CN114941654B - 一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空气轴承技术领域，尤其涉及一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承。解决了传统箔片式空气轴承箔片缓冲阻尼不对称，箔片部件被气压挤压发生形变承载力变差的问题。一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，包括有轴承套，轴承套内安装有两个顶箔件和两个底箔件，两个顶箔件与相邻的底箔件之间分别设置有波箔组件。本发明通过第一波箔片、第二波箔片和第三波箔片的搭接，使其对承压时的阻尼缓冲均匀分散，防止形变量集中造成波箔组件失稳卡死，固定连接件将顶箔件与底箔件固定配合，便于空气轴承的组装，通过两组顶箔件和底箔件交叉对接形成稳定的空气轴承内部结构，提升空气轴承对转轴的承载力，防止转轴承载力过大对波箔组件造成损坏。
Description
技术领域
本发明涉及空气轴承技术领域，尤其涉及一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承。
背景技术
空气轴承指的是用气体作为润滑剂的滑动轴承，空气轴承分为空气静压轴承、空气动压轴承和挤压膜轴承三大类，其优点在于精度高、转速极值高、摩擦小、产热量低等，但是由于其工作方式，空气轴承工作状态下对转轴的承载力较低，箔片式空气轴承的波箔部位作为重要部分，起到对空气轴承的承载力提升、抗震动冲击的效果。
现有空气轴承的箔片部位，出于装配和工作特性的考虑，多通过一端固定另一端灵活的方式安装在轴承套上，由于箔片的设置方式，传统的箔片式空气轴承缓冲阻尼不对称，且承压能力也较弱，在空气轴承工作时，由于气膜压力的作用，箔片部件将被气压挤压发生形变，发生形变后的箔片部件对转轴震动时的压力承载力和稳定性将变差，容易导致工作转速范围内转子轴承系统失稳，甚至卡死。
针对上述存在的问题，我们需研发一种可均匀弹性形变具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承。
发明内容
为了克服传统箔片式空气轴承箔片缓冲阻尼不对称，箔片部件被气压挤压发生形变承载力变差的缺点，提供了一种可均匀弹性形变具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承。
本发明的技术实施方案是：一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，包括有轴承套，轴承套内侧上下两部分别开设有安装槽，轴承套内安装有两个顶箔件和两个底箔件，两个顶箔件和两个底箔件分别设置为周向对称，两个底箔件分别与轴承套内壁紧密贴合，两个顶箔件位于两个底箔件的内侧，顶箔件作为空气轴承中与轴直接接触的配合部，顶箔件内侧表面镀有高温固体润滑涂层，两个顶箔件与相邻的底箔件之间分别设置有波箔组件，波箔组件作为弹性件为顶箔件提供支撑力，波箔组件分别与底箔件和顶箔件接触配合，顶箔件与底箔件通过若干个固定连接件固定安装，底箔件内侧面设置有限位组件，限位组件用于波箔组件的限位，波箔组件通过限位组件与底箔件限位配合。
作为优选，固定连接件中部为连接部，固定连接件的前后两部均为固定部，每个固定连接件上的连接部长度与固定部长度相同。
作为优选，顶箔件包括有顶箔片，顶箔片的一端设置有第一安装部，顶箔片与第一安装部为一体成型件，第一安装部上均匀开设有三组第一安装孔，一组第一安装孔设置有两个，第一安装孔用于和固定部配合。
