CN115789076A - 一种箔片动压轴承及旋转机械轴系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种箔片动压轴承及旋转机械轴系，涉及传动结构领域。箔片动压轴承包括叠片和封堵层；叠片设有多个，多个叠片沿箔片动压轴承的轴向层叠设置；叠片可沿箔片动压轴承的径向弹性变形，叠片具有通孔，封堵层连接及覆盖多个叠片的通孔内壁。上述箔片动压轴承将传统的顶箔和波箔整合成具有沿径向弹性变形能力的叠片，由多个叠片层叠组成轴承主体，并进一步在轴承主体的内孔表面电镀形成封堵层，形成连续的轴承表面，防止气体从相邻叠片之间泄露，便于建立稳定的流体动压气膜，最终构成完整的轴承结构。既简化了加工过程，又简化了装配过程，同时具有装配尺寸精度高、加工成本低以及便于转运流转和装配等优点。

Description

一种箔片动压轴承及旋转机械轴系

技术领域

本发明涉及传动结构领域，尤其涉及一种箔片动压轴承及旋转机械轴系。

背景技术

箔片动压空气轴承是旋转机械轴系的关键支撑部件，尤其适用于高转速、轻负载、高温、低温以及无油工况，且广泛应用于新能源汽车燃料电池系统的空压机、高速工业压缩机以及泵类产品。

典型的箔片动压空气轴承由顶箔、波箔和轴承套筒构成，其中，顶箔和波箔通过焊接、销钉或其他方式与轴承套筒固定在一起。

但是，现有的箔片动压空气轴承加工过程复杂。其中，波箔的拱形需要在专用的冲压模具上冲压而成。为了减小冲压后回弹及提高箔片材料强度，需要对冲压后的波箔进行高温热处理。这两个过程会占用太多的时间和成本。顶箔则需要在专用的卷圆工装上卷制而成，为了保证尺寸稳定性，需要对卷制后的顶箔进行热处理，同样会占用太多的时间和成本。

此外，现有的箔片动压空气轴承装配过程复杂。或是在轴承套筒上开出矩形槽，然后通过销钉将顶箔和波箔销紧固定。或是依次将波箔和顶箔焊接在轴承套筒上，存在焊点脱落的风险，同时焊接过程容易造成箔片变形。

发明内容

为了解决现有技术中存在的箔片动压空气轴承加工及装配过程复杂的问题，本发明的目的之一是提供一种箔片动压轴承。

本发明提供如下技术方案：

一种箔片动压轴承，包括叠片和封堵层；

所述叠片设有多个，多个所述叠片沿所述箔片动压轴承的轴向层叠设置；

所述叠片可沿所述箔片动压轴承的径向弹性变形，所述叠片具有通孔，所述封堵层连接及覆盖多个所述叠片的所述通孔内壁。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述叠片包括连接件和弹性件；

所述连接件沿所述箔片动压轴承的周向设置，以形成所述通孔；

所述弹性件与所述连接件的外沿相连，所述弹性件可沿所述箔片动压轴承的径向弹性变形，所述弹性件设有多个，多个所述弹性件沿所述箔片动压轴承的周向排列。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述弹性件呈条状设置，所述弹性件具有近端和远端，所述近端与所述连接件的外沿相连，经过所述近端的所述连接件的切线与所述弹性件倾斜相交。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述弹性件成对设置，其中一个所述弹性件的所述远端与另一个所述弹性件的所述远端相背。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述弹性件呈拱形设置。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述叠片还包括运动吸收件；

所述连接件具有缺口，所述运动吸收件设于所述缺口，所述运动吸收件可沿所述箔片动压轴承的周向弹性变形。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述运动吸收件呈弧形设置。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述运动吸收件具有至少一个弯折部。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述箔片动压轴承还包括减摩耐磨涂层，所述减摩耐磨涂层设于所述封堵层的内侧。

本发明的另一目的是提供一种旋转机械轴系。

本发明提供如下技术方案：

一种旋转机械轴系，包括上述箔片动压轴承。

本发明的实施例具有如下有益效果：

多个具有沿径向弹性变形能力的叠片层叠组成箔片动压轴承的主体结构，封堵层与多个叠片的通孔内壁连接，并将通孔内壁覆盖，从而将相邻叠片之间的缝隙封堵，形成连续的轴承表面，防止气体从相邻叠片之间泄露，便于建立稳定的流体动压气膜。

