CN116292629A - 一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，包括孔质推力轴瓦、箔片、球形铰链、球铰固定桩、推力轴承座、励磁线圈支架、径向轴承套、磁流变阻尼器组件、多孔质径向轴瓦以及轴端挡圈等。本发明的气体轴承结构具有较大的承载能力，能有效应对推力盘的静动态位置偏差和热变形；结构紧凑，能有效减小设备体积；气体轴承的刚度阻尼实时可控，具有快速响应、高精度控制、可靠性高和可远程控制等优点，能有效抑制柔性转子的横向振动。该气体轴承结构在兆瓦级能源动力装备中的应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及空气轴承技术领域，特别涉及一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承。
背景技术
目前，工业界对高速、气体润滑的能源动力设备的功率密度和功率量级提出了新的需求和挑战。这些要求包括三个方面。首先，为了满足更高的功率要求，设备功率量级需要从千瓦级别提高到兆瓦级别，要求支承部件具有更大的承载能力。其次，为了确保设备功率输出的同时减小设备体积，需要提高设备功率密度，要求支承部件结构更加紧凑。再者，为了提高设备的效率，要求降低转子的振动，对支承部件的刚度阻尼特性可控提出了更高的要求。
随着设备功率量级的提高，对支承部件承载推力的能力要求也随之增大。因为气体的可压缩性导致推力盘边缘的轴向位移较大，再加上设备装配过程中推力盘静态位置公差的存在，可能导致推力盘和支承供气瓦块发生干摩擦，从而引发碰摩、烧瓦和系统失效等严重后果。同时，较大的轴向载荷作用下，供气瓦块和推力盘之间的间隙可能会因为热变形而变小，这也可能导致偏磨、碰撞等严重后果。在兆瓦级的能源动力设备中，推力轴承需要设计柔性结构以应对推力盘的静动态位置偏差和热变形。
随着设备体积的减小，对支承部件的结构和刚度阻尼要求增大，以便在有限的空间内提供更大的刚度和阻尼，同时确保功率不降低。因此，现在的要求是支承部件结构更加紧凑，可能需要使用更复杂的结构来实现，在保证设备体积减小的同时，保持足够的支承刚度和阻尼。
随着设备效率的提高，对转子的振动抑制要求不断增加。然而，高功率量级的转子通常包含更多的做功零件，如叶轮、涡轮等，导致转子重量、长度和柔性增大，对径向轴承的承载能力提出更高要求。同时，由于柔性转子的固有模态，导致其在通过柔性临界转速时可能会出现共振，从而引发剧烈的振动。因此，迫切需要设计高承载能力且具有刚度阻尼实时可控的径向轴承结构，以应对上述挑战。
多孔质气体轴承由于供气面积大、气压分布均匀，同其他节流形式的气体静压轴承相比具有更高的承载能力、更大的刚度特性以及更好的阻尼特性。然而，传统的多孔质气体轴承无法有效应对转子的横向振动以及推力盘的静动态位置偏差和热变形，亟需针对性做出结构改进和设计。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种承载能力大、径向阻尼性能可调、轴向的动态位置公差自适应的刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，包括孔质推力轴瓦、箔片、球形铰链、球铰固定桩、推力轴承座、励磁线圈支架、径向轴承套、磁流变阻尼器组件、多孔质径向轴瓦以及轴端挡圈，所述推力轴承座一侧周向设置若干球铰固定桩，每个球铰固定桩与推力轴承座之间均嵌有一个球形铰链，球铰固定桩通过连接螺栓与推力轴承座相连以装配球形铰链；所述箔片通过箔片折边安装在推力轴承座箔片插槽与球铰固定箔片桩插槽装配后形成的环形插槽上；推力轴承座一侧中间呈环形分布有与球形铰链数量相同的多孔质推力轴瓦，每块多孔质推力轴瓦固定在对应的球形铰链上；所述径向轴承套上固定设置励磁线圈支架，励磁线圈支架上布置励磁线圈，励磁线圈支架一端与推力轴承座另一侧固定连接，另一端通过挡圈螺栓与轴端挡圈固定连接；所述径向轴承套内套设若干多孔质径向轴瓦，径向轴承套周向设有若干个磁流变阻尼器组件。