CN113056618B - 箔片空气滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种箔片空气滑动轴承，该箔片空气滑动轴承在配置在最内侧的第一顶箔的外周面以及配置在第一顶箔的紧外侧的第二顶箔的内周面中的任意一方形成有能够减少的摩擦的表面处理层，从而能够防止以支撑转子的半径方向载荷的方式构成的箔片空气滑动轴承的箔片的磨损，并且能够减少振动。

Description

箔片空气滑动轴承
技术领域
本发明涉及箔片空气滑动轴承(Air foil journal bearing)的结构，该箔片空气滑动轴承能够防止构成为支撑转子载荷的箔片的磨损，并且能够减少振动。
背景技术
轴承是能够将旋转轴固定在一定位置，并且能够对支承轴的自重和施加在轴上的载荷进行支撑的同时使轴旋转的机械要素。
并且，轴承中的箔片空气轴承是指：随着转子(或者旋转轴)的高速旋转，而在与转子或者轴承盘(bearing disk)接触的箔片之间流入作为带有粘性的流体的空气而形成压力，由此支撑载荷的轴承。
在这种箔片空气轴承中，箔片空气滑动轴承是指构成为支承与转子垂直的方向即转子的半径方向上的载荷的轴承，箔片空气推力轴承是指构成为支承转子的旋转轴方向即转子的轴向上的载荷的轴承。
如图1所示，通常的箔片空气滑动轴承构成为，沿着轴承壳体1的中空部1a的内周面1b设置波箔(Bump Foil)2，在波箔2的内侧配置顶箔(Top Foil)3，在顶箔3的内侧配置转子4(或者旋转轴)，从而使得转子能够在顶箔3的内周面与转子4的外周面分隔的状态下旋转。并且，波箔2以及顶箔3形成有圆周方向的端部向半径方向外侧弯折而成的形态的弯折部，该弯折部2a、3a插入到形成于轴承壳体1的凹槽1c而被固定，由此在转子旋转时，使波箔2以及顶箔3固定于轴承壳体1，而不会在圆周方向上旋转或被推动。
但在这种现有的箔片空气滑动轴承中，在转子静止的状态下，转子由于自重而与顶箔的内周面下侧接触而被支撑，之后在转子进行旋转而启动时，随着空气压力的增加，转子从顶箔的内表面下侧上浮而向上方上升，但在上浮之前，在与旋转的转子接触的顶箔的内周面发生摩擦，由此在与转子接触的顶箔的内周面发生磨损。另外，在转子以高速旋转后欲静止时，随着空气压力的降低，转子与顶箔的内周面下侧接触而着落在内周面下侧，直到转子着落而静止为止，与顶箔的内周面发生摩擦，随之在顶箔内周面发生磨损。此时，顶箔由于与转子的摩擦而发生磨损，并且由于摩擦而在转子上发生振动。
如上所述，现有的箔片空气滑动轴承在转子的启动以及静止反复时，由于旋转的转子与顶箔之间的摩擦而发生磨损，并且振动进一步加重磨损，从而降低轴承的耐久性以及寿命。
现有技术文献
专利文献
KR10-1068542B1(2011.09.22.)