作为优选，底箔件包括有底箔片，底箔片的一端设置有第二安装部，底箔片与第二安装部为一体成型件，第二安装部上均匀开设有三个第二安装孔，第二安装孔用于和连接部配合。
作为优选，波箔组件包括有第一波箔片，第一波箔片周向设置有若干个，若干个第一波箔片均设置在顶箔件和底箔件之间，第一波箔片的一侧为弹性支撑部，弹性支撑部为向内弧形凸起状，第一波箔片的另一侧为弹性限位部，弹性限位部与弹性支撑部不同侧的端部向内弧形翘起，两个相邻的第一波箔片交叉重叠在一起，相邻的弹性支撑部与弹性限位部接触配合，弹性支撑部的左端与相邻的第一波箔片中部贴合，若干个第一波箔片的中部均匀开设有若干个第一固定孔，底箔片与第二安装部临近的一端内侧设置有第二波箔片，第二波箔片与第一安装部相邻的一侧开设有若干个第二固定孔，第二波箔片的另一侧与弹性支撑部的形状相同，第二波箔片与相邻的第一波箔片交叉接触配合，底箔片的另一端内侧设置有第三波箔片，第三波箔片与第一安装部相邻的一侧开设有若干个第三固定孔，第三波箔片的另一侧与弹性限位部的形状相同，第三波箔片与相邻的第一波箔片交叉接触限位配合。
作为优选，弹性支撑部的弧形两端距离大于其两倍的弧顶高度，弹性支撑部与第一波箔片衔接的位置夹角为钝角。
作为优选，弹性限位部的右端与弹性支撑部临近第一波箔片中部的位置接触配合。
作为优选，限位组件包括有固定块，固定块设置有四组，每组固定块的数量与第二固定孔相同，四组固定块分别固定连接在底箔片两端的内侧，底箔片内侧周向均匀设置若干组限位安装块，若干组限位安装块分别与若干个第一波箔片对应设置，每组限位安装块与相邻的第一固定孔限位配合，底箔片内侧周向均匀设置若干组限位块，限位块与限位安装块数量相同且交错设置，限位块位于相邻的弹性限位部下侧，限位块用于弹性限位部的限位。
作为优选，限位安装块的高度超出第一固定孔的深度，限位安装块的超出部分设置为弧形，限位安装块用于相邻弹性支撑部的限位。
作为优选，限位块的内侧端设置为弧形，限位块与相邻的弹性限位部弧度相同，弹性支撑部与限位安装块接触时，弹性限位部与限位块不完全接触。
本发明的有益效果：本发明通过限位组件将波箔组件安装在底箔件上，通过第一波箔片、第二波箔片和第三波箔片的搭接，在压力作用下，第一波箔片形变量均匀，使其对承压时的阻尼缓冲均匀分散，防止形变量集中造成波箔组件失稳卡死，固定连接件将顶箔件与底箔件固定配合，便于空气轴承的组装，通过两组顶箔件和底箔件交叉对接形成稳定的空气轴承内部结构，在空气轴承的工作状态下，当气膜压力过大或发生转轴震动时，限位组件对波箔组件形成位移锁定，以此防止波箔组件在震动下损坏，并且在空气轴承静止状态下，波箔组件对顶箔件的支撑力有锁定效果，提升空气轴承对转轴的承载力，防止转轴承载力过大对波箔组件造成损坏。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明立体结构的平面示意图。
图3为本发明的部分立体结构示意图。
图4为本发明固定连接件的立体结构示意图。
图5为本发明底箔件和限位组件的立体结构示意图。
图6为本发明波箔组件的立体结构示意图。
图7为本发明波箔组件的部分放大立体结构示意图。
附图标记说明：1-轴承套，2-顶箔件，21-顶箔片，22-第一安装部，23-第一安装孔，3-底箔件，31-底箔片，32-第二安装部，33-第二安装孔，4-波箔组件，41-第一波箔片，411-弹性支撑部，412-弹性限位部，413-第一固定孔，42-第二波箔片，421-第二固定孔，43-第三波箔片，431-第三固定孔，5-固定连接件，51-连接部，52-固定部，6-限位组件，61-固定块，62-限位安装块，63-限位块。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步地进行说明。