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，所述多孔质推力轴瓦包括多孔质推力瓦块、球铰固定螺栓、推力轴瓦，推力轴瓦通过球铰固定螺栓固定在球形铰链上，孔质推力瓦块胶黏在推力轴瓦上。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，所述推力轴瓦表面加工有第一均压槽，推力轴瓦中间加工有第一螺纹孔，推力轴瓦底部加工有与球形铰链顶部铰链卡榫适配的固定槽，球铰固定螺栓通过第一螺纹孔将推力轴瓦固定在球形铰链的铰链螺纹孔上；多孔质推力瓦块的四个侧边端面均密封，其中一个侧边上开有第一供气孔；多孔质推力瓦块整体为台阶结构，其底层外沿与推力轴瓦完全贴合。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，所述箔片其刚度设计为沿箔片中心向四周递减，进而获得对应轴瓦偏摆的支撑刚度。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，所述径向轴承套为一体式结构，通过线切割和铣削加工出若干呈环形分布的连接槽瓦、阻尼器固定插槽、中心铰链以及用于插装励磁线圈支架的支架固定插槽，其中连接槽瓦位于径向轴承套内壁上，中心铰链位于径向轴承套径向正中间与连接槽瓦相连；中心铰链和连接槽瓦是通过先线切割加工出铰链形状和连接槽瓦外圈，再通过铣削完成中心铰链和连接槽瓦的加工；阻尼器固定插槽通过铣削加工在中心铰链靠近径向轴承套外缘的两侧；支架固定插槽通过线切割加工在径向轴承套的外圈上。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，所述连接球铰固定桩和推力轴承座的连接螺栓有长短之分，长连接螺栓除将球铰固定桩、推力轴承座相连外，还与励磁线圈支架对应的支架螺纹孔相连完成整体装配形成一体式结构，短螺栓则仅是将球铰固定桩固定在推力轴承座上。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，所述磁流变阻尼器组件包括柱塞杆、螺母、磁流变阻尼器和连接片，所述磁流变阻尼器与柱塞杆通过磁流变阻尼器螺纹孔螺纹连接，柱塞杆与连接片通过螺母固定，柱塞杆以及螺母将磁流变阻尼器和连接片相连形成整体；磁流变阻尼器组件插入径向轴承套的阻尼器固定插槽以及连接槽瓦外缘一同安装在中心铰链两侧；磁流变阻尼器组件由长螺栓连接推力轴承座、挡圈螺栓连接轴端挡圈实现轴向固定；其中，磁流变阻尼器先通过铣削加工出隔膜外缘，再通过线切割完成阻尼器运动铰链铰链形状的加工，最后通过钻铣加工出隔膜-铰链通槽完成运动铰链与隔膜内缘的分离，实现阻尼器运动铰链的整体加工；通过油膜阻尼器端盖和端盖螺栓实现磁流变阻尼器的密封；通过供油孔实现磁流变液的加注；励磁线圈支架上布置的励磁线圈通电后产生通过相应磁流变阻尼器的磁场，即径向的磁场，改变通过各励磁线圈的电流来改变各油膜腔中磁流变液的屈服应力，进而调整磁流变阻尼器输出油膜力的大小和方向。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，多孔质径向轴瓦包括多孔质径向瓦块和径向轴瓦，其中径向轴瓦上加工有第二均压槽和第二供气孔；多孔质径向瓦块的四个侧边端面均密封，多孔质径向瓦块整体为台阶结构，多孔质径向瓦块底层外沿与径向轴瓦完全贴合；多孔质径向轴瓦通过胶黏安装在连接槽瓦内缘；磁流变阻尼器组件分布在中心铰链两侧，通过连接槽瓦实现与多孔质径向轴瓦的并联。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，还包括涡流传感器、区分器和放大器，涡流传感器信号输出端与控制中心相连，控制中心依次通过区分器、放大器后连接励磁线圈支架上的励磁线圈；涡流传感器实时监测转子的运行状态，控制中心通过采集的涡流传感器数据，将控制信号传输到区分器中，再通过放大器将相应大小的电流传输到励磁线圈支架上对应的励磁线圈上，通过改变控制信号的大小来控制阻尼力，从而满足不同的工作需求。
