CN114215842B - 气体动压轴承、压缩机和发动机 - Google Patents

气体动压轴承、压缩机和发动机 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种气体动压轴承、压缩机和发动机。该气体动压轴承包括轴承座(1)、T型波箔、T型平箔(2)、U型波箔(3)和顶层平箔(4)，T型波箔、T型平箔(2)和U型波箔(3)设置在轴承座(1)的内圈和顶层平箔(4)的外圈之间，T型波箔设置为两层，T型平箔(2)位于两层T型波箔之间，沿着轴承座(1)的轴向方向，T型波箔的突出部(5)位于U型波箔(3)的U形槽内。根据本申请的气体动压轴承，能够增大轴承的阻尼，提高轴承的整体刚度，提高轴承的承载性能。

Description

气体动压轴承、压缩机和发动机
技术领域
本申请涉及轴承技术领域，具体涉及一种气体动压轴承、压缩机和发动机。
背景技术
气体动压轴承是一种弹性支承的动压气体轴承，转轴高速旋转带动轴承和转轴之间的气体流动，粘性气体进入楔形区域产生流体动压效应，形成高压气膜，当动压气膜压力足够大时即可悬浮高速旋转的转轴。在转轴高速旋转时，高压气膜挤压轴承，顶层箔片和支承波箔均产生弹性形变，增大气膜间隙，保证轴承稳定运行。
然而在实际的工作过程中，气体动压轴承的厚度有限，因此阻尼较小，整体刚度不足，容易导致轴承承载能力较低，且运行稳定性较差。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种气体动压轴承、压缩机和发动机，能够增大轴承的阻尼，提高轴承的整体刚度，提高轴承的承载性能。
为了解决上述问题，本申请提供一种气体动压轴承，包括轴承座、T型波箔、T型平箔、U型波箔和顶层平箔，T型波箔、T型平箔和U型波箔设置在轴承座的内圈和顶层平箔的外圈之间，T型波箔设置为两层，T型平箔位于两层T型波箔之间，沿着轴承座的轴向方向，T型波箔的突出部位于U型波箔的U形槽内。
优选地，T型波箔、T型平箔、U型波箔和顶层平箔均为整周式环绕结构。
优选地，U型波箔的刚度小于T型波箔的刚度。
优选地，U型波箔的拱高为两层T型波箔的拱高和T型平箔的厚度之和。
优选地，T型波箔包括位于T型平箔径向外侧的第一T型波箔和位于T型波箔径向内侧的第二T型波箔，第一T型波箔和第二T型波箔的波峰沿周向错位设置。
优选地，第一T型波箔和第二T型波箔的波峰朝向顶层平箔凸出，U型波箔的波峰朝向顶层平箔凸出，第二T型波箔的波峰与U型波箔的波峰沿周向错位设置。
优选地，第一T型波箔和第二T型波箔均包括弧形段和平段，第一T型波箔的弧形段与T型平箔贴合，第一T型波箔的平段与轴承座的内圈贴合，第二T型波箔的弧形段与轴承座的内圈贴合，第二T型波箔的平段与T型平箔贴合，第一T型波箔的弧形段与第二T型波箔的平段沿周向方向对应设置。
优选地，轴承座的内圈设置有安装槽，T型波箔、T型平箔和U型波箔的端部连接边共同固定在安装槽内。
优选地，T型波箔、T型平箔和U型波箔包括固定端和自由端，端部连接边位于固定端，T型波箔、T型平箔和U型波箔的固定端到自由端的延伸方向相同。
优选地，T型波箔包括弧形段和平段，U型波箔包括弧形段和平段，T型波箔的弧形段弦长小于U型波箔的弧形段的弦长。
优选地，顶层平箔的内表面喷涂有耐高温润滑涂层。
根据本申请的另一方面，提供了一种压缩机，包括气体动压轴承，该气体动压轴承为上述的气体动压轴承。
根据本申请的另一方面，提供了一种发动机，包括上述的气体动压轴承或上述的压缩机。