实施例
一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，如图1-图7所示，包括有轴承套1，轴承套1内侧上下两部分别开设有安装槽，轴承套1内安装有两个顶箔件2和两个底箔件3，两个顶箔件2和两个底箔件3分别设置为周向对称，两个底箔件3分别与轴承套1内壁紧密贴合，两个顶箔件2位于两个底箔件3的内侧，轴承套1的安装槽与顶箔件2和底箔件3相配合固定，顶箔件2作为空气轴承中与轴直接接触的配合部，顶箔件2内侧表面镀有高温固体润滑涂层，以此减小转轴与顶箔件2之间的摩擦，防止转轴起飞前摩擦产生过多热量，两个顶箔件2与相邻的底箔件3之间分别设置有波箔组件4，波箔组件4作为弹性件为顶箔件2提供支撑力，以此增加空气轴承的承载力和实现转轴转动时的抗震效果，波箔组件4分别与底箔件3和顶箔件2接触配合，顶箔件2与底箔件3通过若干个固定连接件5固定安装，通过固定连接件5的可拆装配合安装，方便空气轴承的组装配合，固定连接件5中部为连接部51，固定连接件5的前后两部均为固定部52，每个固定连接件5上的连接部51长度与固定部52长度相同，以此使底箔件3和顶箔件2受到的固定压强相同，底箔件3内侧面设置有限位组件6，限位组件6用于波箔组件4的限位，波箔组件4通过限位组件6与底箔件3限位配合，以此实现对波箔组件4的锁定，增加了本空气轴承的承载力范围，并且对波箔组件4的保护防止其损坏。
在本空气轴承中，为减小顶箔件2在气膜压力影响下的形变量，将顶箔件2设置为两个，通过两个顶箔件2将全部的形变量分摊，顶箔件2在波箔组件4的支撑下，以此实现气膜压力的均匀分摊，固定连接件5作为配合支撑安装波箔组件4的基座，在任何状态下固定连接件5始终与轴承套1贴合且不发生滑动，同时方便将波箔组件4配合安装进轴承套1内，波箔组件4首先通过限位组件6安装固定设置在底箔件3上后，顶箔件2与相对的底箔件3之间通过固定连接件5安装在一起，两组相对的顶箔件2和底箔件3互相插接在一起，相邻的顶箔件2与底箔件3之间通过波箔组件4的支撑，自然形成完整的空气轴承内部结构，本发明的空气轴承内部结构组装过程较为简单，且当波箔组件4中某零件因各种原因损坏时，无需更换整个波箔组件4，维修成本低廉。
实施例
在实施例1的基础之上，如图2和图3所示，顶箔件2包括有顶箔片21，顶箔片21的一端设置有第一安装部22，第一安装部22作为顶箔件2与底箔件3的配合安装部分，顶箔片21与第一安装部22为一体成型件，以此方便顶箔件2的批量制造成型，第一安装部22上均匀开设有三组第一安装孔23，一组第一安装孔23设置有两个，第一安装孔23用于和固定部52配合，实现对第一安装部22的固定和安装配合。
如图2和图3所示，底箔件3包括有底箔片31，底箔片31的一端设置有第二安装部32，第二安装部32作为顶箔件2与底箔件3的配合安装部分，底箔片31与第二安装部32为一体成型件，以此方便底箔件3的批量制造成型，第二安装部32上均匀开设有三个第二安装孔33，第二安装孔33用于和连接部51配合。
如图5-图7所示，波箔组件4包括有第一波箔片41，第一波箔片41周向设置有若干个，若干个第一波箔片41均设置在顶箔件2和底箔件3之间，第一波箔片41为一体成型件方便其批量制备，第一波箔片41的一侧为弹性支撑部411，弹性支撑部411为向内弧形凸起状，弹性支撑部411的弧形两端距离大于其两倍的弧顶高度，弹性支撑部411与第一波箔片41衔接的位置夹角为钝角，第一波箔片41的另一侧为弹性限位部412，弹性限位部412与弹性支撑部411不同侧的端部向内弧形翘起，两个相邻的第一波箔片41交叉重叠在一起，相邻的弹性支撑部411与弹性限位部412接触配合，以此便于弹性限位部412为弹性支撑部411