CN115789085B - 一种箔片动压空气轴承及轴系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种箔片动压空气轴承及轴系，涉及传动结构领域。轴承包括第一箔片和第二箔片；第一箔片具有多个朝向第二箔片设置的凸出部，相邻两个凸出部之间形成挤压腔，挤压腔内设有阻尼脂填充层；第一箔片上设有第一挤压件，第二箔片上设有第二挤压件，第一挤压件和第二挤压件均位于挤压腔内，及嵌入阻尼脂填充层，交错排列。当轴承受到外部交变载荷作用时，第一挤压件和第二挤压件相对移动，对阻尼脂填充层进行往复挤压，消耗机械能，具有显著的阻尼性能。由于阻尼脂填充层、第一挤压件和第二挤压件设置在挤压腔内，故不会导致箔片动压空气轴承的体积过大，也不会引入零件公差，使箔片动压空气轴承的内孔尺寸易于控制，提升合格率。

Description

一种箔片动压空气轴承及轴系

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空气轴承及轴系。

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，广泛应用于新能源汽车行业的燃料电池系统的空压机、高速工业压缩机和泵类产品。

为了增加箔片动压空气轴承的阻尼效应，现有的方式是在轴承结构中增加高阻尼的粘弹性材料，如橡胶。粘弹性材料设置为圆筒状，并置于波箔与顶箔之间或者波箔与轴承套筒之间。通过挤压粘弹性材料，利用粘弹性材料的迟滞回弹特性产生阻尼，消耗机械能量，抑制转子-轴承系统振动。

然而，为了确保合理的压缩率，一般要求粘弹性材料构成的圆筒具有一定的厚度，使得箔片动压空气轴承在径向上的尺寸增加，导致箔片动压空气轴承的体积过大。

此外，粘弹性圆筒的厚度存在公差。该公差与波箔的尺寸公差沿箔片动压空气轴承的径向叠加，容易造成箔片动压空气轴承的内孔尺寸超差，合格率降低。

发明内容

为了解决现有技术中引入粘弹性圆筒导致的箔片动压空气轴承体积过大，且内孔尺寸超差的问题，本发明的目的之一是提供一种箔片动压空气轴承。

本发明提供如下技术方案：

一种箔片动压空气轴承，包括第一箔片和第二箔片，所述第一箔片和所述第二箔片均呈环形设置，且所述第一箔片套设于所述第二箔片；

所述第一箔片具有多个朝向所述第二箔片设置的凸出部，所述凸出部与所述第二箔片抵接，多个所述凸出部沿所述第一箔片的周向排列，相邻两个所述凸出部之间形成挤压腔，所述挤压腔内设有阻尼脂填充层；

所述第一箔片上设有若干第一挤压件，所述第二箔片上设有若干第二挤压件，所述第一挤压件和所述第二挤压件均位于所述挤压腔内，及嵌入所述阻尼脂填充层，所述第一挤压件与所述第二挤压件交错排列。

作为对所述箔片动压空气轴承的进一步可选的方案，所述第二箔片上设有连接件，所述连接件沿所述第二箔片的径向设置，所述连接件位于所述挤压腔内；

至少部分所述第二挤压件与所述连接件连接，且成对设置在所述连接件沿所述第二箔片周向的两侧。

作为对所述箔片动压空气轴承的进一步可选的方案，所述第二挤压件与所述连接件之间的夹角为锐角，所述第二挤压件远离所述连接件的一端指向所述第一箔片。

作为对所述箔片动压空气轴承的进一步可选的方案，所述第一箔片上设有第一断口，所述第二箔片上设有第二断口。

作为对所述箔片动压空气轴承的进一步可选的方案，所述第一箔片设有多个，多个所述第一箔片沿轴向层叠设置。

作为对所述箔片动压空气轴承的进一步可选的方案，所述第二箔片设有多个，多个所述第二箔片沿轴向层叠设置。

作为对所述箔片动压空气轴承的进一步可选的方案，所述箔片动压空气轴承还包括封堵层，所述封堵层覆盖多个所述第二箔片的内侧壁。

作为对所述箔片动压空气轴承的进一步可选的方案，所述箔片动压空气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壁。