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题而提出的，本发明的目的在于，提供一种能够防止以支撑转子的半径方向载荷的方式构成的箔片空气滑动轴承的箔片的磨损并减少振动的箔片空气滑动轴承。
为实现如上所述的目的，本发明的箔片空气滑动轴承可以包括：轴承壳体，形成有供转子配置的中空部，且形成为宽度方向两侧敞开；波箔，设置在所述轴承壳体的内侧且沿着圆周方向形成，且形成有凹凸形状的弹性波部，并且一端与所述轴承壳体结合而固定；以及双层以上的顶箔，设置在所述波箔的内侧且沿着圆周方向形成，且各顶箔的一端与所述轴承壳体结合而固定，在所述顶箔中的配置在半径方向最内侧的第一顶箔的外周面、以及配置在所述第一顶箔的紧外侧的第二顶箔的内周面中的任一方形成有表面处理层，所述表面处理层的摩擦系数形成为小于形成有所述表面处理层的面的摩擦系数。
另外，所述表面处理层可以形成在第一顶箔与第二顶箔相互重叠的角度范围内。
另外，将从所述轴承壳体的中心到重力方向上的转子的上侧设为0度时，所述表面处理层可以形成为从一端到另一端的形成角度包含120度至240度的范围。
另外，所述第二顶箔可以形成为从一端到另一端的形成角度包含120度至240度范围的长度。
另外，所述表面处理层的面积可以形成为第一顶箔的外周面面积的80％以下。
另外，在所述轴承壳体可以以与中空部连通的方式凹陷地形成有键槽，所述波箔、第一顶箔以及第二顶箔分别形成有一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部，将弯折部插入所述键槽中而结合。
另外，可以形成有多个所述波箔，将所述多个波箔沿着圆周方向隔开间隔配置且分别结合于轴承壳体而进行固定。
另外，所述第一顶箔和第二顶箔可以以与轴承壳体结合而固定的一端为基准，在圆周方向上向彼此相反的方向延伸而形成。
本发明具有如下优点：能够防止以支撑转子的半径方向载荷的方式构成的箔片空气滑动轴承的箔片的磨损并减少振动，从而能够提高箔片空气滑动轴承的耐久性以及寿命。
附图说明
图1是示出现有的箔片空气滑动轴承的剖视图。
图2以及图3分别是示出本发明的第一实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的立体图以及剖视图。
图4是示出应用现有的箔片空气滑动轴承并执行一万次转子的启动以及静止后的与转子接触而磨损的顶箔的状态的照片。
图5是示出应用本发明的箔片空气滑动轴承并执行一万次转子的启动以及静止后的与转子接触而磨损的第一顶箔的状态的照片。
图6以及图7分别是示出本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的立体图以及剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对如上所述的本发明的箔片空气滑动轴承进行详细说明。
<实施例1>
图2以及图3分别是示出本发明的第一实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的立体图以及剖视图。
作为一例，本发明的第一实施例所涉及的箔片空气滑动轴承大体上可以由轴承壳体100、波箔200、第一顶箔400以及第二顶箔300构成。
轴承壳体100可以在内侧形成有以在轴向上贯通的方式贯通两面的中空部110，并且以与中空部110连通的方式从内周面的上侧向半径方向凹陷并沿着轴向即长度方向连续地形成有键槽120。
波箔200配置在轴承壳体100的中空部110内侧，波箔200形成有通过圆周方向一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部210，从而可以将弯折部210插入到键槽120而配置。并且，波箔200可以以紧贴于轴承壳体100的内周面的方式沿着圆周方向配置，波箔200可以以厚度薄的板状形成，并且可以沿着圆周方向隔开间隔形成有以向被卷绕的内侧鼓出的方式突出的多个弹性波部201。另外，如图所示，波箔200可以形成为多个，且沿着圆周方向隔开间隔配置。此时，多个波箔200分别形成有通过各个一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部210，在轴承壳体100形成有多个键槽120，从而可以将波箔200的弯折部210分别插入键槽120中而进行固定。即，波箔200也可以不是以沿着圆周方向连续成一整个而连结的形态构成，而是以分割的形态形成而以沿着圆周方向分隔配置的形态构成。另外，波箔200可以以从固定于轴承壳体100的一端向逆时针方向延伸形成。