本申请提供的气体动压轴承，包括轴承座、T型波箔、T型平箔、U型波箔和顶层平箔，T型波箔、T型平箔和U型波箔设置在轴承座的内圈和顶层平箔的外圈之间，T型波箔设置为两层，T型平箔位于两层T型波箔之间，沿着轴承座的轴向方向，T型波箔的突出部位于U型波箔的U形槽内。该气体动压轴承利用T型波箔、T型平箔、U型波箔进行配合，在径向方向形成双层支撑，在轴向方向形成三段支撑，因此在轴向和径向方向均能够形成多支撑结构，可以有效证轴承刚度和阻尼，提高径向轴承整体承载性，增加轴承使用寿命，有效保护轴承及转轴。
附图说明
图1为本申请一个实施例的气体动压轴承的结构示意图；
图2为图1的L处的放大结构示意图；
图3为本申请一个实施例的气体动压轴承的T型波箔的结构示意图；
图4为本申请一个实施例的气体动压轴承的T型平箔的结构示意图；
图5为本申请一个实施例的气体动压轴承的U型波箔的结构示意图。
附图标记表示为：
1、轴承座；2、T型平箔；3、U型波箔；4、顶层平箔；5、突出部；6、第一T型波箔；7、第二T型波箔；8、弧形段；9、平段；10、连接边。
具体实施方式
结合参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，气体动压轴承包括轴承座1、T型波箔、T型平箔2、U型波箔3和顶层平箔4，T型波箔、T型平箔2和U型波箔3设置在轴承座1的内圈和顶层平箔4的外圈之间，T型波箔设置为两层，T型平箔2位于两层T型波箔之间，沿着轴承座1的轴向方向，T型波箔的突出部5位于U型波箔3的U形槽内。
该气体动压轴承利用T型波箔、T型平箔2、U型波箔3进行配合，在径向方向形成双层支撑，在轴向方向形成三段支撑，因此在轴向和径向方向均能够形成多支撑结构，可以有效证轴承刚度和阻尼，提高径向轴承整体承载性，增加轴承使用寿命，有效保护轴承及转轴。
在一个实施例中，T型波箔、T型平箔2、U型波箔3和顶层平箔4均为整周式环绕结构，因此在轴承的制备、弯折过程中，能够保证各个箔片的结构一致性，保证气体动压轴承的整体结构的一致性，进而保证气体动压轴承安装的一致性，提高气体动压轴承的承载性能。
在一个实施例中，U型波箔3的刚度小于T型波箔的刚度，从而使得气体动压轴承沿轴向方向两端的刚度小于中间的刚度。该气体动压轴承沿轴向方向的中间部位刚度较大，两端边缘位置刚度较小，因此在气体动压轴承工作时，两端局部变形量增大，使得顶层平箔4两端边缘处的局部变形，增加轴承可允许的偏心率范围，提高轴承的承载性能；且中间部位的四层结构中间多一层平箔，该设计增大了结构阻尼，提高了气体动压轴承的刚度和承载力。中间部位的四层结构为一层T型波箔+一层T型平箔+一层T型波箔+顶层波箔。
在一个实施例中，U型波箔3的拱高为两层T型波箔的拱高和T型平箔2的厚度之和，能够使得轴向各段的箔片总高相同，保证轴向各段箔片与顶层平箔4的接触面积，进而保证气体动压轴承的总体承载力，提高气体动压轴承的承载性能。
在一个实施例中，T型波箔包括位于T型平箔2径向外侧的第一T型波箔6和位于T型波箔径向内侧的第二T型波箔7，第一T型波箔6和第二T型波箔7的波峰沿周向错位设置。
在一个实施例中，第一T型波箔6和第二T型波箔7的波峰朝向顶层平箔4凸出，U型波箔3的波峰朝向顶层平箔4凸出，第二T型波箔7的波峰与U型波箔3的波峰沿周向错位设置。
在本实施例中，第一T型波箔6和第二T型波箔7的波峰位置交错，能够增加波箔与平箔之间的接触面积，提高承载性能。
电机高速运转时，在气体动压轴承和转轴的间隙形成高压润滑气膜，气体动压轴承的中心区域的气体压强高于径向轴承两端的气体压强，整体式的径向波箔拱形结构会使顶层平箔4逆着拱形的方向产生贯穿式的变形，造成中心的高压向两端泄漏，这种现象为端泄现象。而采用本申请实施例的箔片布置结构，第一T型波箔6和第二T型波箔7沿径向方向叠置，并在周向形成错位，第一T型波箔6和第二T型波箔7形成的叠置结构，与轴向两侧的U型波箔3之间在周向方向形成波峰错位结构，可有效改善径向轴承存在的端泄现象，提高气体动压轴承的承载性能。