本发明的另一目的是提供一种轴系。

本发明提供如下技术方案：

一种轴系，包括上述箔片动压空气轴承。

作为对所述轴系的进一步可选的方案，所述轴系还包括轴承座，所述第一箔片与所述轴承座的内侧壁贴合。

本发明的实施例具有如下有益效果：

在第一箔片上相邻两个凸出部之间形成的挤压腔内填充阻尼脂，形成阻尼脂填充层。与此同时，第一箔片上的第一挤压件和第二箔片上的第二挤压件均嵌入阻尼脂填充层内，且交错排列。当箔片动压轴承受到外部交变载荷作用时，第一箔片和第二箔片将发生变形并产生相对位移，进而带动挤压腔内的第一挤压件和第二挤压件相对移动，对阻尼脂填充层进行往复挤压，消耗机械能，具有显著的阻尼性能，能够抑制转子-轴承系统的振动。

由于阻尼脂填充层、第一挤压件和第二挤压件设置在挤压腔内，充分利用了箔片动压空气轴承原有的空间，故不会导致箔片动压空气轴承的体积过大，也不会引入零件公差，使箔片动压空气轴承的内孔尺寸易于控制，提升合格率。

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空气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空气轴承中第一箔片与第二箔片的配合关系示意图；

图3示出了图2中A处放大示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种箔片动压空气轴承中第一箔片和第二箔片的层叠状态示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种箔片动压空气轴承在设置封堵层后的动压润滑气膜压力分布示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种箔片动压空气轴承在设置封堵层前的动压润滑气膜压力分布示意图。

主要元件符号说明：

100-第一箔片；100a-凸出部；100b-连接部；100c-挤压腔；100d-第一断口；110-第一挤压件；200-第二箔片；200a-第二断口；210-第二挤压件；220-连接件；300-阻尼脂填充层；400-封堵层；500-减摩耐磨涂层；600-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和图2，本实施例提供一种箔片动压空气轴承，具体为一种强阻尼箔片动压空气轴承（以下简称为“轴承”），该轴承包括第一箔片100、第二箔片200和阻尼脂填充层300。

具体地，第一箔片100和第二箔片200均呈环形设置，且第一箔片100套设于第二箔片200。

请参阅图3，其中，第一箔片100由多个凸出部100a和连接部100b组成，多个凸出部100a和连接部100b沿第一箔片100的周向交替排列且依次连接。此外，凸出部100a朝向第二箔片200设置，凸出部100a的根部分别连接两侧的连接部100b，凸出部100a的顶部则与第二箔片200的外侧壁抵接。

在一些实施例中，凸出部100a呈拱形设置，且凸出部100a的拱脚分别连接两侧的连接部100b，凸出部100a的拱顶与第二箔片200相抵。此时，第一箔片100的形状与常规的波箔一致。

在另一些实施例中，凸出部100a也可以设置为其它形状，如梯形等。

沿第一箔片100的周向上，相邻两个凸出部100a、位于两个凸出部100a之间的连接部100b以及第二箔片200合围形成挤压腔100c。该挤压腔100c内填充阻尼脂，形成阻尼脂填充层300。

此外，第一箔片100上设有若干第一挤压件110，第二箔片200上设有若干第二挤压件210。第一挤压件110和第二挤压件210均位于挤压腔100c内，并能够嵌入阻尼脂填充层300，且第一挤压件110和第二挤压件210交错排列。

由于阻尼脂为粘稠的半固体，流动性较差，能够稳定地附着在第一箔片100、第二箔片200、第一挤压件110和第二挤压件210上，故挤压腔100c足以可靠地存储阻尼脂，不需要额外的密封装置。