提供支撑力，在弹性支撑部411受压形变时弹性限位部412提供更多的支撑力，防止弹性支撑部411受压损坏，弹性限位部412的右端与弹性支撑部411临近第一波箔片41中部的位置接触配合，弹性支撑部411的左端与相邻的第一波箔片41中部贴合，弹性支撑部411受压沿第一波箔片41中部滑动，若干个第一波箔片41的中部均匀开设有若干个第一固定孔413，底箔片31与第二安装部32临近的一端内侧设置有第二波箔片42，第二波箔片42与第一安装部22相邻的一侧开设有若干个第二固定孔421，第二波箔片42通过第二固定孔421与限位组件6配合安装在底箔片31内侧，第二波箔片42的另一侧与弹性支撑部411的形状相同，第二波箔片42与相邻的第一波箔片41交叉接触配合，第二波箔片42为顶箔件2提供支撑力，底箔片31的另一端内侧设置有第三波箔片43，第三波箔片43与第一安装部22相邻的一侧开设有若干个第三固定孔431，第三波箔片43通过第三固定孔431与限位组件6配合安装在底箔片31内侧，第三波箔片43的另一侧与弹性限位部412的形状相同，第三波箔片43与相邻的第一波箔片41交叉接触限位配合，第三波箔片43为相邻的第一波箔片41提供支撑力。
如图5所示，限位组件6包括有固定块61，固定块61设置有四组，每组固定块61的数量与第二固定孔421相同，四组固定块61分别固定连接在底箔片31两端的内侧，固定块61方便第二波箔片42和第三波箔片43的安装限位，底箔片31内侧周向均匀设置若干组限位安装块62，若干组限位安装块62分别与若干个第一波箔片41对应设置，每组限位安装块62与相邻的第一固定孔413限位配合，限位安装块62便于第一波箔片41的安装固定，限位安装块62的高度超出第一固定孔413的深度，限位安装块62的超出部分设置为弧形，限位安装块62用于相邻弹性支撑部411的限位，以此完成对弹性支撑部411的锁定，防止弹性支撑部411形变量过大损坏，同时为顶箔件2提供更多的支撑力，底箔片31内侧周向均匀设置若干组限位块63，限位块63与限位安装块62数量相同且交错设置，限位块63位于相邻的弹性限位部412下侧，限位块63用于弹性限位部412的限位，以此完成对弹性限位部412的锁定，防止弹性限位部412形变过大，限位块63的内侧端为设置弧形，限位块63与相邻的弹性限位部412弧度相同，弹性支撑部411与限位安装块62接触时，弹性限位部412与限位块63不完全接触。
在组装空气轴承的内部结构时，首先将第三波箔片43安装在底箔片31上远离第二安装部32的一端内侧，第三固定孔431与远离第二安装部32的固定块61相配合，然后从远离第二安装部32的一端开始安装第一波箔片41，第一块第一波箔片41的弹性支撑部411搭在第三波箔片43的弹性限位部412上，第一波箔片41安装在限位安装块62上，然后将第一波箔片41依次安装在底箔片31上，后续安装第一波箔片41的弹性支撑部411都搭在前一个弹性限位部412上，最后在底箔片31与第二安装部32相邻一端的内侧安装第二波箔片42，第二固定孔421与相邻的固定块61相配合，以此在底箔片31上形成一个完整的波箔组件4。
然后将第二安装部32与相对顶箔片21的第一安装部22贴合在一起，通过固定连接件5将相邻的第二安装部32和第一安装部22固定在一起，初始状态下的固定连接件5呈“凵”形，固定连接件5的固定部52插接在第二安装孔33和第一安装孔23内，连接部51与第二安装孔33完整配合在一起，之后将固定部52向相反的方向弯曲并经受塑性变形，此时固定部52与第一安装孔23完整配合在一起，以此将相邻的第二安装部32和第一安装部22通过三个固定连接件5固定安装在一起，然后将两组对应的顶箔片21和底箔片31插接在一起，此时顶箔片21与相邻的弹性支撑部411紧密接触配合，顶箔片21被弹性支撑部411支撑起来，两组对应的顶箔片21和底箔片31与波箔组件4配合，形成完整的空气轴承内部结构。
