CN113494529B - 一种单元环组合式波箔型径向空气轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种单元环组合式波箔型径向空气轴承，包括外轴承套，位于外轴承套两端的端盖，所述轴承套内设有若干单元环，所述单元环内部卡合连接有一顶箔，所述顶箔轴向延伸于所有所述单元环内部。具有不同波形及宽度的单元环的自由组合，可使本轴承实现对轴承刚度和轴承宽度的有目标优化调节，以满足具体工况要求。单元环加工简单，工艺易于实现，且便于安装。此外，轴向宽度较小的单元环进行组合，可降低箔片结构的倾斜刚度，实现对轴颈偏斜的补偿，提高轴承‑转子系统的抗冲击性。

Description

一种单元环组合式波箔型径向空气轴承
技术领域
本发明涉及气体润滑技术领域，尤其涉及一种可通过单元环的自由组合，以实现对于轴承刚度和宽度优化调节的波箔型径向空气轴承。
背景技术
空气箔片轴承是一种具有柔性表面的自作用式轴承，已被成功应用于各种高速轻载透平机械，例如涡轮增压器及燃气轮机。相较于刚性空气轴承，其具有承载力高、能量损耗低、运行稳定性高、对杂质容忍性高等优点。在多种不同的结构型式中，波箔型径向空气轴承的应用最为广泛，其主要由轴承套、波箔和顶箔三部分组成。高速旋转时，楔形润滑气膜为轴颈提供支承力。
目前已公开的关于波箔型径向空气轴承的专利中，波箔大多为整体式或互联式结构。整体式波箔在加工后，其刚度为一确定值，无法通过安装型式的改变对轴承的性能进行优化调整，这提高了对加工精度的要求，增大了加工成本和难度。此外，整体式波箔的倾斜刚度较大，难以实现对于实际运行中轴颈偏斜的补偿。互联式波箔在轴向上被分割成多个波形相同的波箔条，各波箔条端部互相连接并列安装。由于各波箔条的波形相同，仅在轴向宽度上有区别，因此对于轴承性能的调节效果不佳。
目前已公开的关于波箔型空气轴承的专利中，通常采用焊接的方式将箔片的固定端固定于轴承套上。这种固定方式会使箔片固定端的力学性能发生改变，导致工艺的不稳定，进而影响轴承的性能。此外，焊接固定导致轴承不易拆卸。
常见的互联式波箔型空气轴承中，各波箔条的一端被固定，而另一端自由。轴承实际运行时，波箔条自由端难以轴向定位，可能发生干涉甚至错位，影响轴承承载力及转子系统运行稳定性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种单元环组合式波箔型径向空气轴承，包括外轴承套，位于外轴承套两端的端盖，所述外轴承套内设有若干单元环，所述单元环内部卡合连接有一顶箔，所述顶箔轴向延伸于所有所述单元环内部。
优选的，所述单元环包括内轴承套、波箔条和中箔条，所述内轴承套一端的内壁设有环形的阶梯结构，所述阶梯结构与相邻排列的所述内轴承套形成凹槽，所述波箔条位于所述凹槽内，所述中箔条位于所述波箔条内侧，所述内轴承套内壁设有L形的插槽，所述波箔条和中箔条端部插于所述插槽内。
优选的，不同所述单元环的波箔条的波形相同或者不同。
优选的，不同所述单元环的宽度相同或者不同。
优选的，所述中箔条为条形结构，并形成环形，端部设有中箔折弯部，所述中箔折弯部插于所述插槽内。
优选的，所述波箔条为波浪形的条形结构，并形成环形，端部设有波箔折弯部，所述波箔折弯部插于所述插槽内。
优选的，所述中箔条位于所述波箔条和顶箔之间，且三者相互贴合接触。
优选的，所述中箔条和顶箔的内表面均匀喷涂耐磨涂层。
优选的，所述内轴承套外壁设有内销孔16，所述外轴承套内壁设有外销孔2，所述内销孔16与所述外销孔2对位并配合销实现定位。
优选的，所述外轴承套的两端设有圆周排列的螺纹孔，所述端盖上设有圆周排列的光孔，所述光孔与所述螺纹孔对应并通过螺钉连接。
本发明提出的单元环组合式波箔型径向空气轴承有以下有益效果：
1、多个具有不同波形及宽度的单元环的自由组合，可实现对轴承刚度和轴承宽度的有目标优化调节，以满足具体工况要求。单元环加工简单，工艺易于实现，且便于安装。此外，轴向宽度较小的单元环进行组合，可降低箔片结构的倾斜刚度，实现对轴颈偏斜的补偿，提高轴承-转子系统的抗冲击性。
2、各波箔条被固定于两个内轴承套组成的凹槽内，避免了波箔条之间的轴向干涉及错位，保证了箔片轴承的运行可靠性。波箔条与凹槽的底面及侧面之间的摩擦，可增大轴承的阻尼，提高轴承-转子系统的运行稳定性。
3、波箔和中箔为组合式结构，顶箔为整体式结构，便于实现波箔条与中箔条、波箔条与外轴承套内表面、中箔条与顶箔之间的均匀接触，有利于提升轴承的阻尼效果。
4、波箔条、中箔条和顶箔通过弯折结构与内轴承套的插槽配合，实现周向固定，并通过端盖实现轴向固定。这种固定方式便于安装、拆卸，且可避免焊接固定对箔片固定端力学性能的影响，提高安装工艺的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明结构展开示意图；
图3为单元环结构示意图；
图4为内轴承套结构示意图；
图5为两个内轴承套组合形成的凹槽示意图；
图6为波箔条结构示意图；
图7为中箔条结构示意图；
图8为去除端盖后的结构示意图；
图9为外轴承套结构示意图；
图10为顶箔结构示意图；
图11为端盖结构示意图；
其中，1、外轴承套；2、外销孔；3、顶箔；4、单元环；5、内轴承套；6、插槽；7、波箔折弯部；8、波箔条；9、中箔折弯部；10、中箔条；11、端盖；12、螺钉；13、销；14、波形；15、阶梯结构；16、内销孔；17、顶箔折弯部；18、螺纹孔；19、凹槽。
具体实施方式
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。
如图1、图2所示，本发明提出了一种单元环组合式波箔型径向空气轴承，包括外轴承套1，位于外轴承套1两端的端盖11，前后两个端盖11通过周向均布的螺钉12外轴承套1上的螺纹孔18及端盖11上的光孔实现轴向固定，进而限制单元环4和顶箔3的轴向移动。螺纹连接的固定方式便于安装、拆卸，且避免了焊接对箔片固定端力学性能的影响，提高了工艺的稳定性。
所述外轴承套1内设有若干单元环4，所述单元环4内部卡合连接有一顶箔3，顶箔3在轴向上延伸于所有排列的单元环4内部，具体的说：所述单元环4包括内轴承套5、波箔条8和中箔条10，所述内轴承套5一端的内壁设有环形的阶梯结构15，所述阶梯结构15与相邻排列的所述内轴承套5形成凹槽19，所述波箔条8位于所述凹槽19内，能够限定波箔条8的轴向位置，凹槽19避免了各波箔条8之间的轴向干涉及错位。此外，波箔条8与凹槽19的底面及侧面接触摩擦，增大了轴承的阻尼，提高了轴承-转子系统的吸振能力及运行稳定性。
所述内轴承套5内壁设有L形的插槽6，所述中箔条10为条形结构，并形成环形，端部设有中箔折弯部9，所述中箔折弯部9插于所述插槽6内，所述波箔条8为波浪形的条形结构，并形成环形，端部设有波箔折弯部7，所述波箔折弯部7插于所述插槽6内，顶箔折弯部17也插于插槽6内，能够限定波箔条8、顶箔3和中箔条10的周向位置，所述中箔条10位于所述波箔条8和顶箔3之间，且三者相互贴合接触，有利于提升轴承的阻尼效果，且中箔条10和顶箔3沿圆周方向反向安装，保证合理的位置排布。波箔条8、中箔条10顶箔3的厚度范围均为0.1mm至0.2mm，中箔条10和顶箔3的内表面均匀喷涂0.02mm厚的耐磨涂层。轴承运行时各箔片之间的接触摩擦，增大了轴承的阻尼，有利于提高轴承-转子系统的抗冲击性。多个具有不同波形14及宽度的单元环4的灵活组合，可实现对轴承刚度和轴承宽度的有目标优化调节。此外，轴向宽度较小的单元环4进行组合，可降低箔片结构的倾斜刚度，实现对轴颈偏斜的补偿，提高轴承-转子系统的抗冲击性。
多个单元环4组合安装于外轴承套1内，外轴承套1上的外销孔2与内轴承套5上的内销孔16相互对应，销13插于外销孔2和内销孔16内，限制了单元环4的周向转动。

