CN114458687B - 弹性箔片动压气浮径向轴承、电机、空气压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种弹性箔片动压气浮径向轴承、电机、空气压缩机,其中的弹性箔片动压气浮径向轴承,包括轴承座、设于所述轴承座的内孔中的顶箔以及支撑于所述轴承座的内孔与所述顶箔外周壁之间的支撑箔片,所述顶箔为整圆结构。根据本发明,轴承顶箔内圆不存在自由端的干涉,承载面积增大,从而能够提升径向轴承的承载性能,彻底杜绝了现有技术中的顶箔自由端处的气膜端泄现象的发生。
Description
技术领域
本发明属于箔片轴承设计技术领域,具体涉及一种弹性箔片动压气浮径向轴承、电机、空气压缩机。
背景技术
气体动压轴承(也称动压气浮轴承)是一种弹性支承的动压气体轴承,如图1所示。转轴101高速旋转带动轴承102和转轴101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103(也称动压气膜),当高压气膜103压力足够大时即可悬浮高速旋转的转轴101。在转轴高速旋转时,高压气膜103挤压轴承102,顶层箔片(也称顶箔)和支承波箔均产生弹性形变,增大气膜间隙,保证轴承102稳定运行。
现有技术中公开了一种气浮径向轴承及箔片,其内箔片2具有朝向旋转轴的工作面及远离旋转轴的非工作面,如图2所示,使用两个相对旋向的内箔片相互搭建以改善径向箔片磨损情况,其内箔片自由端周向卷曲延长至固定端,故固定端局部区域内径变小,将大幅减小轴承名义设计间隙进而影响轴承的性能。现有技术中还公开了一种新型径向空气箔片轴承及其制作方法,包括轴承套1、波箔顶箔一体式结构3、圆柱销2,如图3所示,波箔顶箔一体式结构采用一体压制成型制造以提高箔片整体一致性,但轴承在运行过程中需保证转轴旋向和固定端位置在最佳设计点时,才能发挥出轴承最佳性能。
发明内容
因此,本发明提供一种弹性箔片动压气浮径向轴承、电机、空气压缩机,能够克服现有技术中的顶箔具有自由端导致轴承承载性能偏低的不足。
为了解决上述问题,本发明提供一种弹性箔片动压气浮径向轴承,包括轴承座、设于所述轴承座的内孔中的顶箔、以及支撑于所述轴承座的内孔与所述顶箔外周壁之间的支撑箔片,所述顶箔为整圆结构。
在一些实施方式中,所述顶箔包括成筒状的顶层箔片,所述顶层箔片的轴向一侧的端面上具有固定结构,所述顶箔通过所述固定结构与所述轴承座连接。
在一些实施方式中,所述固定结构为沿所述顶层箔片的径向向外延伸的固定片。
在一些实施方式中,所述支撑箔片包括沿所述轴承座的周向卷曲的波箔段,所述波箔段的一端为固定端,所述固定端插装于所述轴承座具有的第一卡槽内。
在一些实施方式中,所述轴承座的内孔壁体上具有凸起,所述第一卡槽处于所述凸起上,并沿所述轴承座的周向延伸。
在一些实施方式中,所述支撑箔片还包括平箔段,所述平箔段沿所述轴承座的周向卷曲且处于所述波箔段具有的拱峰的峰顶与所述顶箔之间。
在一些实施方式中,所述波箔段与所述平箔段之间具有过渡段,所述过渡段包括连接的波箔过渡圆弧及波箔过渡平段,所述平箔段的自由端搭接于所述波箔过渡平段朝向所述顶箔的一侧,以使所述平箔段卷曲为与所述顶箔匹配的圆形。
在一些实施方式中,所述平箔段卷曲形成的圆形的内径小于所述顶箔的外径;和/或,所述平箔段的自由端的搭接位置处于所述凸起的径向内侧。
在一些实施方式中,所述平箔段上具有多个凸字形和/或凹字形的缝隙,以能够在所述平箔段卷曲后在朝向所述波箔段的一侧形成支撑片。
在一些实施方式中,所述支撑片支撑于所述波箔段的相邻两个拱峰之间。
在一些实施方式中,所述支撑箔片包括波箔以及处于所述波箔与所述顶箔之间的平箔,所述波箔的自由端与所述平箔的固定端皆插装于所述第一卡槽内。