上述一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，还包括空气压缩器、储气罐和空气过滤器，空气压缩器与储气罐相连，储气罐依次通过空气过滤器、气体电磁阀、气体流量计后连接各个多孔质径向轴瓦，对各个多孔质径向轴瓦上的多孔质推力轴瓦进行主动调节供气，进而改变对应位置的气膜厚度实现刚度的调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明采用径向推力一体式结构，结构紧凑，能有效减小机器整体尺寸。
2）本发明轴承推力部分采用多孔质推力轴瓦-箔片-球形铰链结构。其中多孔质推力轴瓦固定在球形铰链上使得轴瓦可以自适应气膜力作用改变偏转状态，进而适应推力盘的运转状态；箔片刚度被设计为沿箔片中心向四周递减进而获得对应多孔质瓦块偏摆的支撑刚度，提高承载能力的同时能进一步增大阻尼。本发明多孔质推力轴瓦-箔片-球形铰链结构能提供较高的承载能力和静态刚度及良好的稳定性，能有效应对推力盘的动态不对中、外翘曲，瓦块和推力盘的热变形等问题。
3）本发明轴承径向部分采用多孔质径向轴瓦-磁流变阻尼器结构。中心铰链使得轴瓦可以自适应气膜力作用改变偏转状态，进而适应转子的运转状态，降低高速转子-轴承碰摩的风险，同时适应楔形效应的作用，提高应对涡动失稳现象的能力，提高轴承的动态稳定性；磁流阻尼器分布在中心铰链两侧，与多孔质径向轴瓦并联大大提高了轴承阻尼，能有效抑制转子的横向振动；励磁线圈支架上布置的励磁线圈通电后可产生通过相应磁流变阻尼器的磁场(即径向的磁场)，改变通过各励磁线圈的电流可改变各油膜腔中磁流变液的屈服应力，进而调整磁流变阻尼器输出油膜力的大小和方向，可在转子柔性临界转速下主动改变轴承阻尼，提高转子在过柔性临界转速时的稳定性。
4）本发明线圈设置在磁流变阻尼器域外的励磁线圈支架上，实现了线圈与磁流变液的完全隔离，避免了两者之间的相互作用，能有效提高阻尼器的性能。
附图说明
图1为本发明的爆炸图。
图2为本发明的整体结构示意图。
图3为图2的后视图。
图4为本发明推力部分装配图。
图5为本发明球形铰链-推力盘结构装配图。
图6为本发明一体式轴承与转子的总装配图。
图7为本发明多孔质推力轴瓦的结构示意图。
图8为本发明箔片结构示意图，箭头表示刚度递减。
图9为本发明励磁线圈支架的结构示意图。
图10为本发明径向轴承套的结构示意图。
图11为本发明磁流变阻尼器组件整体结构示意图。
图12为本发明磁流变阻尼器组件结构剖视图。
图13为本发明多孔质径向轴瓦的结构示意图。
图14为本发明磁流变阻尼器的磁场示意图，箭头表示电流方向，①②③④表示均布的各片多孔质径向轴瓦。
图15为本发明主动控制阻尼示意图。
图16为本发明主动控制刚度原理示意图。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图13所示，一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，包括多孔质推力轴瓦1、箔片2、球形铰链3、连接螺栓4、球铰固定桩5、推力轴承座6、励磁线圈支架7、径向轴承套8、磁流变阻尼器组件9、多孔质径向轴瓦10、轴端挡圈11和挡圈螺栓12。多孔质推力轴瓦1、箔片2、球形铰链3、连接螺栓4、球铰固定桩5、推力轴承座6构成气体轴承的推力部分A，径向轴承套8、磁流变阻尼器组件9、多孔质径向轴瓦10、轴端挡圈11和挡圈螺栓12构成气体轴承的径向部分B。
