CN114593138B - 一种基于镶块的空气轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气轴承，具体是一种基于镶块的空气轴承，包括N个波箔单体，与现有技术不同的是，扩压器或轴承座上固设N个镶块，N个镶块相对于扩压器或轴承座的轴心圆周阵列，每个镶块的顶面向上延伸形成扇形凸起，扇形凸起的高度大于等于波箔单体的厚度；每个波箔单体一侧向外同曲率延伸形成非波段，非波段上开设1个与扇形凸起形状相似的扇形通孔；N个波箔单体通过其上的扇形通孔分别套设在N个镶块上；每个镶块的顶端和/或扇形凸起顶端通过点焊与顶箔固接；N≥3。与现有技术相比，本发明省去现有技术的底板、节省了零件和加工成本。波箔套设在镶块上，无需焊接，避免了波箔因焊接引起的变形。

Description

一种基于镶块的空气轴承

技术领域

本发明涉及空气轴承，具体是一种基于镶块的空气轴承。

背景技术

公开号CN112879318A的发明专利公开了一种高速离心压缩机，并具体公开了止推空气轴承包括底板、中间支撑件、顶层箔片，底板呈环形，底板上沿圆周设有若干条冷却凹槽，底板的外边缘设有若干个固定安装孔；中间支撑件包括若干支撑箔片和弹性箔片，支撑箔片和弹性箔片通过点焊方式固定在底板上，支撑箔片和弹性箔片两两一组，用来对顶层箔片进行支撑；所述顶层箔片包括若干片单片箔片，所述若干片单片箔片呈环形布置，相邻两单片箔片之间柔性连接形成整体式顶层箔片结构。

公开号CN108286567A的发明专利公开了一种具有厚顶层箔片结构的止推箔片动压空气轴承，包括底板、支承波箔和顶层箔片，圆形的底板设置在下方，多片扇形的顶层箔片固定在底板的上方，支承波箔装配在底板和顶层箔片之间，还包括设置在顶层箔片和底板结合处径向一侧的入口段垫片，入口段垫片的厚度可调，支承波箔和顶层箔片之间为预紧装配。

上述专利公开的技术方案中都包含了底板，并且波箔、顶箔都直接或间接与底板进行连接，而通常底板都是通过螺钉固接或焊接在扩压器或轴承座上，不仅占据了有限的空间，而且在长期动载荷的作用下，螺钉会出现松动、断裂，影响气体压缩机整个系统的稳定性。而且支承波箔因焊接容易造成变形，造成波箔翘起，最终导致顶箔不平整，运行时气膜不均匀。

发明内容

为克服现有技术的缺陷或缺陷之一，本发明公开一种基于镶块的空气轴承，所采取的技术方案是：

一种基于镶块的空气轴承，包括顶箔和N个波箔单体，与现有技术不同的是，扩压器或轴承座上固设N个镶块，N个镶块相对于扩压器或轴承座的轴心圆周阵列，每个镶块的顶面向上延伸形成扇形凸起，扇形凸起的高度大于等于波箔单体的厚度；每个波箔单体一侧向外同曲率延伸形成非波段，非波段上开设1个与扇形凸起形状相似的扇形通孔；N个波箔单体通过其上的扇形通孔分别套设在N个镶块上；每个镶块的顶端和/或扇形凸起顶端通过点焊与顶箔固接；N≥3。

进一步地，扩压器或轴承座上相对于其轴心圆周阵列N个镶嵌槽，N个镶块分别与N个镶嵌槽过盈配合，每个镶块的扇形凸起突出于扩压器或轴承座的端面。

进一步地，扩压器或轴承座上相对于其轴心圆周阵列N个镶嵌槽，N个镶块分别与N个镶嵌槽间隙配合或过渡配合；每个镶块上沿竖向开设螺孔；在每个镶嵌槽的槽底沿竖向开设沉头孔，N个螺钉分别从扩压器或轴承座下表面穿过沉头孔与螺孔螺接。