在一些实施方式中,所述凸起上还构造有第二卡槽,所述第一卡槽与所述第二卡槽处于所述凸起的周向的相对两侧,所述波箔的自由端容置于所述第二卡槽;和/或,所述凸起朝向所述顶箔的一侧为圆弧面,所述平箔的自由端支撑所述圆弧面上。
在一些实施方式中,所述轴承座上构造有销钉孔,所述销钉孔与所述第一卡槽连通。
在一些实施方式中,所述销钉孔内设置有热管,所述热管与所述支撑箔片之间接触连接;和/或,所述销钉孔具有多个,多个所述销钉孔沿所述轴承座的轴向间隔设置。
在一些实施方式中,所述顶箔的径向厚度是所述支撑箔片的径向厚度的 0.4~0.6倍。
本发明还提供一种电机,包括上述的弹性箔片动压气浮径向轴承。
本发明还提供一种空气压缩机,包括上述的弹性箔片动压气浮径向轴承。
本发明提供的一种弹性箔片动压气浮径向轴承、电机、空气压缩机,所述顶箔为整圆结构,也即其不存在现有技术中的自由端,轴承顶箔内圆不存在自由端的干涉,承载面积增大,从而能够提升径向轴承的承载性能,彻底杜绝了现有技术中的顶箔自由端处的气膜端泄现象的发生。
附图说明
图1为现有技术中的弹性箔片动压气浮径向轴承的气浮原理示意图;
图2为现有技术中的一种弹性箔片动压气浮径向轴承的结构示意图;
图3为现有技术中的另一种弹性箔片动压气浮径向轴承的结构示意图;
图4为本发明实施例中的弹性箔片动压气浮径向轴承的轴向结构示意图;
图5为图4中的弹性箔片动压气浮径向轴承的轴断面示意图;
图6为图4中的顶箔的轴向结构示意图;
图7为图4中的轴承座的轴向结构示意图;
图8为图6中的轴承座的轴断面示意图;
图9为图4中的支撑箔片的轴向结构示意图;
图10为图9中的支撑箔片展平时的结构示意图;
图11为本发明另一实施例中的弹性箔片动压气浮径向轴承的轴向结构示意图。
附图标记表示为:
1、轴承座;12、凸起;13、销钉孔;14、凹槽;2、支撑箔片;21、固定端;22、波箔过渡圆弧;23、波箔过渡平段;25、自由端;26、支撑片;3、顶箔;31、顶层箔片;32、固定结构;4、平箔。
具体实施方式
结合参见图1至图11所示,根据本发明的实施例,提供一种弹性箔片动压气浮径向轴承,包括轴承座1、设于所述轴承座1的内孔中的顶箔3、以及支撑于所述轴承座1的内孔与所述顶箔3外周壁之间的支撑箔片2,所述顶箔3为整圆结构,所述整圆结构也即在整体上是一个完整的筒形或者环形的结构。该技术方案中,所述顶箔3为整圆结构,也即其不存在现有技术中的自由端,轴承顶箔内圆不存在自由端的干涉,承载面积增大,从而能够提升径向轴承的承载性能,彻底杜绝了现有技术中的顶箔自由端处的气膜端泄现象的发生。同时,转轴在不同运行方向和运行位置工况下,该径向轴承均能保持最佳承载性能,不存在承载死区问题。
为了能够保证所述顶箔3的位置可靠性,尤其是能够防止所述顶箔3在轴向上的窜动,在一些实施方式中,所述顶箔3包括成筒状的顶层箔片31,所述顶层箔片31的轴向一侧的端面上具有固定结构32,所述顶箔3通过所述固定结构32与所述轴承座1连接,具体的,所述固定结构32为沿所述顶层箔片31 的径向向外延伸的固定片,所述固定片例如为沿所述顶层箔片31的周向间隔布置的多个,在具体的固定方式方面,可以通过在所述轴承座1的轴向一端设置对应的凹槽14,然后将所述固定片置于所述凹槽14内进行定位,此时例如可以通过设置相应的端部挡板实现最终的轴向定位。
所述支撑箔片2包括沿所述轴承座1的周向卷曲的波箔段,所述波箔段的一端为固定端21,所述固定端21插装于所述轴承座1具有的第一卡槽(其沿所述轴承座1的轴向贯通)内,所述波箔段上具有多个沿其周向间隔布置的拱峰(也称拱单元),所述拱峰的封顶朝向于所述顶箔3的一侧,以能够对所述顶箔3形成径向的弹性支撑,所述拱峰的拱底位置则紧贴于所述轴承座1的内孔壁上,从而能够提升所述径向轴承的刚度与阻尼。在一些实施方式中,所述轴承座1的内孔壁体上具有凸起12,所述第一卡槽处于所述凸起12上,并沿所述轴承座1的周向延伸,如此,所述凸起12朝向所述顶箔3的一侧能够一定程度上对所述顶箔3起到一定的支撑作用,保证所述径向轴承在波箔段的固定端21处的刚度。
