CN114776710B - 径向气体轴承装置及电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种径向气体轴承装置及电机，该轴承装置包括径向轴承以及转轴，径向轴承的两端均设置有阻挡件，阻挡件能够阻碍径向轴承内部的气体由径向轴承的端部泄出，阻挡件为沿径向轴承的周向延伸的弧形结构，阻挡件靠近转轴一侧的表面为弧形的阻挡面，阻挡面与转轴之间具有安全间隙，阻挡件为由多个梳齿组成的梳齿结构，多个梳齿沿径向轴承的轴向方向均匀排布，阻挡件沿径向轴承的周向在径向轴承的承载区所在的区域内延伸。基于本发明的技术方案，阻挡件对气体进行多级阻挡并使承载区的气体回流，增大径向轴承承载区的承载力，同时阻挡件为开环结构，减小了非承载区的压力，使得非承载区和承载区之间的压差进一步加大。
Description
技术领域
本发明涉及动压轴承技术领域，特别地涉及一种径向气体轴承装置及电机。
背景技术
箔片气体轴承在工作时，转子表面与轴承内表面发生高速运动，气体由于黏性作用被带入楔形间隙，使得轴承与转轴之间会形成一层动压气体薄膜，在动压效应作用下达到一个相对平衡状态，从而支撑转轴结构。
气体轴承具有摩擦损耗小、极高转速下几乎无摩擦、高温稳定性好、振动小、不需要润滑油等优点，有着十分广阔的应用前景，但与传统油膜和滚珠轴承相比，气体轴承的承载力偏小。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种径向气体轴承装置及电机，可有效提高减小径向轴承的承载区域内的气体泄露，增大承载区域的气体压力，提高径向气体轴承对转轴的承载力。
本发明的一种径向气体轴承装置，包括径向轴承以及转轴，所述径向轴承的两端均设置有阻挡件，所述阻挡件能够阻碍所述径向轴承内部的气体由所述径向轴承的端部泄出。
在一个实施方式中，所述阻挡件为沿所述径向轴承的周向延伸的弧形结构，所述阻挡件靠近所述转轴一侧的表面为弧形的阻挡面，所述阻挡面与所述转轴之间具有安全间隙；通过本实施方式，阻挡件沿径向轴承的轴向延伸，其弧形的阻挡面能够阻碍所述径向轴承内部的气体由所述径向轴承的端部泄出，同时阻挡面与转轴之间具有安全间隙，避免转轴在高速旋转的过程中与阻挡件接触，导致转轴损坏。
在一个实施方式中，所述阻挡件为由多个梳齿组成的梳齿结构，多个梳齿沿所述径向轴承的轴向方向均匀排布，多个所述梳齿使所述阻挡件靠近所述转轴一侧的表面形成为齿面；通过本实施方式，在转轴旋转过程中，梳齿结构突出的部分能够阻碍转轴与径向轴承之间的气体向外运动，且多个梳齿沿所述径向轴承的轴向方向均匀排布，起到了多级阻挡并使该处的气体回流的作用，与此同时回流气体汇聚在该区域，使该区域的压力升高形成高压区，进一步提升径向轴承的承载力。
在一个实施方式中，所述阻挡件沿所述径向轴承的周向在所述径向轴承的承载区所在的区域内延伸，所述承载区为径向轴承底部对应的区域；通过本实施方式，所述阻挡件在承载区所在的区域内延伸，即由于梳齿结构的阻碍，径向轴承与转轴之间的气体难以从承载区排出，那么所述气体将由承载区以外的非承载区泄出，减小了非承载区的压力，使得非承载区和承载区之间的压差进一步加大，进而进一步提高承载区的承载力。
在一个实施方式中，所述阻挡件的梳齿的个数为3-5个；通过本实施方式，经过发明人研究发现，当阻挡件具有3-5个梳齿时，能够保证承载区所在的区域内的气密性，以及保证承载区的承载效果较佳。
在一个实施方式中，弧形结构的所述阻挡件的角度大小为所述转轴的偏心角的2-3倍；通过本实施方式，由于不同轴承装置的转轴偏心角的大小略微有所不同，经过发明人研究发现，将阻挡件的角度大小设置为所述转轴的偏心角的2-3倍，换而言之，即根据转轴的偏心角的大小来控制阻挡件的长度，保证承载区的气密性。
在一个实施方式中，所述径向轴承两端的两个所述阻挡件的所述阻挡面位于同一圆弧面上，通过本实施方式，避免两侧的阻挡件对轴承内的气体的阻碍作用区别较大，即保证所述轴承装置的承载区的气体压力维持在稳定的范围内。
在一个实施方式中，所述径向轴承包括同轴且由外至内顺次设置的轴承座、顶箔与波箔，所述轴承座的内壁上开设有用于固定所述顶箔与所述波箔的卡槽，所述卡槽沿所述轴承座的轴向延伸；通过本实施方式，将所述顶箔与所述波箔固定在卡槽内，由于所述卡槽沿所述轴承座的轴向延伸，即避免轴承发生轴向窜动，影响轴承装置的作业。