进一步地，N个镶块在扩压器或轴承座铸造前预埋在扩压器或轴承座内，扩压器或轴承座的端面在加工后，每个镶块的顶端和/或扇形凸起被暴露或被加工成形。

进一步地，顶箔包括N个顶箔单体，每个顶箔单体包括固定段、比固定段高的抵接段、将固定段与抵接段连为一体的转折段，固定段的下表面与抵接段的下表面之间的距离小于波箔单体的波高；N个顶箔单体的固定段分别与N个镶块的顶端和/或扇形凸起的顶端通过激光点焊固接在一起。

进一步地，顶箔包括N个顶箔单体，相邻两个顶箔单体之间通过波形系带连为一体形成环形；N个顶箔单体的同侧边缘与N个镶块的顶端和/或扇形凸起的顶端通过激光点焊固接在一起。

进一步地，波形系带包括靠近内环的内系带和靠近外环的外系带。

进一步地，还包括位于顶箔与波箔单体之间的N个垫片，每个垫片上开设1个与扇形通孔形状相同的通孔，通孔与扇形凸起间隙或过渡配合。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

1.省去现有技术的底板、节省了零件和加工成本。

2.波箔套设在镶块上，无需焊接，避免了波箔因焊接引起的变形。

3.波箔套设在镶块上，镶块对波箔进行径向和轴向限位，无需焊接固定，避免脱焊掉落的可能性，运行更可靠，但不限制波箔自由端的伸展与回缩，提供相应的弹性和阻尼。

4.波箔套设在镶块上，提高了轴承装配的表面平整度，提高了受力和磨擦的均匀性，减少磨损、提高寿命。

5.省去现有技术的底板，节省了空间，有利于气体压缩机的小型化、轻量化。

6.结构简单，便于安装。

附图说明

图1是本发明实施例1轴承座的结构示意图。

图2是本发明实施例1轴承座另一视角的结构示意图。

图3是本发明实施例1波箔单体的结构示意图。

图4是本发明实施例1镶块的结构示意图。

图5是实施例1中顶箔单体的结构示意图。

图6是实施例1中轴承座与波箔单体、镶块和顶箔单体装配后的结构示意图。

图7是实施例2中顶箔的结构示意图。

图8是实施例2中轴承座与波箔单体、镶块和顶箔装配后的结构示意图。

图9是切除部分顶箔后的结构示意图。

图中，100-轴承座；101-镶嵌槽；102-沉头孔；1-波箔单体；11-非波段；12-扇形通孔；2-镶块；21-螺孔；22-扇形凸起；3-顶箔；31-顶箔单体；311-固定段；312-抵接段；313-转折段；32-波形系带；321-内系带；322-外系带；4-螺钉。

具体实施方式

下面结合附图、以轴承座100为例对本发明做进一步说明。

实施例1，如图1-2所示的气体压缩机的轴承座100，中心开设轴孔，轴承座100的端面上圆周阵列6个镶嵌槽101，在每个镶嵌槽101的槽底开设沉头孔102，镶嵌槽101和沉头孔102可以采取现有铣、钻孔的方式加工，加工工艺简单成熟。

如图3所示的波箔单体1，波箔单体1靠近的一侧向外同曲率延伸形成非波段11，非波段11上开设1个扇形通孔12。

如图4所示的镶块2，镶块2表面向上延伸形成与扇形通孔12形状相似的扇形凸起22，扇形凸起22的高度等于波箔单体1的厚度，扇形凸起22的下端与轴承座的端面平齐，扇形通孔12与扇形凸起22间隙或过渡配合。每个镶块2上沿竖向开设螺孔21。镶块2的材质选用不锈钢、碳钢或高温合金等任何适焊的材料，区别于轴承座100常用的铝材，比铝材更方便焊接，焊接强度也更高。

6个镶块2分别置入6个镶嵌槽101中， 6个螺钉4分别从轴承座100下表面穿过沉头孔102与螺孔21螺接；从而将镶块2固定在轴承座100上。

如图5所示的顶箔单体31，包括固定段311、比固定段311高的抵接段312、将固定段311与抵接段312连为一体的转折段313，固定段311的下表面与抵接段312的下表面之间的距离小于波箔单体1的波高。

