CN112855749B - 一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法，包括轴承座、瓦块、沉头螺钉、弹性箔片和平箔箔片。弹性箔片和平箔箔片均由工作平面的平直段和用于焊接的占空段两部分组成，弹性箔片和平箔箔片叠加通过占空段与瓦块焊接在一起；瓦块为扇形，底部开有螺纹孔；轴承座上沿周向均布沉头螺钉孔，瓦块均匀分布于轴承座上，通过沉头螺钉紧固和定位；制作好的轴承中，轴承座、瓦块、弹性支承箔片和平箔箔片依次叠加排列。本发明的箔片动压气体止推轴承，采用模块化的分体式结构，相比整体式焊接结构，工艺难度低，易于标准化、系列化生产和流水作业；轴承单元分布更均匀，提高了承载均匀性；轴承座开孔的结构也改善了箔片轴承的散热性能。

Description

一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法

技术领域

本发明涉及气体轴承及高速旋转机械领域，尤其是涉及一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法。

背景技术

目前研究的箔片动压气体轴承具有良好的稳定性、可靠性和高速下的抗冲击性，广泛应用于高速涡轮喷气发动机、高速透平膨胀机、燃料电池汽车用高速无油离心空压机和分布式能源用微型燃气轮机等各种高速旋转机械，发展前景十分广阔。但箔片动压气体轴承存在精确结论分析和模型的建立难度大、理论分析滞后于试验的问题。因此高速旋转机械用到的箔片动压气体轴承没有标准化、系列化的通用性准则，不同研究人员采用匹配设计的方法对其进行设计，箔片动压气体轴承结构不断地发生改变。

本申请人发现，现有的箔片动压气体止推轴承采用集中式和整体式制作方法：弹性箔片和平箔箔片分成四片、六片或八片直接焊接在轴承座上；制作过程中，需要对弹性箔片和平箔箔片进行精准配合以防止错位，还要在轴承座上对各箔片单元进行精准定位，且要并保证焊接的均匀性和可靠性，工艺难度大；某一片箔片定位或焊接出现偏差时会导致整个轴承副的报废；当使用过程某一个或几个箔片损坏时需要更换整个轴承副。现有的整体式箔片动压气体止推轴承存在工艺难度大、次品率高、可靠性低、互换性差、承载力不均匀和散热慢等问题。因此我们发明了一种新的分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法，使箔片动压气体止推轴承工艺难度降低，易于标准化、系列化生产和流水作业，有效解决了以上问题。

发明内容

本发明提供了一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法，对轴承加工、安装工艺流程进行了改进，采用模块化的分体式结构，相比传统的整体式焊接结构，轴承各部分便于同系列及时替换，制作复杂性得到分解，工艺得到简化，精度要求降低，易于标准化、系列化生产和流水作业，同时次品率降低，可靠性提高；箔片单元的分布更为均匀，提高了承载力均匀性；轴承座开孔的结构也改善了箔片轴承的散热。

本发明提供了以下技术方案：

本发明的一种分体式箔片动压气体止推轴承，包括轴承座、瓦块、沉头螺钉、弹性箔片和平箔箔片，还包括制作所需的定位轴和定位隔条。弹性箔片和平箔箔片都为扇形，均由工作平面的平直段和用于焊接安装的占空段两部分组成，弹性箔片和平箔箔片叠加通过占空段与瓦块焊接在一起；瓦块为扇形，其底部开有螺纹孔，可以是盲孔也可以是通孔，瓦块上下端面平行；轴承座上沿周向均布螺钉沉头孔，轴承座上开有固定槽以进行周向定位；瓦块均匀分布于轴承座上，通过沉头螺钉紧固；安装好的装置中轴承座、瓦块、弹性箔片和平箔箔片依次叠加排列；所述弹性箔片和平箔箔片的内径都等于瓦块内径，在瓦块上焊接后，弹性箔片占空段的边缘侧面、平箔箔片占空段的边缘侧面与瓦块的一侧面重合，箔片内圈与瓦块内圆柱面重合。