在一个实施例中，第一T型波箔6和第二T型波箔7均包括弧形段8和平段9，第一T型波箔6的弧形段8与T型平箔2贴合，第一T型波箔6的平段9与轴承座1的内圈贴合，第二T型波箔7的弧形段8与轴承座1的内圈贴合，第二T型波箔7的平段9与T型平箔2贴合，第一T型波箔6的弧形段8与第二T型波箔7的平段9沿周向方向对应设置。
在本实施例中，第一T型波箔6的平段与轴承座1的内表面贴合，第一T型波箔6的拱高波峰支撑T型平箔2，第二T型波箔7的平段与T型平箔2贴合。U型波箔3的平段和轴承座1的内表面贴合，U型波箔3的拱高值等于第一T型波箔6的拱高+T型平箔2的厚度+第二T型波箔7的拱高。顶层平箔4与第二T型波箔7的波峰和U型波箔3的波峰均贴合。
第一T型波箔6的波峰位置对应第二T型波箔7的平段位置，第一T型波箔6的平段位置对应第二T型波箔7的波峰位置，第二T型波箔7在承受载荷时，第二T型波箔7的平段位置由第一T型波箔6的波峰提供承载力，且T型平箔2的存在可有效增加轴承阻尼。本申请实施例的第一T型波箔6和第二T型波箔7拱峰位置交错，增加波箔与平箔的接触面积，提高承载性能。
在一个实施例中，轴承座1的内圈设置有安装槽，T型波箔、T型平箔2和U型波箔3的端部连接边10共同固定在安装槽内。
T型波箔、T型平箔2和U型波箔3包括固定端和自由端，端部连接边10位于固定端，T型波箔、T型平箔2和U型波箔3的固定端到自由端的延伸方向相同。
轴承座1用于安装、支撑保护气体动压径向轴承。第一T型波箔6、T型平箔2、第二T型波箔7、U型波箔3、顶层平箔4的一端通过端部连接边10固定在轴承座1的卡槽内，可通过锁紧销钉或其他方式固定，轴向固定气体动压轴承，避免气体动压轴承发生轴向窜动；第一T型波箔6、T型平箔2、第二T型波箔7、U型波箔3、顶层平箔4的另一端处于自由状态，保证第一T型波箔6、T型平箔2、第二T型波箔7、U型波箔3、顶层平箔4具有变形和滑移的空间。
在一个实施例中，T型波箔包括弧形段8和平段9，U型波箔3包括弧形段8和平段9，T型波箔的弧形段8弦长小于U型波箔3的弧形段8的弦长。根据波箔的结构刚度计算公式，弦长和结构刚度成反比，拱高和结构强度成正比。因此，为了使得U型波箔3的刚度小于T型波箔的刚度，在材质相同的情况下，可以将U型波箔3的弧形段8的弦长设计为大于T型波箔的弧形段8的弦长，满足T型波箔和U型波箔3的刚度关系设计要求。
在一个实施例中，顶层平箔4的内表面喷涂有耐高温润滑涂层。
第一T型波箔6、第二T型波箔7由金属箔片利用该结构对应的模具通过压制、保压成型图3的结构，之后再通过特制工装进行卷绕、热处理成型图1的结构，确保每个拱之间的平段贴合轴承座1和T型平箔2的内表面，以此保证轴承制备的一致性及可行性。其中顶层平箔4的内表面喷涂耐高温润滑涂层，在电机高速运转的启停阶段，能够起到有效的减摩耐磨润滑作用。
根据本申请的实施例，压缩机包括气体动压轴承，该气体动压轴承为上述的气体动压轴承。
根据本申请的实施例，发动机包括上述的气体动压轴承或上述的压缩机。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种气体动压轴承，其特征在于，包括轴承座(1)、T型波箔、T型平箔(2)、U型波箔(3)和顶层平箔(4)，所述T型波箔、所述T型平箔(2)和所述U型波箔(3)设置在所述轴承座(1)的内圈和所述顶层平箔(4)的外圈之间，所述T型波箔设置为两层，所述T型平箔(2)位于两层所述T型波箔之间，沿着所述轴承座(1)的轴向方向，所述T型波箔的突出部(5)位于所述U型波箔(3)的U形槽内，以在所述轴承座(1)的轴向方向形成三段支撑。