当轴承受到外部交变载荷作用时，第一箔片100和第二箔片200将发生变形并产生相对位移，进而带动挤压腔100c内的第一挤压件110和第二挤压件210相对移动，对阻尼脂填充层300进行往复挤压，消耗机械能，具有显著的阻尼性能，能够抑制转子-轴承系统的振动。

由于阻尼脂填充层300、第一挤压件110和第二挤压件210设置在挤压腔100c内，充分利用了轴承原有的空间，故不会导致轴承的体积过大，也不会引入零件公差，减少装配过程的误差积累，保证设计的尺寸精度，使轴承的内孔尺寸易于控制，提升合格率。

此外，现有的粘弹性圆筒多为橡胶材质。在使用过程中，粘弹性圆筒与顶箔或波箔之间将发生相对运动，接触区域可能会出现超温、应力过大、润滑不良以及油液被污染等现象。超温将导致粘弹性圆筒老化和使用寿命降低，油液被污染将导致橡胶材料发生老化、龟裂、膨胀变形等。由于橡胶材料是热的不良导体，在摩擦中产生热和表面破坏，最后造成磨损和磨耗。当粘弹性圆筒磨损以后，轴承尺寸将偏离设计值。

相比之下，本实施例中的阻尼脂不存在老化以后磨损造成轴承径向尺寸变化超差的问题，不会引起轴承功能失效。

具体地，第二箔片200的外侧壁上设有连接件220。连接件220沿第二箔片200的径向设置，并位于挤压腔100c的中部。

部分第二挤压件210与连接件220连接，且成对设置在连接件220沿第二箔片200周向的两侧，能够更好地与第一箔片100上的第一挤压件110交错。

在一些实施例中，这部分第二挤压件210与连接件220之间的夹角为锐角，且第二挤压件210远离连接件220的一端指向第一箔片100。相应地，第一挤压件110平行于第二挤压件210设置。

当第一箔片100和第二箔片200发生变形并产生相对位移时，第一挤压件110和第二挤压件210主要沿自身长度方向相对移动，不会过早地接触而导致相互限位。

在另一些实施例中，第一挤压件110和第二挤压件210也可以设置为其它形状，如圆弧形或锁扣形等。

请再次参阅图2，进一步地，第一箔片100上设有第一断口100d，且第一断口100d位于其中一个凸出部100a的顶部。第二箔片200上设有第二断口200a，且第二断口200a与第一断口100d对齐。

此时，第一箔片100和第二箔片200能够沿周向运动，以适应热变形等情况。

请参阅图4，在一些实施例中，第一箔片100设有多个，且多个第一箔片100沿自身的轴向层叠设置。各个第一箔片100为薄片状，且第一箔片100沿轴向的厚度小于1mm。

由于第一箔片100的厚度远小于常规的波箔沿轴向的宽度，故第一箔片100可以直接通过蚀刻、线切割或者激光切割等工艺成型，成型过程中不存在加工应力，故不存在常规的波箔需要冲压或者卷制成型，且成型后容易回弹的情况，也无需热处理以保证尺寸的稳定性。

类似地，第二箔片200也设有多个，多个第二箔片200沿自身的轴向层叠设置。各个第二箔片200为薄片状，且第二箔片200沿轴向的厚度小于1mm。

此时，第二箔片200和第一箔片100可以同步蚀刻或者切割成型。将第一箔片100和第二箔片200视为一个零件，则整个轴承仅由一个零件构成，轴承的加工和装配过程极大地简化，能够保证装配后设计尺寸以及显著降低轴承成本。

在一些实施例中，第一箔片100与第二箔片200也可以一体切割成型，凸出部100a与第二箔片200固定连接。

请参阅图5，进一步地，当第二箔片200层叠设置时，上述轴承还包括封堵层400。封堵层400通过电镀等工艺成型在第二箔片200的内侧壁，将各个第二箔片200的内侧壁覆盖，从而将相邻两个第二箔片200之间的缝隙封堵，形成连续的轴承表面。