进一步的，所述弹性箔片可以为波箔型、金属丝网型或鼓泡型。

进一步的，所述轴承座上沿周向均布的螺钉沉头孔中心半径和瓦块底部螺纹孔中心半径一致。

进一步的，焊接有箔片的瓦块，通过沉头螺钉均匀安装在轴承座上；安装时，瓦块内圆柱面与轴承座内圆柱面保持同轴心；轴承座上可分布的扇形瓦块为三个、四个或六个。

进一步的，所述瓦块在轴承座上均匀分布，瓦块与瓦块之间为微间隙，间隙小于等于0.2mm；当瓦块之间间隙较大时，各瓦块间的间隙保持一致。

进一步的，所述定位轴为圆柱体或阶梯轴，其外径略小于轴承座内径及瓦块内径，差值均为0.02mm~0.1mm；所述定位隔条为长方体，其宽度等于瓦块间的间隙。

本发明还提供了一种分体式箔片动压气体止推轴承的制作方法，包括以上所述的分体式箔片动压气体止推轴承，其制作步骤如下：

（1）设计制作弹性箔片及平箔箔片，成型后的弹性箔片和平箔箔片外形轮廓重合，弹性箔片及平箔箔片的内圈与瓦块内圆柱面重合时，箔片占空段的边缘侧面与瓦块的一侧面重合，箔片平直段的边缘侧面与瓦块的另一侧面重合或有一定的平行距离。

（2）保持弹性箔片及平箔箔片的内圈与瓦块内圆柱面重合，使弹性箔片及平箔箔片的占空段的边缘侧面与瓦块的一侧面重合，设定焊接参数，将弹性箔片和平箔箔片叠加通过占空段与瓦块焊接在一起。

（3）当瓦块间为微间隙时，将瓦块放在轴承座上，使瓦块背面螺纹孔与轴承座上的某个沉头孔对齐，用沉头螺钉将瓦块连接在轴承座上，依次安装其他瓦块，全部安装完后适当调整各瓦块的位置，以保证瓦块周向分布的均匀性，然后紧固沉头螺钉；由于瓦块间间隙很小，所以瓦块全部安装到位后，再做适当调整即可保证瓦块分布的均匀性。

（4）当瓦块间为较大间隙时，先将定位轴放入轴承座，再将瓦块放在轴承座上，使瓦块背面螺纹孔与轴承座上的某个沉头孔对齐，并使瓦块内圆柱面和定位轴圆柱面贴合，以保证瓦块周向分布的均匀性，再用沉头螺钉将瓦块紧固在轴承座上；在瓦块一侧面放置定位隔条，隔条宽度与瓦块间的设计间隙一致，使定位隔条与瓦块侧面紧密贴合，再依次安装其它瓦块。

本发明提供的一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法，对传统箔片气体轴承加工、安装工艺流程进行了明显改进。此方法首先将弹性箔片和平箔箔片叠加焊接在瓦块上，其次通过使用沉头螺钉对瓦块进行紧固和定位，从而完成对箔片动压止推轴承的安装。本发明采用分布式结构和方法，当瓦块、弹性箔片和平箔箔片焊接定位等出现问题时，可采用同系列焊接安装好的箔片和瓦块整体进行及时替换；使用过程中，某箔片单元损伤时可单独将该瓦块进行替换，相对于整体焊接式结构，明显降低了成本。制作过程中，扇形箔片占空段边缘侧面与瓦块一侧面对齐，瓦块内圆柱面与轴承座内圆柱面同轴心；通过结构设计，并采用定位轴和定位隔条使得扇形瓦块在轴承座上均匀分布；箔片轴承的标准性、规范性以及承载均匀性显著提高。因此本发明的一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法使箔片动压气体止推轴承工艺难度降低，易于标准化、系列化生产和流水作业，有效解决了加工装配困难、次品率高、可靠性低、承载力不均匀、散热慢和制造、安装过程中技术精度高等问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，使得本发明的其它特征、目的和优点变得更明显。本发明的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种分体式箔片动压气体止推轴承采用零件的爆炸图；

