CN115199647B - 一种面向双转子支撑的静压空气轴承 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种面向双转子支撑的静压空气轴承，包括自外向内依次套装设置的外壳支撑、外轴套、第二转子轴承、内轴套和第一转子轴承；所述内轴套与所述第二转子轴承固接，所述外轴套与所述外壳支撑固接，所述内轴套和所述第一转子轴承之间设有用以形成气膜的第一径向间隙，所述外轴套和所述第二转子轴承之间设有用以形成气膜的第二径向间隙，所述外壳支撑、所述外轴套、所述第二转子轴承、所述内轴套均开设贯穿且相互连通的气孔。上述面向双转子支撑的静压空气轴承具有优良的高速性能，且结构简单、运维方便。

Description

一种面向双转子支撑的静压空气轴承

技术领域

本申请涉及轴承领域，特别涉及一种面向双转子支撑的静压空气轴承。

背景技术

随着科学技术的不断发展，现代制造技术向着超大型精密零件加工和超精密微纳尺度零件加工制造方向发展。静压空气轴承采用气源提供的高压气体在微小缝隙形成气膜来实现支撑和润滑的，其摩擦力接近于零，因此具有优越的高速性能，故广泛应用于精密零件加工、发动机运转等上述领域。而双转子系统是航空发动机和燃气轮机等现代高端装备的核心部件，它具有转速高、温度高、负荷大和柔性结构耦合等优点，但由于其结构复杂性高、可靠性低、维护成本高，造成其目前双转子系统价格高昂、应用不便。

因此如何降低双转子系统复杂度和维护成本，提升其高速运动性能成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种面向双转子支撑的静压空气轴承，该面向双转子支撑的静压空气轴承的高速性能优良，结构简单且运维方便。

为实现上述目的，本申请提供一种面向双转子支撑的静压空气轴承，包括自外向内依次套装设置的外壳支撑、外轴套、第二转子轴承、内轴套和第一转子轴承；所述内轴套与所述第二转子轴承固接，所述外轴套与所述外壳支撑固接，所述内轴套和所述第一转子轴承之间设有用以形成气膜的第一径向间隙，所述外轴套和所述第二转子轴承之间设有用以形成气膜的第二径向间隙，所述外壳支撑、所述外轴套、所述第二转子轴承、所述内轴套均开设贯穿且相互连通的气孔。

可选地，所述气孔包括开设于所述外壳支撑的进气孔和出气孔，开设于所述外轴套的第二轴套气孔、开设于所述第二转子轴承的轴承气孔和开设于所述内轴套的第一轴套气孔，所述进气孔和所述出气孔呈180°相间开设，所述第二轴套气孔、所述轴承气孔和所述第一轴套气孔均沿周向均匀开设。

可选地，所述进气孔设置为两组，所述外轴套和所述内轴套均设置为两组，所述第二轴套气孔、所述轴承气孔、所述第一轴套气孔均沿轴向对应所述进气孔设置。

可选地，所述外壳支撑的两端均设有第二阶梯孔，所述外轴套设有与所述第二阶梯孔的阶梯面贴合的第二法兰盘，所述第二阶梯孔的阶梯面和所述第二法兰盘均开设第二安装螺孔。

可选地，所述第二转子轴承的两端开设第一阶梯孔，所述内轴套设有与所述第一阶梯孔的阶梯面贴合的第一法兰盘，所述第一阶梯孔的阶梯面和所述第一法兰盘均开设第一安装螺孔。

可选地，所述外轴套贴合所述第二法兰盘的一端和所述外轴套远离所述第二法兰盘的一端的外壁均设有第二环形凸起，所述第二环形凸起开设第二环形槽，所述第二环形槽内设有第二密封圈。

可选地，所述外轴套中部的外壁设有第三环形凸起，所述第二轴套气孔开设于所述第三环形凸起；所述第三环形凸起与其两侧的所述第二环形凸起之间设有第三环形槽，所述第三环形槽开设泄气孔，所述泄气孔的孔径小于所述第二轴套气孔。

可选地，所述内轴套贴合所述第一法兰盘的一端和所述内轴套远离所述第一法兰盘的一端的外壁均设有第一环形凸起，所述第一环形凸起开设第一环形槽，所述第一环形槽内设有第一密封圈，所述第一轴套气孔开设于两组所述第一环形凸起之间的环形槽内。