上述叠片通过蚀刻等工艺加工成型，成型过程中不存在加工应力，不会出现回弹的现象，因而无需热处理以保证尺寸的稳定性，上述封堵层则通过电镀等工艺成型在通孔内壁，简化了箔片动压轴承的加工及装配过程。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承的整体结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承中轴承主体的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承在设置封堵层后的动压润滑气膜压力分布示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承在设置封堵层前的动压润滑气膜压力分布示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承中叠片的结构示意图。

主要元件符号说明：

100-轴承主体；101-内孔；110-叠片；1101-通孔；111-连接件；112-弹性件；113-运动吸收件；200-封堵层；300-减摩耐磨涂层；400-转轴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

请一并参阅图1、图2和图3，本实施例提供一种箔片动压轴承，具体为一种极简箔片动压轴承，用于对旋转机械轴系中的转轴400进行支撑，该箔片动压包括轴承主体100、封堵层200和减摩耐磨涂层300。

其中，轴承主体100具有可供转轴400穿过的内孔101。封堵层200设置在轴承主体100的内孔101表面，减摩耐磨涂层300则设置在封堵层200的内侧壁上。

具体地，轴承主体100由多个叠片110组成。叠片110为薄片状，其沿轴承主体100周向的厚度不超过1mm，远小于现有的顶箔和波箔的轴向尺寸，且多个叠片110沿轴承主体100的轴向（同时也是整个箔片动压轴承的轴向）层叠设置。

叠片110可沿轴承主体100的径向（同时也是整个箔片动压轴承的径向）弹性变形，以取代现有的顶箔和波箔。

此外，叠片110具有通孔1101（参阅图5），各个叠片110的通孔1101共同构成轴承主体100的内孔101。

如有必要，可以在相邻叠片110之间涂抹胶水，形成粘结层，以确保轴承主体100牢固结合。

如有必要，还可对内孔101进行机加工以获得更精密的尺寸及形位公差。

具体地，当多个叠片110层叠组成轴承主体100后，封堵层200通过电镀等工艺成型在各个叠片110的通孔1101内壁。

封堵层200同时与多个叠片110的通孔1101内壁连接，并将通孔1101内壁覆盖，从而将相邻叠片110之间的缝隙封堵，形成连续的轴承表面。

请一并参阅图3和图4，图中箭头代表气流方向，图中虚线代表箔片动压轴承内的气压沿箔片动压轴承轴向的分布情况。沿箔片动压轴承轴向上，某一位置处的虚线越高，表示该位置处的气压越大。

由此可见，设置封堵层200能够防止气体从相邻叠片110之间泄露，便于建立稳定的流体动压气膜。

对轴承主体100的内孔101表面进行电镀处理时，镀层材料和镀层厚度可选。

请参阅图3，具体地，减摩耐磨涂层300喷涂在封堵层200的内侧壁上，以减少封堵层200在启停过程或者高速碰摩过程中所受到的破坏。此外，涂层材料和涂层厚度可选。

上述箔片动压轴承只包含叠片110这一个零件，一方面，叠片110通过蚀刻、线切割或者激光切割等工艺加工成型，成型过程中不存在加工应力，不会出现回弹的现象，因而无需热处理以保证尺寸的稳定性。与现有的箔片动压空气轴承需要对顶箔和波箔两个零件分别进行两道加工相比，上述箔片动压轴承的加工过程大大简化。另一方面，叠片110兼具顶箔和波箔的功能，相当于顶箔和波箔一体设置，不需要借助轴承套筒将顶箔和波箔固定在一起，简化了装配过程。

此外，上述箔片动压轴承只包含叠片110这一个零件，沿径向无尺寸累加，可以减少装配过程中的误差积累，保证设计的尺寸精度。

再者，上述箔片动压轴承只包含叠片110这一个零件，无需轴承套筒，可以直接安装在设备的轴承座当中，成本更低。相比之下，现有的箔片动压空气轴承为精密零件，对轴承套筒的尺寸和形位公差的要求极高，加工难度加大，加工成本高昂，在使用轴承套筒的情况下无法降低箔片动压空气轴承的零件成本。

最后，叠片110相比于现有的顶箔和波箔具有更高的强度，在转运流转及装配过程中即使受到挤压也不会发生不可逆的形变，在装配后可以保证满足设计尺寸要求。相比之下，现有的顶箔和波箔的厚度一般为0.1mm，波箔即使经过热处理也无法完全避免拱波回弹，存在失去设计尺寸的风险，且顶箔和波箔在转运流转以及装配过程中容易变形，装配尺寸往往误差较大。