图2为本发明实施例提供的一种分体式箔片动压气体止推轴承采用的瓦块、弹性箔片和平箔箔片连接结构的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种分体式箔片动压气体止推轴承采用的轴承座结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种分体式箔片动压气体止推轴承采用的轴承座和瓦块通过螺钉进行安装和定位的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种分体式箔片动压气体止推轴承采用的轴承座和瓦块通过螺钉、定位轴及定位隔条进行安装和定位的示意图；

根据本发明实施例的一种分体式箔片动压气体止推轴承及制作方法示意图，附图标记说明：

1、轴承座；11、固定槽；12、沉头螺钉孔；13、轴承座内圆柱面；2、沉头螺钉；3、瓦块；31、瓦块上端面；32、瓦块一侧面；33、瓦块内圆柱面；34、螺纹孔；4、弹性箔片；41、弹性箔片占空段；42、弹性箔片占空段边缘侧面；43、弹性箔片内圈；5、平箔箔片；51、平箔箔片占空段；52、平箔箔片占空段边缘侧面；53、平箔箔片内圈；6、定位轴；61、定位轴外圆柱面；62、定位轴外圆柱面；7、定位隔条；71、定位隔条侧面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的目的、技术方案及优点，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，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种分体式箔片动压气体止推轴承，包括轴承座1、沉头螺钉2、瓦块3、弹性箔片4和平箔箔片5，其中轴承座1和瓦块3通过沉头螺钉2紧固，多个瓦块3均布于轴承座1上，弹性箔片4和平箔箔片5依次叠加焊接在扇形瓦块3上。

如图2所示，弹性箔片4和平箔箔片5通过占空段41和占空段51叠加焊接在瓦块3的31面上；焊接时，箔片占空段边缘侧面42、52与瓦块3侧面32重合，弹性箔片4的内圈43和平箔箔片5的内圈53与瓦块3的内圆柱面33重合，箔片平直段的边缘侧面与瓦块的另一侧面重合或有一定的平行距离。瓦块3为设置在轴承座上用于对弹性箔片4和平箔箔片5模块化安装的部件，当瓦块、弹性箔片和平箔箔片焊接定位出现问题或使用过程某箔片单元损伤时，可单独将同系列焊接安装好的箔片4、5和瓦块3整体进行及时替换，以达到简化加工工艺、提高加工效率、降低次品率和加工装配难度的效果；弹性箔片工作段42和平箔工作段52与转轴轴肩形成楔形空间用于形成动压气膜，以承载轴向力，对转子进行轴向支承和定位。

如图3所示，轴承座1是指轴承的底座，通过固定槽11进行周向定位；轴承座1底部均布多个沉头螺钉孔12，能够实现通过沉头螺钉将瓦块3固定设置于轴承座1上侧。

当瓦块3之间为微间隙时，由于间隙很小，瓦块全部安装到位后，再做适当调整即可保证瓦块分布的均匀性。如图4所示，将瓦块3放在轴承座上，使螺纹孔34与轴承座1上的某个沉头孔12对齐，用沉头螺钉2将瓦块3和轴承座1连接但不紧固。依次安装其他瓦块，全部安装完后适当调整各瓦块的位置，以保证瓦块周向分布的均匀性，然后紧固沉头螺钉。

当瓦块3之间间隙较大，且瓦块内径大于轴承座内径时，采用阶梯定位轴和定位隔条进行安装。如图5所示，将定位轴6装入轴承座1，此时定位轴6外圆柱面61和轴承座内圆柱面13贴合；再将瓦块3放在轴承座1上，使螺纹孔34与轴承座1上的某个沉头孔12对齐，并使瓦块内圆柱面33和定位轴外圆柱面62贴合，轴承单元的安装均匀性和承载均匀性显著提高；用沉头螺钉2将瓦块3紧固在轴承座1上。在瓦块3侧面放置定位隔条7，隔条宽度与瓦块间的设计间隙一致，使定位隔条侧面71与瓦块侧面32紧密贴合，再按照上述步骤依次安装其它瓦块，全部瓦块安装完后取出定位轴及定位隔条。