6个波箔单体1分别套设在6个镶块2的扇形凸起22上，彻底杜绝了波箔单体1开焊脱落的可能。

6个顶箔单体31的左侧通过激光点焊分别与6个镶块2的顶端和/或扇形凸起22的顶端固接， 6个顶箔单体31被焊接固定后，每个顶箔单体31的转折段313和抵接段312就会向上翘起，每个顶箔单体31呈现一端低、一端高的斜坡状。

为了方便地说明波箔单体1、镶块2和顶箔单体31与轴承座100的结构关系，在图6中，右下方位置的镶嵌槽101内未装配镶块2，也没有示出螺钉4，也就未套设波箔单体1，而且也未焊接顶箔单体31；右方位置的镶嵌槽101内虽装配了镶块2，但镶块2上未套设波箔单体1，也未焊接顶箔单体31；右上方的镶嵌槽101内装配了镶块2，套设了波箔单体1，但未焊接顶箔单体31；其它位置的镶块2上均完整地装配了波箔单体1、镶块2和顶箔单体31。图中的小黑点为激光焊接的焊点。

本实施例的空气轴承是一种空气止推轴承，分别安装在扩压器和轴承座上，成对镜像安装，主轴在旋转时，带动成对的空气止推轴承之间的止推盘旋转，止推盘带动周围的空气同时旋转流动，旋转流动的空气流经高低相间的环状顶箔3时，在边界层吸附效应的作用下，成对的空气止推轴承之间就会产生要将彼此分离的推力，轴旋转的速度越快，产生的推力相应越大，相应地进入每个波箔单体1下表面的波形槽中空气的压力也越大，每个波箔单体1会抵压每个顶箔单体31不至于被压塌，这是一个动态平衡的过程，在此过程中，波箔单体1小幅度地伸缩变形，波高会有小幅度的变化，以适应轴旋转速度的变化。

实施例2，如图7-9所示，其他与实施例1相同，不同的是顶箔3为环形一体结构，相邻两个顶箔单体31之间通过波形系带32连为一体形成环形；波形系带32包括靠近内环的内系带321和靠近外环的外系带322。波形系带32起到柔性连接相邻顶箔单体31的作用。

每个顶箔单体31的同侧边缘与1个镶块2的顶端和或扇形凸起22的顶端通过激光点焊固接在一起。从而使得顶箔3与轴承座100固接在一起。焊接后，环形的顶箔3的下表面局部与镶块2的顶面抵接，波形系带32便自然弯曲变形，使得整个环形的顶箔3呈现高低相间的环形锯齿波状。由于波形系带32对相邻顶箔单体31具有牵扯作用，故而整个顶箔的顶面会更加平整，提高了受力和磨擦的均匀性，减少磨损、提高寿命。

为了方便地说明波箔单体1、镶块2和环形顶箔3与轴承座相互的结构关系，在图9中，将顶箔3右侧进行了半剖，右下方位置的镶嵌槽101内未装配镶块2，但显示出了波箔单体1，右方的1个镶嵌槽101内装配了镶块2，但未显示出波箔单体1，右上方的1个镶嵌槽101内既有镶块2，也有波箔单体1。图中顶箔3上的小黑点为激光焊接的焊点。

实施例3，其他与实施例1相同，不同的是扩压器或轴承座100上相对于其轴心圆周阵列6个镶嵌槽101，6个镶块2分别与6个镶嵌槽101过盈配合，每个镶块2的扇形凸起22突出于扩压器或轴承座100的端面。每个镶块2上沿竖向并未开设螺孔21；每个镶嵌槽101的槽底并未沿竖向开设沉头孔102。本实施例通过过盈配合将镶块2固定在轴承座100上，无需使用螺钉固定镶块2，结构和工艺更简单。

实施例4，其他与实施例1相同，不同的是6个镶块2在扩压器或轴承座100铸造前预埋在扩压器或轴承座100内，按照常规的方式对扩压器或轴承座100的端面进行一次加工，使每个镶块2的顶面暴露，再对扩压器或轴承座100的端面进行二次加工，使扩压器或轴承座100的端面切削去扇形凸起22的高度的量，切削时注意避让每个镶块2扇形凸起22的区域，二次加工后，每个镶块2的顶端便形成了扇形凸起22。本实施例通过预埋嵌件的方式，利用铸造工艺实现了镶块2与轴承座100的固定，固定牢固，无需使用螺钉，工艺也较为简单。