请参阅图5，具体地，叠片110包括连接件111、多个弹性件112和至少一个运动吸收件113。

其中，连接件111沿轴承主体100的周向设置，以形成通孔1101。

弹性件112与连接件111的外沿一体成型，弹性件112可沿轴承主体100的径向弹性变形，且多个弹性件112沿轴承主体100的周向排列。

在一些实施例中，弹性件112呈条状设置，具有近端和远端。其中，弹性件112的近端与连接件111的外沿一体成型，且经过近端的连接件111的切线与弹性件112倾斜相交。

当叠片110径向受压时，沿轴承主体100径向的压力通过连接件111作用于弹性件112。由于弹性件112不与经过近端的连接件111的切线垂直，故弹性件112与压力不共线，受压后能够顺利地沿轴承主体100的径向弹性变形。

进一步地，弹性件112成对设置。其中一个弹性件112的远端与另一个弹性件112的远端相背，受到沿轴承主体100径向的压力时能够更加稳定地支撑连接件111。

可选地，弹性件112设有十对，十对弹性件112沿轴承主体100的周向均匀排列。

在另一些实施例中，弹性件112也可以呈拱形设置。

连接件111具有缺口，缺口的数量与运动吸收件113的数量相同，每个缺口对应有一个运动吸收件113。运动吸收件113设置在对应的缺口处，且运动吸收件113可以沿轴承主体100的周向弹性变形，进而允许连接件111沿轴承主体100的周向变形。

与此同时，通孔1101的周长发生变化，连接件111也沿轴承主体100的径向变形。在连接件111沿轴承主体100的周向和径向变形的过程中，缺口的宽度发生变化，该变化量由运动吸收件113进行补偿，使整个叠片110仍保持完整的环形结构。

在一些实施例中，运动吸收件113呈弧形设置，且运动吸收件113向连接件111的外围凸出。

可选地，运动吸收件113为优弧。

在另一些实施例中，运动吸收件113具有至少一个弯折部。例如：

当运动吸收件113具有一个弯折部时，运动吸收件113呈V型设置。当运动吸收件113具有两个弯折部时，运动吸收件113呈Z型设置。当运动吸收件113具有三个弯折部时，运动吸收件113呈M型设置。

在一些实施例中，运动吸收件113的数量为一个。连接件111上只有一个缺口，仍为一个整体。

在另一些实施例中，运动吸收件113的数量为多个。相应地，连接件111上有多个缺口，被分为多段，形成多瓦轴承结构。

需要注意的是，运动吸收件113布置在轴承的非承载区。非承载区的轴承表面与转轴400之间的距离较大，不会发生干涉刮蹭。

总之，上述箔片动压轴承将传统的顶箔和波箔整合成具有沿径向弹性变形能力的叠片110，由多个叠片110层叠组成轴承主体100，并进一步在轴承主体100的内孔101表面电镀形成封堵层200，构成完整的轴承结构。既简化了加工过程，又简化了装配过程，同时具有装配尺寸精度高、加工成本低以及便于转运流转和装配等优点。

本实施例还提供一种旋转机械轴系，包括转轴400和上述箔片动压轴承。其中，转轴400穿设于各个叠片110的通孔1101中。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种箔片动压轴承，其特征在于，包括叠片和封堵层；

所述叠片设有多个，多个所述叠片沿所述箔片动压轴承的轴向层叠设置；

所述叠片可沿所述箔片动压轴承的径向弹性变形，所述叠片具有通孔，所述封堵层连接及覆盖多个所述叠片的所述通孔内壁。

2.根据权利要求1所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述叠片包括连接件和弹性件；

所述连接件沿所述箔片动压轴承的周向设置，以形成所述通孔；

所述弹性件与所述连接件的外沿相连，所述弹性件可沿所述箔片动压轴承的径向弹性变形，所述弹性件设有多个，多个所述弹性件沿所述箔片动压轴承的周向排列。

3.根据权利要求2所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述弹性件呈条状设置，所述弹性件具有近端和远端，所述近端与所述连接件的外沿相连，经过所述近端的所述连接件的切线与所述弹性件倾斜相交。

4.根据权利要求3所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述弹性件成对设置，其中一个所述弹性件的所述远端与另一个所述弹性件的所述远端相背。

5.根据权利要求2所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述弹性件呈拱形设置。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述叠片还包括运动吸收件；

所述连接件具有缺口，所述运动吸收件设于所述缺口，所述运动吸收件可沿所述箔片动压轴承的周向弹性变形。

7.根据权利要求6所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述运动吸收件呈弧形设置。

8.根据权利要求6所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述运动吸收件具有至少一个弯折部。

9.根据权利要求1所述的箔片动压轴承，其特征在于，所述箔片动压轴承还包括减摩耐磨涂层，所述减摩耐磨涂层设于所述封堵层的内侧。

10.一种旋转机械轴系，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的箔片动压轴承。

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