在空气轴承工作时，在顶箔片21和转轴之间气膜压力的作用下，顶箔片21受到挤压会向底箔片31贴合，第一波箔片41受到挤压给底箔片31提供支撑力，第一波箔片41的弹性支撑部411被挤压发生形变，由于弹性支撑部411与第一波箔片41衔接的位置夹角为钝角，在弹性支撑部411内侧端受到挤压时，第一波箔片41与弹性支撑部411衔接处的力朝向顺时针方向，防止弹性支撑部411与第一波箔片41的衔接处向逆时针方向运动，因此弹性支撑部411仅发生顺时针移动，并且弹性支撑部411挤压相邻的弹性限位部412，弹性限位部412支撑弹性支撑部411靠近第一波箔片41中部的位置，弹性限位部412的端部被向外侧挤压，其形变给弹性支撑部411提供较大的支撑弹性力，当随着空气轴承转速的提升，其内部的气膜压力将增大，对弹性支撑部411的挤压力将增大，弹性支撑部411继续向外侧挤压，其远离衔接处的一端相对第一波箔片41继续顺时针偏斜，直至与相邻的限位安装块62弧形面贴合，此时限位安装块62完成对弹性支撑部411的锁定，压力带来的波箔组件4总形变量被若干个弹性支撑部411均匀分散开来，在弹性支撑部411的作用下，第一波箔片41也不会发生与底箔片31的相对位移，使波箔组件4内部结构更为稳定，提高空气轴承工作中的稳定性。
当压力再增大时，弹性支撑部411也不再发生过大的形变，此时弹性限位部412不完全接触限位块63，当顶箔片21受到转轴转动时发生过大的震动或压力时，其压力范围大于限位安装块62对弹性支撑部411的支撑力时，弹性支撑部411会继续向外侧挤压弹性限位部412，当弹性限位部412与限位块63完全接触后，限位块63对弹性限位部412起到支撑锁定的效果，以此防止压力过大使第一波箔片41的弹性支撑部411形变量过大损坏，在空气轴承停止工作后，转轴会挤压顶箔片21，顶箔片21通过第一波箔片41为转轴提供支撑力，弹性支撑部411和弹性限位部412的重叠支撑力，配合限位安装块62与限位块63的限位锁定，以此使本空气轴承对转轴提供更大的承载力范围。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (5)
1.一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，其特征是：包括有轴承套(1)，轴承套(1)内侧上下两部分别开设有安装槽，轴承套(1)内安装有两个顶箔件(2)和两个底箔件(3)，两个顶箔件(2)和两个底箔件(3)分别设置为周向对称，两个底箔件(3)分别与轴承套(1)内壁紧密贴合，两个顶箔件(2)位于两个底箔件(3)的内侧，顶箔件(2)作为空气轴承中与轴直接接触的配合部，顶箔件(2)内侧表面镀有高温固体润滑涂层，两个顶箔件(2)与相邻的底箔件(3)之间分别设置有波箔组件(4)，波箔组件(4)作为弹性件为顶箔件(2)提供支撑力，波箔组件(4)分别与底箔件(3)和顶箔件(2)接触配合，顶箔件(2)与底箔件(3)通过若干个固定连接件(5)固定安装，底箔件(3)内侧面设置有限位组件(6)，限位组件(6)用于波箔组件(4)的限位，波箔组件(4)通过限位组件(6)与底箔件(3)限位配合；固定连接件(5)中部为连接部(51)，固定连接件(5)的前后两部均为固定部(52)，每个固定连接件(5)上的连接部(51)长度与固定部(52)长度相同；
顶箔件(2)包括有顶箔片(21)，顶箔片(21)的一端设置有第一安装部(22)，顶箔片(21)与第一安装部(22)为一体成型件，第一安装部(22)上均匀开设有三组第一安装孔(23)，一组第一安装孔(23)设置有两个，第一安装孔(23)用于和固定部(52)配合；