当瓦块3之间间隙较大，且瓦块内径等于轴承座内径时，可采用圆柱定位轴和定位隔条进行安装，安装方法与上述采用阶梯轴时安装方法相同。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但本发明并不限制于所示出的细节，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.分体式箔片动压气体止推轴承，其特征在于，所述轴承包括轴承座、瓦块、沉头螺钉、弹性箔片和平箔箔片，还包括制作所需的定位轴和定位隔条；瓦块为扇形，其底部开有螺纹孔，该螺纹孔为盲孔或通孔，瓦块两底面平行；弹性箔片和平箔箔片都为扇形，均由工作平面的平直段和用于焊接安装的占空段两部分组成，弹性箔片和平箔箔片叠加通过占空段与瓦块焊接连接在一起；轴承座上沿周向均布螺钉沉头孔，轴承座上开有固定槽以进行周向定位；瓦块均匀分布于轴承座上，通过沉头螺钉紧固；安装好的装置中轴承座、瓦块、弹性箔片和平箔箔片依次叠加排列；所述弹性箔片和平箔箔片的内径都等于瓦块内径，在瓦块上焊接后，弹性箔片占空段的边缘侧面、平箔箔片占空段的边缘侧面与瓦块的一侧面重合，箔片内圈与瓦块内圆柱面重合；

止推轴承制作步骤如下：

（1）设计制作弹性箔片及平箔箔片，成型后的弹性箔片和平箔箔片外形轮廓重合，弹性箔片及平箔箔片的内径与瓦块内径相同；

（2）保持弹性箔片及平箔箔片的内圈与瓦块内圆柱面重合，使弹性箔片及平箔箔片的占空段的边缘侧面与瓦块的一侧面重合，箔片平直段的边缘侧面与瓦块的另一侧面重合或有一定的平行距离设定焊接参数，将弹性支承箔片和平箔箔片叠加通过占空段与瓦块焊接在一起；

（3）当瓦块间为微间隙时，将瓦块放在轴承座上，使瓦块背面螺纹孔与轴承座上的某个沉头孔对齐，用沉头螺钉将瓦块连接在轴承座上，依次安装其他瓦块，全部安装完后适当调整各瓦块的位置，以保证瓦块周向分布的均匀性，然后紧固沉头螺钉；由于瓦块间间隙很小，所以瓦块全部安装到位后，再做适当调整即可保证瓦块分布的均匀性；

（4）当瓦块间为较大间隙时，先将定位轴放入轴承座，再将瓦块放在轴承座上，使瓦块背面螺纹孔与轴承座上的某个沉头孔对齐，并使瓦块内圆柱面和定位轴圆柱面贴合，以保证瓦块周向分布的均匀性，再用沉头螺钉将瓦块紧固在轴承座上；在瓦块一侧面放置定位隔条，隔条宽度与瓦块间的设计间隙一致，使定位隔条与瓦块侧面紧密贴合，再依次安装其它瓦块。

2.根据权利要求1所述的分体式箔片动压气体止推轴承，其特征在于，所述弹性箔片为波箔型、金属丝网型或鼓泡型。

3.根据权利要求1所述的分体式箔片动压气体止推轴承，其特征在于，所述轴承座上沿周向均布螺钉沉头孔，且沉头孔的中心半径和瓦块下端面螺纹孔中心半径一致。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的分体式箔片动压气体止推轴承，其特征在于，焊接有箔片的瓦块，通过沉头螺钉均匀安装在轴承座上；安装时，瓦块内圆柱面与轴承座内圆柱面保持同轴心；轴承座上可分布的扇形瓦块为三个、四个或六个。

5.根据权利要求4所述的分体式箔片动压气体止推轴承，其特征在于，所述瓦块在轴承座上均匀分布，瓦块与瓦块之间为微间隙，间隙小于等于0.2mm；当瓦块之间间隙较大时，各瓦块间的间隙保持一致。

6.根据权利要求1所述的分体式箔片动压气体止推轴承，其特征在于，所述定位轴为圆柱体或阶梯轴，其外径略小于轴承座内径及瓦块内径，差值均为0.02mm~0.lmm；所述定位隔条为长方体，其宽度等于瓦块间的间隙。

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