2.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述T型波箔、T型平箔(2)、U型波箔(3)和顶层平箔(4)均为整周式环绕结构。
3.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述U型波箔(3)的刚度小于所述T型波箔的刚度。
4.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述U型波箔(3)的拱高为两层所述T型波箔的拱高和所述T型平箔(2)的厚度之和。
5.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述T型波箔包括位于所述T型平箔(2)径向外侧的第一T型波箔(6)和位于所述T型波箔径向内侧的第二T型波箔(7)，所述第一T型波箔(6)和所述第二T型波箔(7)的波峰沿周向错位设置。
6.根据权利要求5所述的气体动压轴承，其特征在于，所述第一T型波箔(6)和所述第二T型波箔(7)的波峰朝向所述顶层平箔(4)凸出，所述U型波箔(3)的波峰朝向所述顶层平箔(4)凸出，所述第二T型波箔(7)的波峰与所述U型波箔(3)的波峰沿周向错位设置。
7.根据权利要求5所述的气体动压轴承，其特征在于，所述第一T型波箔(6)和所述第二T型波箔(7)均包括弧形段(8)和平段(9)，所述第一T型波箔(6)的弧形段(8)与所述T型平箔(2)贴合，所述第一T型波箔(6)的平段(9)与所述轴承座(1)的内圈贴合，所述第二T型波箔(7)的弧形段(8)与所述轴承座(1)的内圈贴合，所述第二T型波箔(7)的平段(9)与所述T型平箔(2)贴合，所述第一T型波箔(6)的弧形段(8)与所述第二T型波箔(7)的平段(9)沿周向方向对应设置。
8.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述轴承座(1)的内圈设置有安装槽，所述T型波箔、所述T型平箔(2)和所述U型波箔(3)的端部连接边(10)共同固定在所述安装槽内。
9.根据权利要求8所述的气体动压轴承，其特征在于，所述T型波箔、所述T型平箔(2)和所述U型波箔(3)包括固定端和自由端，所述端部连接边(10)位于固定端，所述T型波箔、所述T型平箔(2)和所述U型波箔(3)的固定端到自由端的延伸方向相同。
10.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述T型波箔包括弧形段(8)和平段(9)，所述U型波箔(3)包括弧形段(8)和平段(9)，所述T型波箔的弧形段(8)弦长小于所述U型波箔(3)的弧形段(8)的弦长。
11.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述顶层平箔(4)的内表面喷涂有耐高温润滑涂层。
12.一种压缩机，包括气体动压轴承，其特征在于，所述气体动压轴承为权利要求1至11中任一项所述的气体动压轴承。
13.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的气体动压轴承或权利要求12所述的压缩机。
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