在一些实施方式中,所述支撑箔片2还包括平箔段,所述平箔段沿所述轴承座1的周向卷曲且处于所述波箔段具有的拱峰的峰顶与所述顶箔3之间,也即所述支撑箔片2同时具备所述波箔段与所述平箔段,所述平箔段卷曲设置于所述波箔段的径向内侧,以形成一个整圆结构,这利于所述顶箔3的组装。具体的,所述波箔段与所述平箔段之间具有过渡段,所述过渡段包括连接的波箔过渡圆弧22及波箔过渡平段23,所述平箔段的自由端25搭接于所述波箔过渡平段23朝向所述顶箔3的一侧,以使所述平箔段卷曲为与所述顶箔3匹配的圆形。
所述平箔段卷曲形成的圆形的内径小于所述顶箔3的外径,以能够在轴承装配时提供一定的预紧力,可以大幅提高径向轴承的承载力,并改善轴承的动力稳定性。
所述平箔段的自由端25的搭接位置处于所述凸起12的径向内侧,能够一定程度上对所述顶箔3起到一定的支撑作用,保证所述径向轴承在波箔段的固定端21处的刚度。
在一些实施方式中,所述平箔段上具有多个凸字形和/或凹字形(具体例如 U形或者倒U形,梯形或者倒梯形)的缝隙,以能够在所述平箔段卷曲后在朝向所述波箔段的一侧形成支撑片26,具体的,所述支撑片26支撑于所述波箔段的相邻两个拱峰之间,所述凸字形和/或凹字形的缝隙优选被设置于轴承的主要承载区,从而能够提升径向轴承的支承刚度。需要说明的是,凸字形和/或凹字形的缝隙的构造在所述平箔段卷曲之前,从而在所述平箔段卷曲后,缝隙所涵盖的内部区域在自身的张力作用下保持原来的平直状态,实现非圆弧形状的支撑。
在另一些实施方式中,所述支撑箔片2包括波箔以及处于所述波箔与所述顶箔3之间的平箔4,所述波箔的自由端与所述平箔4的固定端皆插装于所述第一卡槽内,也即所述支撑箔片2由两个相对独立的波箔与平箔4共同组装形成,两个部件可以分别独立加工成型,无需考虑两者一体化的过渡位置的曲线对最终的平段圆形的影响,设计相对简单。
在一些实施方式中,所述凸起12上还构造有第二卡槽,所述第一卡槽与所述第二卡槽处于所述凸起12的周向的相对两侧,所述波箔的自由端容置于所述第二卡槽,此时,所述凸起12朝向所述顶箔3的一侧为圆弧面,所述平箔4的自由端支撑所述圆弧面上,提升径向轴承的刚度。
在一些实施方式中,所述轴承座1上构造有销钉孔13,所述销钉孔13与所述第一卡槽连通,通过所述销钉孔13采用销钉将所述支撑箔片2的位置予以固定。在一些实施方式中,所述销钉孔13内设置有热管,所述热管与所述支撑箔片2之间接触连接,能够直接将箔片热量传递走,能提高轴承的传热速度,增大箔片散热能力,降低径向轴承温升和箔片热变形量;所述销钉孔13 具有多个,多个所述销钉孔13沿所述轴承座1的轴向间隔设置。
在一些实施方式中,所述顶箔3的径向厚度是所述支撑箔片2的径向厚度的0.4~0.6倍,该技术方案中,支承箔片2有一层平箔结构,在顶箔结构3组合情况下会导致平箔厚度过大,导致轴承刚度系数太大,在大负载条件下箔片变形小于气膜厚度变化值,导致轴承磨损,故而需要限定减小顶箔3的厚度避免轴承磨损。
需要特别说明的是,当轴承固定端位于转轴正下方,因固定端附近气膜厚度变化较大,轴承会出现承载死区,在转轴运行时会导致轴承磨损严重甚至失效。支承拱箔的内圈为波箔,为轴承提供刚度和阻尼;外圈为平箔,以形成较为完整的圆周,在与顶箔3装配时保证周向基本完全贴合。顶箔3使用整周式箔片,在圆周方向上不存在固定端和自由端区别,即转轴在不同运行方向和运行位置工况下,该径向轴承均能保持最佳承载性能,不存在承载死区问题。