在一个实施方式中，所述波箔上具有与所述卡槽对应的凸起部，所述凸起部通过销钉固定在所述卡槽内；通过本实施方式，即将所述顶箔与所述波箔固定在卡槽内时，所述顶箔以及所述波箔中与所述凸起部对称的另一端处于自由状态，保证所述顶箔与所述波箔具有变形的空间。
本发明还提供了一种电机，包括上文所述的径向轴承装置。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明提供的一种气体轴承装置，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
(1)阻挡件能够阻碍径向轴承与转轴之间的气体沿所述径向轴承的轴向方向朝所述径向轴承的两端移动，即通过阻挡件增大径向轴承承载区的承载力。
(2)阻挡件为由多个梳齿组成的梳齿结构，多个梳齿沿所述径向轴承的轴向方向均匀排布，起到了多级阻挡并使该处的气体回流的作用，使回流的气体汇聚在该区域，该区域压力升高形成高压区，进一步提升径向轴承的承载力。
(3)阻挡件沿径向轴承的周向延伸一定长度，且阻挡件对应承载区所在的区域，使得径向轴承与转轴之间的气体由非承载区域流出，减小了非承载区的压力，使得非承载区和承载区之间的压差进一步加大，进而进一步提高承载区的承载力。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的气体轴承装置的结构示意图；
图2显示了本发明的阻挡件的结构示意图；
图3显示了本发明的轴承的结构示意图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
附图标记：
1-端盖，2-径向轴承，3-转轴，4-盖板，5-阻挡件，201-轴承座，202-顶箔，203-波箔，204-销钉。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
由于在高速电机运转时，转轴高速旋转的起始阶段，因转轴进行偏心运动导致在转子与径向轴承的间隙形成楔形区域，气体进入楔形区域后形成高压润滑气膜，为轴承-转轴系统提供承载力，但相较于传统油膜和滚珠轴承，气体轴承的承载能力较弱。
本发明提供了一种径向气体轴承装置，如图1所示，包括径向轴承2以及转轴3，径向轴承2的两端均设置有阻挡件5，阻挡件5能够阻碍径向轴承2内部的气体由径向轴承2的端部泄出，即通过阻碍径向轴承2内的气体向两端泄漏，使被阻碍的气体回流，进而使得该处的压力升高，以提升轴承的承载力。
在一个实施例中，如图2所示，阻挡件5为沿径向轴承2的周向延伸的弧形结构，阻挡件5靠近转轴3一侧的表面为弧形的阻挡面，阻挡面与转轴3之间具有安全间隙，阻挡件5沿径向轴承2的轴向延伸，其弧形的阻挡面能够阻碍径向轴承2内部的气体由径向轴承2的端部泄出。
需要说明的是，虽然阻挡面与转轴3之间的间隙越小，阻挡件5阻碍气体由径向轴承2的端部泄出的效果就越好，但由于转轴3在高速旋转时，常常会出现一定程度的振动，即需要阻挡面与转轴3之间存在安全间隙，避免转轴3在高速旋转的过程中与阻挡件5接触，进而导致转轴3发生碰撞而损坏。
具体地，阻挡件5为由多个梳齿组成的梳齿结构，多个梳齿沿径向轴承2的轴向方向均匀排布，多个梳齿使阻挡件5靠近转轴3一侧的表面形成为齿面。
需要说明的是，在转轴3旋转过程中，梳齿结构突出的部分能够阻碍转轴3与径向轴承2之间的气体向外运动，且多个梳齿沿径向轴承2的轴向方向均匀排布，起到了多级阻挡并使该处的气体回流的作用，与此同时回流气体汇聚在该区域，使该区域的压力升高形成高压区，进一步提升径向轴承的承载力。
进一步地，如图2所示，阻挡件5沿径向轴承2的周向在径向轴承2的承载区所在的区域内延伸，承载区为径向轴承2底部对应的区域。
需要说明的是，无论径向轴承2以何种姿态摆放及工作时，其当前状态的底部对应的区域即为承载区，阻挡件5沿径向轴承2的周向延伸一定长度，即阻挡件5为弧形的开环结构，同时阻挡件5对应安装在承载区所在的区域内，由于梳齿结构的阻碍，径向轴承2与转轴3之间的气体难以从承载区排出，即气体由阻挡件5不在的非承载区域流出，减小了非承载区的压力，使得非承载区和承载区之间的压差进一步加大，进而进一步提高承载区的承载力。