实施例5，在实施例1-4任一实施例基础上，增加了6个垫片，每个垫片上开设与扇形通孔12形状相同的通孔，通孔能与扇形凸起22间隙或过渡配合。垫片位于顶箔3与波箔单体1之间，同样套设在扇形凸起22上，相应地，扇形凸起22的高度等于波箔单体1的厚度再加上垫片的厚度。垫片套设在镶块上，彻底杜绝了垫片开焊脱落的可能。垫片的厚度可以根据需要进行调整，通过套设不同厚度的垫片可以调节单个波箔单体1的起伏坡度。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。 本发明未详述之处，均为本技术领域的现有技术或公知常识。

Claims (8)

1.一种基于镶块的空气轴承，包括顶箔（3）和N个波箔单体（1），其特征在于：扩压器或轴承座（100）上固设N个镶块（2），N个镶块（2）相对于扩压器或轴承座（100）的轴心圆周阵列，每个镶块（2）的顶面向上延伸形成扇形凸起（22），扇形凸起（22）的高度大于等于波箔单体（1）的厚度；每个波箔单体（1）一侧向外同曲率延伸形成非波段（11），非波段（11）上开设1个与扇形凸起（22）形状相似的扇形通孔（12）；N个波箔单体（1）通过其上的扇形通孔（12）分别套设在N个镶块（2）上；每个镶块（2）的顶端和/或扇形凸起（22）顶端通过点焊与顶箔（3）固接；N≥3。

2.如权利要求1所述的一种基于镶块的空气轴承，其特征在于：扩压器或轴承座（100）上相对于其轴心圆周阵列N个镶嵌槽（101），N个镶块（2）分别与N个镶嵌槽（101）过盈配合，每个镶块（2）的扇形凸起（22）突出于扩压器或轴承座（100）的端面。

3.如权利要求1所述的一种基于镶块的空气轴承，其特征在于：扩压器或轴承座（100）上相对于其轴心圆周阵列N个镶嵌槽（101），N个镶块（2）分别与N个镶嵌槽（101）间隙配合或过渡配合；每个镶块（2）上沿竖向开设螺孔（21）；在每个镶嵌槽（101）的槽底沿竖向开设沉头孔（102），N个螺钉（4）分别从扩压器或轴承座（100）下表面穿过沉头孔（102）与螺孔（21）螺接。

4.如权利要求1所述的一种基于镶块的空气轴承，其特征在于：N个镶块（2）在扩压器或轴承座（100）铸造前预埋在扩压器或轴承座（100）内，扩压器或轴承座（100）的端面在加工后，每个镶块（2）的顶端和/或扇形凸起（22）被暴露或被加工成形。

5.如权利要求1-4任一所述的一种基于镶块的空气轴承，其特征在于：顶箔（3）包括N个顶箔单体（31），每个顶箔单体（31）包括固定段（311）、比固定段（311）高的抵接段（312）、将固定段（311）与抵接段（312）连为一体的转折段（313），固定段（311）的下表面与抵接段（312）的下表面之间的距离小于波箔单体（1）的波高；N个顶箔单体（31）的固定段（311）分别与N个镶块（2）的顶端和/或扇形凸起（22）的顶端通过激光点焊固接在一起。

6.如权利要求1-4任一所述的一种基于镶块的空气轴承，其特征在于：顶箔（3）包括N个顶箔单体（31），相邻两个顶箔单体（31）之间通过波形系带（32）连为一体形成环形；N个顶箔单体（31）的同侧边缘与N个镶块（2）的顶端和/或扇形凸起（22）的顶端通过激光点焊固接在一起。

7.如权利要求6所述的一种基于镶块的空气轴承，其特征在于：波形系带（32）包括靠近内环的内系带（321）和靠近外环的外系带（322）。

8.如权利要求1-4任一所述的一种基于镶块的空气轴承，其特征在于：还包括位于顶箔（3）与波箔单体（1）之间的N个垫片，每个垫片上开设1个与扇形通孔（12）形状相同的通孔，通孔与扇形凸起（22）间隙或过渡配合。

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