根据本发明的实施例,还提供一种电机,包括上述的弹性箔片动压气浮径向轴承。
根据本发明的实施例,还提供一种空气压缩机,包括上述的弹性箔片动压气浮径向轴承。
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。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,包括轴承座(1)、设于所述轴承座(1)的内孔中的顶箔(3)以及支撑于所述轴承座(1)的内孔与所述顶箔(3)外周壁之间的支撑箔片(2),所述顶箔(3)为整圆结构;所述支撑箔片(2)包括沿所述轴承座(1)的周向卷曲的波箔段,所述波箔段的一端为固定端(21),所述固定端(21)插装于所述轴承座(1)具有的第一卡槽内;所述轴承座(1)的内孔壁体上具有凸起(12),所述第一卡槽处于所述凸起(12)上,并沿所述轴承座(1)的周向延伸;所述支撑箔片(2)还包括平箔段,所述平箔段沿所述轴承座(1)的周向卷曲且处于所述波箔段具有的拱峰的峰顶与所述顶箔(3)之间,所述波箔段与所述平箔段之间具有过渡段,所述过渡段包括连接的波箔过渡圆弧(22)及波箔过渡平段(23),所述平箔段的自由端(25)搭接于所述波箔过渡平段(23)朝向所述顶箔(3)的一侧,以使所述平箔段卷曲为与所述顶箔(3)匹配的圆形;所述平箔段的自由端(25)的搭接位置处于所述凸起(12)的径向内侧。
2.根据权利要求1所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述顶箔(3)包括成筒状的顶层箔片(31),所述顶层箔片(31)的轴向一侧的端面上具有固定结构(32),所述顶箔(3)通过所述固定结构(32)与所述轴承座(1)连接。
3.根据权利要求2所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述固定结构(32)为沿所述顶层箔片(31)的径向向外延伸的固定片。
4.根据权利要求1所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述平箔段卷曲形成的圆形的内径小于所述顶箔(3)的外径。
5.根据权利要求1所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述平箔段上具有多个凸字形和/或凹字形的缝隙,以能够在所述平箔段卷曲后在朝向所述波箔段的一侧形成支撑片(26)。
6.根据权利要求5所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述支撑片(26)支撑于所述波箔段的相邻两个拱峰之间。
7.根据权利要求1所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述轴承座(1)上构造有销钉孔(13),所述销钉孔(13)与所述第一卡槽连通。
8.根据权利要求7所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述销钉孔(13)内设置有热管,所述热管与所述支撑箔片(2)之间接触连接;和/或,所述销钉孔(13)具有多个,多个所述销钉孔(13)沿所述轴承座(1)的轴向间隔设置。
9.根据权利要求1所述的弹性箔片动压气浮径向轴承,其特征在于,所述顶箔(3)的径向厚度是所述支撑箔片(2)的径向厚度的0.4~0.6倍。
10.一种电机,其特征在于,包括权利要求1至9中任一项所述的弹性箔片动压气浮径向轴承。
11.一种空气压缩机,其特征在于,包括权利要求1至9中任一项所述的弹性箔片动压气浮径向轴承。
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