请一并参阅图5和图6，图中箭头代表气流方向，图中虚线代表轴承内的气压沿轴承轴向的分布情况。沿轴承轴向上，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400能够防止气体从相邻两个第二箔片200之间泄露，有利于在轴承与转轴600之间建立稳定的流体动压气膜。

进一步地，上述轴承还包括减摩耐磨涂层500。减摩耐磨涂层500喷涂在封堵层400的内侧壁上，以减少封堵层400在启停过程或者高速碰摩过程中所受到的破坏。

总之，上述轴承充分利用了原有的空间，在挤压腔100c内设置相互交错的第一挤压件110和第二挤压件210，并填充阻尼脂形成阻尼脂填充层300，进而构成挤压油膜阻尼装置。该挤压油膜阻尼装置的设置既不会导致轴承的体积过大，也不会引入零件公差，减少装配过程的误差积累，保证设计的尺寸精度，使轴承的内孔尺寸易于控制，提升合格率。

当轴承受到外部交变载荷作用时，第一箔片100和第二箔片200发生变形并产生相对位移，进而带动挤压腔100c内的第一挤压件110和第二挤压件210相对移动，对阻尼脂填充层300进行往复挤压，消耗机械能，具有显著的阻尼性能，能够抑制转子-轴承系统的振动。

本实施例还提供一种轴系，包括轴承座和上述轴承。其中，第一箔片100与轴承座的内侧壁贴合。

由于第一挤压件110和第二挤压件210之间相互嵌套，故第一箔片100和第二箔片200之间无需焊接或者销紧等固定方式即可限位可靠。此时，由第一箔片100和第二箔片200装配而成的轴承可以直接安装在轴承座中，而不需要昂贵的轴承套筒，有效地降低了成本。

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)

1.一种箔片动压空气轴承，其特征在于，包括第一箔片和第二箔片，所述第一箔片和所述第二箔片均呈环形设置，且所述第一箔片套设于所述第二箔片；

所述第一箔片具有多个朝向所述第二箔片设置的凸出部，所述凸出部与所述第二箔片抵接，多个所述凸出部沿所述第一箔片的周向排列，相邻两个所述凸出部之间形成挤压腔，所述挤压腔内设有阻尼脂填充层；

所述第一箔片上设有若干第一挤压件，所述第二箔片上设有若干第二挤压件，所述第一挤压件和所述第二挤压件均位于所述挤压腔内，及嵌入所述阻尼脂填充层，所述第一挤压件与所述第二挤压件交错排列。

2.根据权利要求1所述的箔片动压空气轴承，其特征在于，所述第二箔片上设有连接件，所述连接件沿所述第二箔片的径向设置，所述连接件位于所述挤压腔内；

至少部分所述第二挤压件与所述连接件连接，且成对设置在所述连接件沿所述第二箔片周向的两侧。

3.根据权利要求2所述的箔片动压空气轴承，其特征在于，所述第二挤压件与所述连接件之间的夹角为锐角，所述第二挤压件远离所述连接件的一端指向所述第一箔片。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的箔片动压空气轴承，其特征在于，所述第一箔片上设有第一断口，所述第二箔片上设有第二断口。

5.根据权利要求1所述的箔片动压空气轴承，其特征在于，所述第一箔片设有多个，多个所述第一箔片沿轴向层叠设置。

6.根据权利要求1所述的箔片动压空气轴承，其特征在于，所述第二箔片设有多个，多个所述第二箔片沿轴向层叠设置。

7.根据权利要求6所述的箔片动压空气轴承，其特征在于，所述箔片动压空气轴承还包括封堵层，所述封堵层覆盖多个所述第二箔片的内侧壁。

8.根据权利要求7所述的箔片动压空气轴承，其特征在于，所述箔片动压空气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壁。

9.一种轴系，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的箔片动压空气轴承。

10.根据权利要求9所述的轴系，其特征在于，所述轴系还包括轴承座，所述第一箔片与所述轴承座的内侧壁贴合。

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