CN113389807A - 动压气体箔片轴承、压缩机、空调和汽车 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种动压气体箔片轴承、压缩机、空调和汽车，其中，动压气体箔片轴承包括：轴承座；顶层箔片；以及支撑波箔，位于轴承座和顶层箔片之间；其中，轴承座在支撑波箔的两侧形成有刚性支撑凸台，其被配置为对顶层箔片在压迫支撑波箔的方向上进行限位，刚性支撑凸台由热胀冷缩的温感材料制成。通过控制支撑波箔以及刚性支撑凸台的高度差来对应调整顶层箔片夹角斜率，刚性支撑凸台的高度伴随温度的变化而变化，在旋转机械处于初始启动速度下有利于动压轴承气膜的形成以及转子的起飞；在高转速下拥有高的承载力，进而拓宽轴承的运行范围以及提升其面对复杂严苛高承载工况的能力。

Description

动压气体箔片轴承、压缩机、空调和汽车

技术领域

本公开涉及一种动压气体箔片轴承、压缩机、空调和汽车。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

气悬浮轴承以其功耗小、稳定性好、振动小、无油润滑等一系列优点，未来势必在制冷压缩机、机床制造等领域有着极其广泛的应用前景。

气悬浮轴承根据润滑气膜产生机理的不同可以将其分成静压气体轴承以及动压气体轴承，其中轴向动压气体箔片轴承作为动压气体轴承的一种，其主要发挥承受轴向载荷以及提供轴向刚度和阻尼的作用。典型的轴向动压气体箔片轴承主要由轴承壳、支撑波箔以及顶层箔片组成，一般支撑波箔以及顶层箔片作为扇形推力瓦块沿圆周均布，支撑波箔具有特殊波纹形状结构，充当类似于弹簧的支撑作用，是推力轴承刚度以及阻尼的主要来源，相应的顶层箔片对应安装在支撑波箔之上，顶层箔片以及支撑波箔一样，一端固定在轴承座上，另一端在承载力之下发生自由滑动，支撑波箔与顶层箔片之间，箔片与轴承壳体之间的摩擦会对其滑动产生一定的限制作用，轴承的阻尼就是由此产生。另外，顶层箔片的前端与轴承壳体之间存在一定的夹角，顶层箔片的后端与轴承壳体平行，在上述夹角的作用下，形成了楔形区域，进而形成动压气膜。

传统典型的动压气体箔片轴承上述夹角斜率是固定的，相应的所形成的动压气膜楔形斜率亦被定型，该楔形斜率与气膜承载力紧密相关，在一定范围内，该夹角斜率越小气膜承载力越高。但是在现在制冷行业中使用一些变频压缩机以及一些高端机床上面使用的高速电主轴，其转速均是在一定速度范围内进行调节的，相应的各转速下所对应的轴向力是不同的，一般情况下转速越高，相应对应的轴向力亦会越大，相应的始终使用一种斜率来应对所有转速以及工况显然是不能满足其的正常运行要求，所以现在绝大多数气悬浮压缩机均会出现通过控制其运行转速范围来防止轴向气体轴承磨损，这极大限制了其的正常使用。

发明内容

本公开所要解决的一个技术问题是：动压气体箔片轴承运行的精度和工作稳定可靠性不高，基于此，本公开提供一种动压气体箔片轴承、压缩机、空调和汽车，能够拓宽动压气体箔片轴承的运行范围以及提升其面对复杂严苛高承载工况的能力。

本公开的一些实施例提供了一种动压气体箔片轴承，包括：轴承座；顶层箔片；以及支撑波箔，位于轴承座和顶层箔片之间；其中，轴承座在支撑波箔的两侧形成有刚性支撑凸台，其被配置为对顶层箔片在压迫支撑波箔的方向上进行限位，刚性支撑凸台由热胀冷缩的温感材料制成。