可选地，所述第一转子轴承的中部设有两端抵贴两侧的所述内轴套的第一环形限位部。

可选地，所述第二转子轴承的中部设有两端抵贴两侧的所述外轴套的第二环形限位部，所述第二环形限位部开设环形限位槽，所述环形限位槽内开设贯穿的轴承进气孔，所述出气孔对准所述环形限位槽。

相对于上述背景技术，本申请所提供的面向双转子支撑的静压空气轴承利用外壳支撑将外轴套固定，通过外壳支撑和外轴套上的气孔向外轴套内通入高压气体，从而在外轴套和第二转子轴承的径向间隙中形成气膜并驱动第二转子轴承高速旋转；同时将内轴套固定在外轴套的内周，通过第二转子轴承和内轴套上的气孔向内轴套内通入高压气体，在内轴套和第一转子轴承的径向间隙形成气膜并驱动第一转子轴承高速旋转，外壳支撑及外轴套、第二转子轴承和内轴套的部分气孔用于进气，部分用以排气，在外轴套内和内轴套内形成稳定的气膜并持续驱动第一转子轴承和第二转子轴承旋转。外壳支撑、外轴套、第二转子轴承、内轴套和第一转子轴承依次套装，装配结构简单，运维方便，降低了面向双转子支撑的静压空气轴承的运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的面向双转子支撑的静压空气轴承的纵剖图；

图2为外壳支撑的主视图；

图3为外壳支撑的左视图；

图4为外轴套的主视图；

图5为外轴套的左视图；

图6为第二转子轴承的示意图；

图7为内轴套的主视图；

图8为内轴套的左视图；

图9为第一转子轴承的示意图。

其中：

1-外壳支撑、2-外轴套、3-第二转子轴承、4-内轴套、5-第一转子轴承、6-第一安装螺孔、7-第二安装螺孔；

11-进气孔、12-出气孔；

21-第二法兰盘、22-第二环形凸起、23-第二环形槽、24-第三环形凸起、25-第二轴套气孔、26-泄气孔、27-导通气孔、28-第三环形槽；

31-第二环形限位部、32-环形限位槽、33-轴承气孔、34-轴承进气孔；

41-第一法兰盘、42-第一环形凸起、43-第一环形槽、44-第一轴套气孔；

51-第一环形限位部。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

请参考图1至图9，图1为本申请所提供的面向双转子支撑的静压空气轴承的纵剖图，图2为外壳支撑的主视图，图3为外壳支撑的左视图，图4为外轴套的主视图，图5为外轴套的左视图，图6为第二转子轴承的示意图，图7为内轴套的主视图，图8为内轴套的左视图，图9为第一转子轴承的示意图。

本申请实施例提供一种面向双转子支撑的静压空气轴承，其装配结构简单，运维方便且高速运动性能优良。该面向双转子支撑的静压空气轴承具体包括外壳支撑1、外轴套2、第二转子轴承3、内轴套4和第一转子轴承5。其中，外壳支撑1、外轴套2、第二转子轴套和内轴套4大体均呈套筒结构，四者由外向内依次套装并均开设用来进气和排气的气孔，四者的气孔相互连通，第一转子轴承5则装设在内轴套4内。外轴套2相对外壳支撑1固定，第二转子轴承3和外轴套2之间预留第二径向间隙；内轴套4固定在第二转子轴承3的内周，第一转子轴承5和内轴套4预留第一径向间隙。当高压空气通过外壳支撑1和外轴套2的气孔进入外轴套2内，在外轴套2内和第二转子轴承3之间形成气膜并驱动第二转子轴承3旋转；部分高压气体继续通过第二转子轴承3和内轴套4的气孔进入内轴套4内，在内轴套4内和第一转子轴承5之间形成气膜并驱动第一转子轴承5旋转。气孔在外壳支撑1、外轴套2、第二转子轴承3及内轴套4等部件上均开设多组，以便于部分气孔用来进气，部分气孔用来排气，从而维持气膜稳定并持续驱动第二转子轴承3和第一转子轴承5旋转。

具体而言，气孔包括开设在气孔外壳的进气孔11和出气孔12，如图1和图2所示，进气孔11开设在外壳支撑1的上部，出气孔12开设在外壳支撑1的下部，进气孔11和出气孔12呈180°相间设置，以便上半周进气，下半周排气。由于进气孔11用来向外轴套2供气，为提高第二转子轴承3及第一转子轴承5旋转的稳定性，外轴套2和内轴套4均至少设置两组。因此，在本实施例中，进气孔11设置为两组，出气孔12设置为一组；从轴向来看，出气孔12位于两组进气孔11之间。可以理解的是，进气孔11和出气12的主要作用在于保证气体的流通，进气孔11和出气孔12的组数以及二者沿周向的夹角均可根据实际需要灵活调整。