底箔件(3)包括有底箔片(31)，底箔片(31)的一端设置有第二安装部(32)，底箔片(31)与第二安装部(32)为一体成型件，第二安装部(32)上均匀开设有三个第二安装孔(33)，第二安装孔(33)用于和连接部(51)配合；
波箔组件(4)包括有第一波箔片(41)，第一波箔片(41)周向设置有若干个，若干个第一波箔片(41)均设置在顶箔件(2)和底箔件(3)之间，第一波箔片(41)的一侧为弹性支撑部(411)，弹性支撑部(411)为向内弧形凸起状，弹性支撑部(411)与第一波箔片(41)衔接的位置夹角为钝角，第一波箔片(41)的另一侧为弹性限位部(412)，弹性限位部(412)与弹性支撑部(411)不同侧的端部向内弧形翘起，两个相邻的第一波箔片(41)交叉重叠在一起，相邻的弹性支撑部(411)与弹性限位部(412)接触配合，弹性支撑部(411)的左端与相邻的第一波箔片(41)中部贴合，若干个第一波箔片(41)的中部均匀开设有若干个第一固定孔(413)，底箔片(31)与第二安装部(32)临近的一端内侧设置有第二波箔片(42)，第二波箔片(42)与第一安装部(22)相邻的一侧开设有若干个第二固定孔(421)，第二波箔片(42)的另一侧与弹性支撑部(411)的形状相同，第二波箔片(42)与相邻的第一波箔片(41)交叉接触配合，底箔片(31)的另一端内侧设置有第三波箔片(43)，第三波箔片(43)与第一安装部(22)相邻的一侧开设有若干个第三固定孔(431)，第三波箔片(43)的另一侧与弹性限位部(412)的形状相同，第三波箔片(43)与相邻的第一波箔片(41)交叉接触限位配合；
限位组件(6)包括有固定块(61)，固定块(61)设置有四组，每组固定块(61)的数量与第二固定孔(421)相同，四组固定块(61)分别固定连接在底箔片(31)两端的内侧，底箔片(31)内侧周向均匀设置若干组限位安装块(62)，若干组限位安装块(62)分别与若干个第一波箔片(41)对应设置，每组限位安装块(62)与相邻的第一固定孔(413)限位配合，底箔片(31)内侧周向均匀设置若干组限位块(63)，限位块(63)与限位安装块(62)数量相同且交错设置，限位块(63)位于相邻的弹性限位部(412)下侧，限位块(63)用于弹性限位部(412)的限位。
2.按照权利要求1所述的一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，其特征是：弹性支撑部(411)的弧形两端距离大于其两倍的弧顶高度。
3.按照权利要求2所述的一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，其特征是：弹性限位部(412)的右端与弹性支撑部(411)临近第一波箔片(41)中部的位置接触配合。
4.按照权利要求3所述的一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，其特征是：限位安装块(62)的高度超出第一固定孔(413)的深度，限位安装块(62)的超出部分设置为弧形，限位安装块(62)用于相邻弹性支撑部(411)的限位。
5.按照权利要求4所述的一种具有弹性自锁功能的箔片式空气轴承，其特征是：限位块(63)的内侧端设置为弧形，限位块(63)与相邻的弹性限位部(412)弧度相同，弹性支撑部(411)与限位安装块(62)接触时，弹性限位部(412)与限位块(63)不完全接触。
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