Claims (8)

1.一种单元环组合式波箔型径向空气轴承，包括外轴承套(1)，位于所述外轴承套(1)两端的端盖(11)，其特征在于，所述外轴承套(1)内设有若干单元环(4)，所述单元环(4)内部卡合连接有一顶箔(3)，所述顶箔(3)轴向延伸于所有所述单元环(4)内部；所述单元环(4)包括内轴承套(5)、波箔条(8)和中箔条(10)，所述内轴承套(5)一端内壁设有环形的阶梯结构(15)，所述阶梯结构(15)与相邻排列的所述内轴承套(5)形成凹槽(19)，所述波箔条(8)位于所述凹槽(19)内，所述中箔条(10)位于所述波箔条(8)内侧，所述内轴承套(5)内壁设有L形的插槽(6)，所述波箔条(8)和中箔条(10)端部插于所述插槽(6)内；不同所述单元环(4)的波箔条(8)的波形(14)相同或者不同。
2.根据权利要求1所述的单元环组合式波箔型径向空气轴承，其特征在于，不同所述单元环(4)的宽度相同或者不同。
3.根据权利要求1所述的单元环组合式波箔型径向空气轴承，其特征在于，所述中箔条(10)为条形结构，并形成环形，端部设有中箔折弯部(9)，所述中箔折弯部(9)插于所述插槽(6)内。
4.根据权利要求1所述的单元环组合式波箔型径向空气轴承，其特征在于，所述波箔条(8)为波浪形的条形结构，并形成环形，端部设有波箔折弯部(7)，所述波箔折弯部(7)插于所述插槽(6)内。
5.根据权利要求1所述的单元环组合式波箔型径向空气轴承，其特征在于，所述中箔条(10)位于所述波箔条(8)和顶箔(3)之间，且三者相互贴合接触。
6.根据权利要求1所述的单元环组合式波箔型径向空气轴承，其特征在于，所述中箔条(10)和顶箔(3)的内表面均匀喷涂耐磨涂层。
7.根据权利要求1所述的单元环组合式波箔型径向空气轴承，其特征在于，所述内轴承套(5)外壁设有内销孔，所述外轴承套(1)内壁设有外销孔，所述内销孔与所述外销孔对位并配合销(13)实现定位。
8.根据权利要求1所述的单元环组合式波箔型径向空气轴承，其特征在于，所述外轴承套(1)的两端设有圆周排列的螺纹孔(18)，所述端盖(11)上设有圆周排列的光孔，所述光孔与所述螺纹孔(18)对应并通过螺钉(12)连接。
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