气孔还包括沿外轴套2轴向均匀开设的多组第二轴套气孔25、沿第二转子轴承3的周向均匀开设的轴承气孔33和沿内轴套4的周向均匀开设的第一轴套气孔44，由于外轴套2和内轴套4均设置为两组，所以轴承气孔33沿内沿第二转子轴承3以预设轴向间隙设置为两周，每一周的轴承气孔33用来和一组外轴套2的第二轴套气孔25连通换气，具体如图1、图4和图6所示。外轴套2的两端设有第二环形凸起22，第二轴套气孔25开设在一对环形凸起之间的轴套壁上；第二环形凸起22开设第二环形槽23，第二环形槽23内及外壳支撑1的内壁之间设置密封垫，减少气体向外轴套2两端/侧泄漏，使高压气体通过更多流向外轴套2的第二轴套气孔25并流入外轴套2和第二转子轴承3之间。

进一步地，一对第二环形凸起22的中部位置还设有第三环形凸起24，第三环形凸起24的高度/直径小于第二环形凸起22，第二轴套气孔25均匀开设在第二环形凸起22的外周。第三环形凸起24与两侧的第二环形凸起22之间形成两条第三环形槽28，第三环形槽28沿周向均匀开设多组泄气孔26，泄气孔26用来实现辅助进气并对外轴套2和第二转子轴承3之间的气膜两端密封，从而维持外轴套2和第二转子轴承3之间气膜的稳定，泄气孔26的直径远远小于第二轴套气孔25的直径。当外轴套2装设于外壳支撑1时，第三环形凸起24、第三环形槽28均匀外壳支撑1的内腔壁形成环形气腔，两侧由第二环形凸起22配合第二密封圈密封，进气孔11对准该环形气腔。外轴套2的内周对应第二轴套气孔25的位置和第二转子轴承3的外壁之间同样形成环形气腔，该环形气腔起到均匀进气和维持气膜稳定的作用，该环形气腔的宽度大于第二轴套气孔25的孔径。

请参考图1和图7，内轴套4同样设置为两组，每组内轴套4均沿轴向均匀开设第一轴套气孔44，当内轴套4固定于第二转子轴承3的内周时，内轴套4的气孔恰好能够与第二转子轴承3的轴承气孔33连通。每组内轴套4的两端设置第一环形凸起42，两组第一环形凸起42均开设第一环形槽43，第一环形槽43设置第一密封圈，两组第一环形凸起42之间形成环形槽，第一轴套气孔44均匀开设在该环形槽内。当内轴套4装设于第二转子轴承3内腔时，两组第一环形凸起42之间的环形槽与第二转子轴承3的内壁形成环形腔室，该环形腔室也即环形槽的宽度大于第一轴套气孔44的直径。高压气体继续由第一轴套气孔44进入内轴套4内和第一转子轴承5之间，在第一转子轴承5和内轴套4之间形成气膜并驱动第一转子轴承5旋转。

为了降低第一转子轴承5和第二转子轴承3的周向窜动，本申请实施例对第一转子轴承5和第二转子轴承3均设有轴向限位，具体请参考图1、图6和图9。其中，第一转子轴承5的中部设有第一环形限位部51，第一环形限位部51的中部内凹，两端分别和两组内轴套4抵贴，中部内凹的部分和第二转子轴承3的内壁之间形成环形腔室；第二转子轴承3的中部则设有第二环形限位部31，第二环形限位部31的两端分别与两组外轴套2抵贴；第二环形限位部31开设环形限位槽32，环形限位槽32和第二环形限位部31二者与外壳支撑1的内壁形成环形腔室，环形限位槽32内开设轴承进气孔34；第二转子轴承3装设固定后，外壳支撑1的出气孔12恰好对准中部的环形限位槽32；外轴套2内侧的第二环形凸起22沿轴向开设导通气孔27，导通气孔27沿轴向贯穿第二环形凸起22，以将外轴套2内侧的第二环形槽23内的高压气体输送至环形限位槽32、轴承进气孔34和第二转子轴承3内，辅助驱动第一转子轴承5旋转。