在一个实施例中，阻挡件5的梳齿的个数为3-5个，经过发明人研究发现，当阻挡件具有3-5个梳齿时，能够保证承载区所在的区域内的气密性，以及保证承载区的承载效果较佳。
具体地，阻挡件的梳齿的个数为4个。
在一个实施例中，弧形结构的阻挡件5的角度大小为转轴3的偏心角的2-3倍，由于不同轴承装置的转轴偏心角的大小略微有所不同，经过发明人研究发现，将阻挡件5的角度大小设置为转轴3的偏心角的2-3倍，换而言之，即根据转轴3的偏心角的大小来控制阻挡件5的长度，保证承载区的气密性。
在一个实施例中，如图2所示，径向轴承2两端的两个阻挡件5的阻挡面位于同一圆弧面上，即避免两侧的阻挡件5对径向轴承2内的气体的阻碍作用区别较大，即保证轴承装置的承载区的气体压力维持在稳定的范围内。
在一个实施例中，如图1和2所示，还包括筒状的端盖1，端盖1容纳径向轴承2，且阻挡件5安装在端盖1的内壁上，端盖1的一侧向内凹陷，凹陷的区域设置有端盖4，端盖4为弧状结构，其一侧的圆弧面与端盖1贴合，另一侧的圆弧面与阻挡件5贴合，便于操作人员通过端盖4拆装轴承装置。
在一个实施例中，阻挡件5均与径向轴承2同心设置，避免转轴3在径向轴承2内做偏心运动时，转轴3与阻挡件5发生碰撞。
在一个实施例中，如图3所示，径向轴承2包括同轴且由外至内顺次设置的轴承座201、顶箔202与波箔203，轴承座201的内壁上开设有用于固定顶箔202与波箔203的卡槽，卡槽沿轴承座201的轴向延伸；即通过卡槽将顶箔202与波箔203固定在轴承座201内，由于卡槽沿轴承座的轴向延伸，即将顶箔202与波箔203固定后，能够避免轴承发生轴向窜动，影响轴承装置的作业。
在一个实施例中，波箔203上具有与卡槽对应的凸起部，凸起部通过销钉204固定在卡槽内，即将顶箔202与波箔203固定在卡槽内时，顶箔202以及波箔203中与凸起部对称的另一端处于自由状态，保证顶箔202与波箔203具有变形的空间，在转轴3高速运转时，波箔203会使丁箔202逆着拱形的方向产生贯穿式变形，阻碍径向轴承2内的气体沿径向轴承2径向移动至非承载区，保证承载区的承载能力。
本发明还提供了一种电机，包括上文的径向轴承装置。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (8)
1.一种径向气体轴承装置，其特征在于，包括径向轴承以及转轴，所述径向轴承的两端均设置有阻挡件，所述阻挡件能够阻碍所述径向轴承内部的气体由所述径向轴承的端部泄出；
所述阻挡件为沿所述径向轴承的周向延伸的弧形结构，所述阻挡件靠近所述转轴一侧的表面为弧形的阻挡面，所述阻挡面与所述转轴之间具有安全间隙；
所述阻挡件沿所述径向轴承的周向在所述径向轴承的承载区所在的区域内延伸，所述承载区为径向轴承底部对应的区域。
2.根据权利要求1所述的径向气体轴承装置，其特征在于，所述阻挡件为由多个梳齿组成的梳齿结构，多个梳齿沿所述径向轴承的轴向方向均匀排布，多个所述梳齿使所述阻挡件靠近所述转轴一侧的表面形成为齿面。
3.根据权利要求2所述的径向气体轴承装置，其特征在于，所述阻挡件的梳齿的个数为3-5个。
4.根据权利要求2所述的径向气体轴承装置，其特征在于，弧形结构的所述阻挡件的角度大小为所述转轴的偏心角的2-3倍。
5.根据权利要求1所述的径向气体轴承装置，其特征在于，所述径向轴承两端的两个所述阻挡件的所述阻挡面位于同一圆弧面上。
6.根据权利要求1至4任一项所述的径向气体轴承装置，其特征在于，所述径向轴承包括同轴且由外至内顺次设置的轴承座、顶箔与波箔，所述轴承座的内壁上开设有用于固定所述顶箔与所述波箔的卡槽，所述卡槽沿所述轴承座的轴向延伸。
7.根据权利要求6所述的径向气体轴承装置，其特征在于，所述波箔上具有与所述卡槽对应的凸起部，所述凸起部通过销钉固定在所述卡槽内。
8.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的径向气体轴承装置。
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