在一些实施例中，温感材料包括改性的镍钛记忆合金。

在一些实施例中，温感材料的热膨胀系数被配置为0.001mm/℃～0.0015mm/℃。

在一些实施例中，顶层箔片的两侧边分别位于两侧的刚性支撑凸台的上方。

在一些实施例中，动压气体箔片轴承为动压气体箔片径向轴承。

在一些实施例中，动压气体箔片轴承为动压气体箔片轴向轴承。

在一些实施例中，支撑波箔的波纹高度为0.5mm～0.6mm。

在一些实施例中，刚性支撑凸台的高度被配置为0.25mm～0.35mm。

本公开的一些实施例提供了一种压缩机，包括前述动压气体箔片轴承。

本公开的一些实施例提供了一种空调，包括前述压缩机。

本公开的一些实施例提供了一种汽车，包括前述压缩机或前述空调。

在本公开的技术方案中，通过在轴承座位于支撑波箔的两侧形成由热胀冷缩的温感材料制成刚性支撑凸台，刚性支撑凸台对顶层箔片在压迫支撑波箔的方向上进行限位，继而控制支撑波箔以及刚性支撑凸台的高度差来对应调整顶层箔片夹角斜率，刚性支撑凸台的高度伴随温度的升高而升高。

当旋转机械在初始启动速度下运行时，此时刚性支撑凸台的高度处于最低，此时顶层箔片夹角斜率最大，这样有利于动压轴承气膜的形成以及转子的起飞，当转子起飞以后，伴随转速的提升，相应由于轴向力增加，推力轴承温度会伴随转子转速的升高而升高，该刚性支撑凸台高度伴随轴承温度的升高而升高，进而使支撑波箔与刚性支撑凸台高度差降低，以使推力轴承的顶层箔片在高转速时处于低斜率夹角范围以内，以保证其在高转速下拥有高的承载力，进而拓宽轴承的运行范围以及提升其面对复杂严苛高承载工况的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1和图2分别是本公开动压气体箔片轴承的一些实施例的立体结构示意图和正视结构示意图；

图3是图2中圈A部分的局部放大示意图；

图4是本公开动压气体箔片轴承的另一些实施例的剖面结构示意图；

图5和图6分别是本公开动压气体箔片轴承的另一些实施例的立体结构示意图和爆炸结构示意图；

图7是本公开动压气体箔片轴承的另一些实施例的侧视结构示意图；

图8是图7中圈B部分的局部放大示意图。

附图标记说明

1、径向轴承座；2、径向支撑波箔；3、径向顶层箔片；4、径向刚性支撑凸台；11、轴向轴承座；12、轴向支撑波箔；13、轴向顶层箔片；14、轴向刚性支撑凸台。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

根据本公开的一些实施例提供的一种动压气体箔片轴承，包括：轴承座、支撑波箔以及顶层箔片，其中，支撑波箔位于轴承座和顶层箔片之间，轴承座在支撑波箔的两侧形成有刚性支撑凸台，其被配置为对顶层箔片在压迫支撑波箔的方向上进行限位，刚性支撑凸台由热胀冷缩的温感材料制成。

在该示意性的实施例中，通过在轴承座位于支撑波箔的两侧形成由热胀冷缩的温感材料制成刚性支撑凸台，刚性支撑凸台对顶层箔片在压迫支撑波箔的方向上进行限位，继而控制支撑波箔以及刚性支撑凸台的高度差来对应调整顶层箔片夹角斜率，刚性支撑凸台的高度伴随温度的升高而升高，当旋转机械在初始启动速度下运行时，此时刚性支撑凸台的高度处于最低，此时顶层箔片夹角斜率最大，这样有利于动压轴承气膜的形成以及转子的起飞，当转子起飞以后，伴随转速的提升，相应由于轴向力增加，推力轴承温度会伴随转子转速的升高而升高，该刚性支撑凸台高度伴随轴承温度的升高而升高，进而使支撑波箔与刚性支撑凸台高度差降低，以使推力轴承的顶层箔片在高转速时处于低斜率夹角范围以内，以保证其在高转速下拥有高的承载力，进而拓宽轴承的运行范围以及提升其面对复杂严苛高承载工况的能力。

需要说明的是，本文中热胀冷缩的温感材料是指体积随温度变化敏感的材料。在一些实施例中，温感材料的热膨胀系数被配置为0.001mm/℃～0.0015mm/℃。通过实验研究发现，热膨胀系数在该数值范围内的温感材料可实施性高。

