箔片单元，顶箔片单元的两侧一一对应插装在相邻两个燕尾形结构(4)上相邻的两个细长槽内。

2.根据权利要求1所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，燕尾形结构(4)的数量为两个，两个燕尾形结构(4)相隔180度设置在轴承套(1)内壁上。

3.根据权利要求1所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，燕尾形结构(4)的数量为三个，三个燕尾形结构(4)相隔120度设置在轴承套(1)内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，所述燕尾形结构本身角度α是指两侧细长槽上与轴承套(1)内壁相切的槽面之间的夹角，燕尾形结构本身角度α为75度～179.5度。

5.根据权利要求4所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，细长槽的宽度d比顶箔片(3)的厚度大0.01～2mm。

6.根据权利要求5所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，细长槽的长度l在0.01-40mm之间。

7.根据权利要求1所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，在波纹箔片(2)表面有着2～4道圆周方向上宽度为0.1～2mm宽的长豁口。

8.根据权利要求1所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，当波纹箔片(2)和顶箔片(3)均为整体圆周式且数量为一个时，波纹箔片(2)的两侧比顶箔片(3)短；当燕尾形结构(4)的数量为两个以上时，每个波纹箔片单元的两侧比顶箔片(3)短。

9.根据权利要求1所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，所述顶箔片(3)厚度为0.005～2mm，所述顶箔片(3)为由镍基合金、不锈钢、铜或聚四氟乙烯材料制成的顶箔片。

10.根据权利要求1所述的一种正反旋向的燕尾形结构空气动压径向箔片轴承，其特征在于，波纹箔片(2)则使用焊接的方式固定在轴承套(1)内壁上。

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