第一顶箔400设置在波箔200的内侧并沿着圆周方向形成，且形成有通过圆周方向一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部410，可以将弯折部410插入到键槽120中而固定第一顶箔400。并且，可以在第一顶箔400的内侧插入转子500而配置转子500，在第一顶箔400的内周面可以利用铁氟龙等来形成涂膜，以减少转子500旋转时由接触引起的摩擦。由此，通过转子500在第一顶箔400的内侧旋转时流动的空气的压力，转子500上浮而成为与第一顶箔400分离的状态，从而转子500能够顺利旋转。另外，第一顶箔400可以从固定于轴承壳体100的一端向顺时针方向延伸形成。
第二顶箔300夹设在第一顶箔400与波箔200之间，且沿着圆周方向形成，形成有通过圆周方向一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部310，可以将弯折部310插入到在重力方向上为转子500的上侧的键槽120中而固定第二顶箔300。即，第二顶箔300可以形成为如下结构：配置在波箔200的内侧，第二顶箔300的外周面紧贴于波箔200的内侧面，在第二顶箔300的内侧配置有第一顶箔400，从而第一顶箔400的外周面紧贴于第二顶箔300的内周面。另外，第二顶箔300可以从固定于轴承壳体100的一端向逆时针方向延伸形成，另一端即自由端可以在重力方向上位于转子500的下侧。另外，可以形成为第二顶箔300和第一顶箔400向彼此相反的方向延伸的结构。
这里，在顶箔中的配置于半径方向上的最内侧的第一顶箔400的外周面、以及配置在第一顶箔400的紧外侧的第二顶箔300的内周面中的任意一个形成有表面处理层，如图所示，作为一例可以在第二顶箔300的内周面形成有表面处理层320。并且，所述表面处理层320的摩擦系数可以形成为小于形成有所述表面处理层320的面即第二顶箔300内周面的摩擦系数。图中示出了在第二顶箔300的内周面形成有表面处理层320的实施例，但也可以在第一顶箔400的外周面形成有表面处理层。另外，表面处理层可以通过在箔片表面上涂布或镀敷能够减少摩擦的物质而形成，或者通过涂层处理等多种方法来形成表面处理层。
由此，根据本发明，转子500在从静止起发生旋转而启动时，在与旋转的转子500接触的第一顶箔400的内周面发生摩擦，从而第一顶箔400在圆周方向上发生移动，此时由于形成在第二顶箔300的内周面的表面处理层320，而在第一顶箔400与第二顶箔300之间发生相对顺利的滑动，从而减少转子500与第一顶箔400之间的摩擦。因而，本发明减少构成以支撑转子的半径方向载荷的方式构成的箔片空气滑动轴承的箔片的磨损以及振动，尤其是，能够显著减少在与转子接触而发生摩擦的第一顶箔的内周面形成的涂膜以及第一顶箔的内周面发生磨损，能够提高箔片空气滑动轴承的耐久性以及寿命。
另外，表面处理层320可以形成于在重力方向上对应于转子的下侧的位置，将从轴承壳体100的中心到重力方向上的转子500的上侧的角度设为0度时，表面处理层320的从一端到另一端的形成角度，可以包含120度至240度的范围而形成。即，表面处理层320的最小形成范围可以包含图示的120度至240度的范围，还可以形成至更大范围。因而，能够在顶箔被转子500的载荷按压的部分减少顶箔之间的摩擦。
另外，第二顶箔300可以形成为从一端到另一端的形成角度包括120度至240度范围的长度。即，由于可以在第二顶箔300的内周面形成表面处理层320，所以能够遍及与表面处理层320的形成范围对应的整个范围，形成第二顶箔300。
如图所示，作为一例，将第二顶箔300的一端即配置有弯折部310的位置设为0度时，第二顶箔300可以形成为以弯折部310为基准向逆时针方向延伸形成，而第二顶箔300的另一端位置位于240度以上的位置。或者，第二顶箔300可以形成为一端即弯折部310配置在0度至120度之间而固定于轴承壳体100，另一端的位置位于240度以上的位置。除此之外，第二顶箔300可以以各种方式形成。
另外，表面处理层320可以形成在第二顶箔300的内周面，并且在第二顶箔300的内周面整体形成有表面处理层320，由此能够容易进行涂覆表面处理层的作业。或者，在第一顶箔400的外周面形成表面处理层时，可以在与第二顶箔300的形成角度范围对应的位置，在第一顶箔400的外周面形成表面处理层。
由此，在存在表面处理层的部分，减少了第一顶箔400与第二顶箔之间的摩擦，而且在不存在表面处理层的部分，第一顶箔400的外周面与第二顶箔300的内周面或波箔200直接接触，从而能够通过作为箔片空气滑动轴承的振动阻尼因素之一的摩擦阻尼(Friction damping)来减少振动。从结论上来看，根据本发明，通过形成为包含120度至240度范围的表面处理层，减少了第一顶箔与第二顶箔之间的摩擦，同时提高了振动阻尼性能，通过这种叠加效果，能够显著减少第一顶箔内周面的涂膜磨损，能够提高箔片空气滑动轴承的耐久性。