在一些实施例中，顶层箔片的两侧边分别位于两侧的刚性支撑凸台的上方，限位可靠稳定，具有较高的可实施性。

在一些实施例中，温感材料包括改性的镍钛记忆合金，通过实践论证表明，具有较高的可实施性。在其他一些实施例中，温感材料包括与该改性镍钛记忆合金具有同样温感效应的材料。

结合图1～图4所示，以动压气体箔片轴承为动压气体箔片径向轴承为例，在一些实施例中，动压气体箔片径向轴承包括径向轴承座1、径向支撑波箔2以及径向顶层箔片3，径向支撑波箔2安装在径向轴承座1内，并位于径向轴承座1和径向顶层箔片3之间，径向轴承座1在径向支撑波箔2的两侧形成有径向刚性支撑凸台4，其被配置为对径向顶层箔片3在压迫径向支撑波箔2的径向方向上进行限位，径向刚性支撑凸台4由热胀冷缩的温感材料制成。

在一些实施例中，如图1～图4所示，动压气体箔片径向轴承在安装径向顶层箔片3的位置处圆周均布9条固定线槽，每三个线槽组成一组，每组中间线槽用于固定径向支撑波箔2，每组两侧带圆孔线槽用于固定径向顶层箔片3，圆孔为固定顶层箔片用销钉孔。径向支撑波箔2由三段圆弧状箔片组成，表面带有波纹，在一些实施例中，径向支撑波箔2的波纹高度为0.3mm～0.6mm，径向支撑波箔2的波纹直径为4mm～5mm，且径向支撑波箔2中相邻两个波纹形状上同一对应位置点相对圆心角角度为3.5°～5.5°。三段径向支撑波箔2均相切于径向轴承座1内表面进行安装，且安装方向相同，均通过非销钉孔线槽进行插入固定。径向顶层箔片3为一周整体式，径向顶层箔片3安装方向与三段径向支撑波箔2的安装方向相反，径向顶层箔片3固定用圆孔线槽内插入箔片固定用销钉。具体如图2所示，此种固定方式通过径向顶层箔片3弯曲回张力而产生自预紧，使径向顶层箔片3同径向支撑波箔2之间产生预紧效果。此种结构的动压气体径向轴承在高速运转过程中具有优异的刚度及阻尼，能够有效预防转子在高速运转过程产生的自激振动，提高轴承高速稳定性。

如图4所示，在此动压气体箔片径向轴承中需特别强调支撑波箔在轴向上位于径向轴承座1中间位置，在一些实施例中，支撑波箔两侧边分别对应至轴承座沿轴向两侧边的距离均为2.5mm～4.5mm；径向顶层箔片3沿轴向同样位于径向轴承座1中间位置，在一些实施例中，径向顶层箔片3两侧边分别对应至径向轴承座1沿轴向两侧边的距离均为0.3mm～0.6mm；在一些实施例中，径向刚性支撑凸台4的高度以0.05mm～0.15mm低于径向支撑波箔2的支撑高度，具体可能根据材料种类不同而稍有差别，具体如图4所示，该高度差需合理控制，两者高度差过小会导致该径向轴承刚度过大，无有效阻尼机制，可能会导致气体箔片在高转速下的自激振动；两者高度差过大超过径向支撑波箔2弹性极限时，径向支撑波箔2依然会发生塑性变形，会使设置在径向轴承座1两侧的径向刚性支撑凸台4不能正常发挥作用，进而影响轴承运行精度及可靠性。

结合图5～图8所示，以动压气体箔片轴承为动压气体箔片轴向轴承为例，在另一些实施例中，动压气体箔片轴向轴承包括轴向轴承座11、轴向支撑波箔12以及轴向顶层箔片13，轴向支撑波箔12安装在轴向轴承座11和轴向顶层箔片13之间，轴向轴承座11在轴向支撑波箔12的两侧形成有轴向刚性支撑凸台14，其被配置为对轴向顶层箔片13在压迫轴向支撑波箔12的轴向方向上进行限位，轴向刚性支撑凸台14由热胀冷缩的温感材料制成。