请参考图1以及图3至图5，为减少轴向气体泄漏并实现外轴套2与外壳支撑1的固连，外轴套2的外侧一端设置第二法兰盘21，第二法兰盘21的直径大于第二环形凸起22的直径，外壳支撑1的两端开设第二阶梯孔，第二法兰盘21以及第二阶梯孔的阶梯面上均对应开设第二安装螺孔7，第二法兰盘21抵贴在第二阶梯孔的阶梯面上并通过第二安装螺孔7和螺丝实现安装固定，第二法兰盘21和阶梯面之间可根据需要设置密封垫片。类似地进一步如图1、图7和图8所示，第二转子轴承3的两端开设第一阶梯孔，内轴套4的外侧一端设有第一法兰盘41，第一法兰盘41的直径大于第一环形凸起42的直径，第一法兰盘41和第一阶梯孔的阶梯面上均开设有第一安装螺孔6，第一法兰盘41贴合在第一阶梯孔的阶梯面上并通过第一安装螺孔6和螺丝实现安装固定，第一法兰盘41和阶梯面之间同样可以设置密封垫片。

本申请实施例所提供的面向双转子支撑的静压空气轴承利用高压空气在外轴套2和第二转子轴承3之间、以及内轴套4和第一转子轴承5之间形成气膜带动第二转子轴承3和第二转子轴承3分别绕其自身轴线转动，使高压气体流动平稳,降低气体流速，减弱气体的气旋现象，提升双转子结构的高速运动性能，降低双转子结构的复杂度和维护成本。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本申请所提供的面向双转子支撑的静压空气轴承进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种面向双转子支撑的静压空气轴承，其特征在于，包括自外向内依次套装设置的外壳支撑、外轴套、第二转子轴承、内轴套和第一转子轴承；所述内轴套与所述第二转子轴承固接，所述外轴套与所述外壳支撑固接，所述内轴套和所述第一转子轴承之间设有用以形成气膜的第一径向间隙，所述外轴套和所述第二转子轴承之间设有用以形成气膜的第二径向间隙，所述外壳支撑、所述外轴套、所述第二转子轴承、所述内轴套均开设贯穿且相互连通的气孔；

所述气孔包括开设于所述外壳支撑的进气孔和出气孔，开设于所述外轴套的第二轴套气孔、开设于所述第二转子轴承的轴承气孔和开设于所述内轴套的第一轴套气孔，所述进气孔和所述出气孔呈180°相间开设，所述第二轴套气孔、所述轴承气孔和所述第一轴套气孔均沿周向均匀开设；

所述外壳支撑的两端均设有第二阶梯孔，所述外轴套设有与所述第二阶梯孔的阶梯面贴合的第二法兰盘，所述第二阶梯孔的阶梯面和所述第二法兰盘均开设第二安装螺孔；

所述外轴套贴合所述第二法兰盘的一端和所述外轴套远离所述第二法兰盘的一端的外壁均设有第二环形凸起，所述第二环形凸起开设第二环形槽，所述第二环形槽内设有第二密封圈；

所述外轴套中部的外壁设有第三环形凸起，所述第三环形凸起上开设有第二轴套气孔；所述第三环形凸起与其两侧的所述第二环形凸起之间设有第三环形槽，所述第三环形槽开设泄气孔，所述泄气孔的孔径小于所述第二轴套气孔；

所述第二转子轴承的中部设有两端抵贴两侧的所述外轴套的第二环形限位部，所述第二环形限位部开设环形限位槽，所述出气孔对准所述环形限位槽；所述环形限位槽内开设贯穿的轴承进气孔，所述外轴套内侧的所述第二环形凸起开设沿轴向贯通的导通气孔。

2.根据权利要求1所述的面向双转子支撑的静压空气轴承，其特征在于，所述进气孔设置为两组，所述外轴套和所述内轴套均设置为两组，所述第二轴套气孔、所述轴承气孔、所述第一轴套气孔均沿轴向对应所述进气孔设置。

3.根据权利要求2所述的面向双转子支撑的静压空气轴承，其特征在于，所述第二转子轴承的两端开设第一阶梯孔，所述内轴套设有与所述第一阶梯孔的阶梯面贴合的第一法兰盘，所述第一阶梯孔的阶梯面和所述第一法兰盘均开设第一安装螺孔。

4.根据权利要求3所述的面向双转子支撑的静压空气轴承，其特征在于，所述内轴套贴合所述第一法兰盘的一端和所述内轴套远离所述第一法兰盘的一端的外壁均设有第一环形凸起，所述第一环形凸起开设第一环形槽，所述第一环形槽内设有第一密封圈，所述第一轴套气孔开设于两组所述第一环形凸起之间的环形槽内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的面向双转子支撑的静压空气轴承，其特征在于，所述第一转子轴承的中部设有两端抵贴两侧的所述内轴套的第一环形限位部。