另外，表面处理层320可以形成在第一顶箔400与第二顶箔300相互重叠的角度范围内，可以在第二顶箔300的内周面整体形成表面处理层320。如果在第一顶箔400的外周面形成表面处理层时，可以在与第二顶箔300对应的角度范围或更大范围，形成表面处理层。
另外，表面处理层320的面积可以形成为第一顶箔400的外周面面积的80％以下。这是因为在表面处理层的面积过大时，作为振动阻尼因素之一的摩擦阻尼会减少，从而由于振动而导致箔片空气滑动轴承的动态稳定性变差，所以可以按照上述方式形成表面处理层320的面积。
图4是示出应用现有的箔片空气滑动轴承并反复执行一万次转子的启动以及静止后的与转子接触而磨损的顶箔的状态的照片，图5是应用本发明的箔片空气滑动轴承并反复执行一万次转子的启动以及静止后的与转子接触而磨损的第一顶箔的状态的照片。
由图可知，在现有的箔片空气滑动轴承中，在支撑转子的前方以及后方的一对箔片空气滑动轴承都存在因顶箔的磨损严重而导致涂膜磨没的部分，且在该部分甚至在顶箔本身的金属部分也发生了磨损。反之，可以确认到在本发明的箔片空气滑动轴承中，在第一顶箔的圆周方向上的中央部分区域均匀地发生磨损，并且不存在形成在第一顶箔的内周面的涂膜彻底磨没的部分，涂膜只发生了刮痕形态的磨损。即，可知本发明的箔片空气滑动轴承相比于现有技术，减少了与转子接触而发生摩擦的顶箔的磨损。
<实施例2>
图6以及图7分别是示出本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承的立体图以及剖视图。
如图所示，本发明的第二实施例所涉及的箔片空气滑动轴承与上述的第一实施例相比，只有第二顶箔的结构不同，其他结构要素相同。第二顶箔300可以形成为多张而进行层叠，在半径方向上从最里侧到外侧，依次配置内侧第二顶箔300-1、中间第二顶箔300-2以及外侧第二顶箔300-3而层叠。即，顶箔可以形成为共4层的结构。并且作为一例，表面处理层320可以形成在内侧第二顶箔300-1的内周面，除此之外，也可以在第一顶箔300的外周面形成表面处理层。
本发明并不限定于上述实施例，其应用范围当然是多样化的，本领域技术人员当然能够在不脱离权利请求范围所要求的本发明的主旨的范围内进行多种变形而实施。
附图标记说明
100：轴承壳体；110：中空部；120：键槽；200：波箔；201：弹性波部；210：弯折部；300：第二顶箔；310：弯折部；320：表面处理层；300-1：内侧第二顶箔；310-1：弯折部；300-2：中间第二顶箔；310-2：弯折部；300-3：外侧第二顶箔；310-3：弯折部；400：第一顶箔；410：弯折部；500：转子。

Claims (6)

1.一种箔片空气滑动轴承，其特征在于，
包括：
轴承壳体，形成有供转子配置的中空部，且形成为宽度方向两侧敞开；
波箔，设置在所述轴承壳体的内侧且沿着圆周方向形成，且形成有凹凸形状的弹性波部，并且一端与所述轴承壳体结合而固定；以及
双层以上的顶箔，设置在所述波箔的内侧且沿着圆周方向形成，且各顶箔的一端与所述轴承壳体结合而固定，
在所述顶箔中的配置在半径方向最内侧的第一顶箔、以及配置在所述第一顶箔的紧外侧的第二顶箔分别形成有通过圆周方向一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部，各个弯折部插入到在重力方向上为转子的上侧的轴承壳体的键槽中而固定，
所述第一顶箔的圆周方向另一端在重力方向上位于转子的上侧，所述第二顶箔的圆周方向另一端在重力方向上位于转子的下侧，
在所述第一顶箔的紧外侧配置的第二顶箔的内周面形成有表面处理层，
所述表面处理层的摩擦系数形成为小于形成有所述表面处理层的面的摩擦系数，
且将从所述轴承壳体的中心到重力方向上的转子的上侧设为0度时，所述表面处理层形成在120度至240度的范围内。
2.根据权利要求1所述的箔片空气滑动轴承，其特征在于，
所述表面处理层形成在第一顶箔与第二顶箔相重叠的角度范围内。
3.根据权利要求1所述的箔片空气滑动轴承，其特征在于，
所述表面处理层的面积形成为第一顶箔的外周面面积的80％以下。
4.根据权利要求1所述的箔片空气滑动轴承，其特征在于，
在所述轴承壳体以与中空部连通的方式凹陷地形成有键槽，
所述波箔、第一顶箔以及第二顶箔分别形成有一端向半径方向外侧弯折而成的弯折部，
将弯折部插入所述键槽中而结合。
5.根据权利要求1所述的箔片空气滑动轴承，其特征在于，
形成有多个所述波箔，将所述多个波箔沿着圆周方向隔开间隔配置且分别结合于轴承壳体而进行固定。
6.根据权利要求1所述的箔片空气滑动轴承，其特征在于，
所述第一顶箔和第二顶箔以与轴承壳体结合而固定的一端为基准，在圆周方向上向彼此相反的方向延伸而形成。
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