如图6所示，在一些实施例中，轴向支撑波箔12由八片扇形状支撑波箔片组成，波箔表面带有波纹，轴向支撑波箔12的波纹高度为0.5mm～0.6mm，轴向支撑波箔12的波纹直径为4mm～5mm，且轴向支撑波箔12中相邻两个波纹形状上同一对应位置点相对圆心角角度为3.5°～5.5°。轴向刚性支撑凸台14的的高度被配置为0.25mm～0.35mm。八片扇形波箔均靠近于轴向轴承座11形成轴向刚性支撑凸台14的一侧，且波箔带平直段一面相切于该表面，且各片安装方向相同，均通过点焊焊接与轴向轴承座11表面。轴向顶层箔片13亦由八片扇形状箔片组成，轴向顶层箔片13设置在轴向轴承座11表面的轴向刚性支撑凸台14上，轴向顶层箔片13尾端需对齐轴向支撑波箔12尾端，二者安装方向相同，轴向顶层箔片13同样通过点焊固定于轴向刚性支撑凸台14上，具体如图6所示；同样需强调轴向轴承座11沿圆周均布8处轴向刚性支撑凸台14。

在一些实施例中，在最高转速下轴向刚性支撑凸台14的高度以0.05mm～0.15mm低于轴向支撑波箔12的支撑高度，目前最高转速为100000rpm左右，具体同样根据材料种类不同而稍有差别，过小会导致轴承刚度降低，进而影响其的稳定性，过大会导致轴承承载下降而不能起到承载优化的目的，具体如图7和图8。该高度差亦需合理控制，两者高度差过小会导致该轴向轴承楔形度较小，导致轴向轴承承载力较难控制；两者高度差过大超过支撑波箔弹性极限时，支撑波箔依然会发生塑性变形，会使设置在轴向轴承座11上的轴向刚性支撑凸台14不能正常发挥作用，进而影响轴承运行精度及可靠性。

根据本公开的一些实施例提供的一种压缩机，包括前述动压气体箔片轴承，压缩机相应地具有上述有益技术效果。在一些实施例中，压缩机为车用燃料电池压缩机。

根据本公开的一些实施例提供的一种空调，包括前述压缩机。空调相应地具有上述有益技术效果。

根据本公开的一些实施例提供的一种汽车，包括前述压缩机或前述空调。汽车相应地具有上述有益技术效果。在一些实施例中，汽车为燃料电池汽车。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种动压气体箔片轴承，其特征在于，包括：

轴承座；

顶层箔片；以及

支撑波箔，位于所述轴承座和所述顶层箔片之间；

其中，所述轴承座在所述支撑波箔的两侧形成有刚性支撑凸台，其被配置为对所述顶层箔片在压迫所述支撑波箔的方向上进行限位，所述刚性支撑凸台由热胀冷缩的温感材料制成。

2.根据权利要求1所述的动压气体箔片轴承，其特征在于，所述温感材料包括改性的镍钛记忆合金。

3.根据权利要求1所述的动压气体箔片轴承，其特征在于，所述温感材料的热膨胀系数被配置为0.001mm/℃～0.0015mm/℃。

4.根据权利要求1所述的动压气体箔片轴承，其特征在于，所述顶层箔片的两侧边分别位于两侧的所述刚性支撑凸台的上方。

5.根据权利要求1所述的动压气体箔片轴承，其特征在于，所述动压气体箔片轴承为动压气体箔片径向轴承。

6.根据权利要求1所述的动压气体箔片轴承，其特征在于，所述动压气体箔片轴承为动压气体箔片轴向轴承。

7.根据权利要求6所述的动压气体箔片轴承，其特征在于，所述支撑波箔的波纹高度为0.5mm～0.6mm。

8.根据权利要求6所述的动压气体箔片轴承，其特征在于，所述刚性支撑凸台的高度被配置为0.25mm～0.35mm。

9.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1～8任一所述的动压气体箔片轴承。

10.一种空调，包括权利要求9所述的压缩机。

11.一种汽车，其特征在于，包括权利要求9所述的压缩机或权利要求10所述的空调。

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