如图5所示，推力部分A-X2可单独布置在推力盘T一侧，一体式轴承可布置在推力盘T的另一侧，其中径向部分B主要是支承转子Z，提供支承刚性、承受径向载荷、减振吸振、抑制转子Z的横向振动，并在柔性临界转速下主动改变轴承阻尼，提高转子Z在过柔性临界转速时的稳定性。整体起保证转子Z稳定性和运转精度的作用；推力部分A-X1、A-X2主要是承受转子Z轴向载荷和“限位”作用。这种布置方式可更好的应对推力盘T的动态不对中、外翘曲等问题。
所述推力轴承座6一侧周向设置若干球铰固定桩5，每个球铰固定桩5与推力轴承座6之间均嵌有一个球形铰链3，球铰固定桩5通过连接螺栓4与推力轴承座6相连以装配球形铰链3；所述箔片2通过箔片折边2.1安装在推力轴承座箔片插槽6.4与球铰固定箔片桩插槽5.2装配后形成的环形插槽上；推力轴承座6一侧中间呈环形分布有与球形铰链3数量相同的多孔质推力轴瓦1，每块多孔质推力轴瓦1固定在对应的球形铰链3上；所述径向轴承套8上固定设置励磁线圈支架7，励磁线圈支架7上布置励磁线圈7.1，励磁线圈支架7一端与推力轴承座6另一侧固定连接，另一端通过挡圈螺栓12与轴端挡圈11固定连接；所述径向轴承套8内套设若干多孔质径向轴瓦10，径向轴承套8周向设有若干个磁流变阻尼器组件9。
所述多孔质推力轴瓦1包括多孔质推力瓦块1.1、球铰固定螺栓1.2、推力轴瓦1.3，推力轴瓦1.3通过球铰固定螺栓1.2固定在球形铰链3上，孔质推力瓦块胶黏在推力轴瓦1.3上。
所述推力轴瓦1.3表面加工有第一均压槽1.31，推力轴瓦1.3中间加工有第一螺纹孔1.32，推力轴瓦1.3底部加工有与球形铰链3顶部铰链卡榫3.2适配的固定槽1.34，球铰固定螺栓1.2通过第一螺纹孔1.32将推力轴瓦1.3固定在球形铰链3的铰链螺纹孔3.3上，使得轴瓦可以自适应气膜力作用改变偏转状态，进而适应推力盘的运转状态，能有效应对推力盘的动态不对中、外翘曲，瓦块和推力盘的热变形等问题；为了防止气体从多孔质推力瓦块1.1的侧边流出，多孔质推力瓦块1.1的四个侧边端面均密封，其中一个侧边上开有第一供气孔1.33；多孔质推力瓦块1.1整体为台阶结构，其底层外沿与推力轴瓦1.3完全贴合。压缩气体先后通过第一供气孔1.33、第一均压槽1.31、多孔质推力瓦块1.1形成一致性良好的润滑气膜；提高了供气面积和气压分布均匀性，进而增强轴承的承载能力。
所述箔片2通过箔片折边2.1安装在推力轴承座箔片插槽6.4与球铰固定桩箔片插槽5.2装配后形成的环形插槽上；箔片2其刚度设计为沿箔片2中心向四周递减，进而获得对应轴瓦偏摆的支撑刚度，提高承载能力的同时能进一步增大阻尼。
所述连接球铰固定桩5和推力轴承座6的连接螺栓4有长短之分，长连接螺栓4.1除将球铰固定桩5、推力轴承座6相连外，还与励磁线圈支架7对应的支架螺纹孔7.4相连完成整体装配形成一体式结构。短螺栓4.2则仅是将球铰固定桩5固定在推力轴承座6上。
所述励磁线圈支架7加工有线圈保持架7.2、支架卡榫7.3、支架螺纹孔7.4；励磁线圈7.1缠绕在线圈保持架7.2上。
所述径向轴承套8为一体式结构。通过线切割和铣削加工出若干呈环形分布的连接槽瓦8.1、阻尼器固定插槽8.3、中心铰链8.2以及用于插装励磁线圈支架7的支架固定插槽8.4。其中连接槽瓦8.1位于径向轴承套8内壁上，中心铰链8.2位于径向轴承套径向正中间且与连接槽瓦8.1相连；中心铰链8.2和连接槽瓦8.1是通过先线切割加工出铰链形状和连接槽瓦外圈，再通过铣削完成中心铰链和连接槽瓦的加工；阻尼器固定插槽8.3通过铣削加工在中心铰链8.2靠近径向轴承套8外缘的两侧；支架固定插槽8.4通过线切割加工在径向轴承套8的外圈上。径向轴承套8也可通过3D打印完成制造。
所述磁流变阻尼器组件9包括柱塞杆9.3、螺母9.1、磁流变阻尼器9.4和连接片9.2，所述磁流变阻尼器9.4与柱塞杆9.3通过磁流变阻尼器螺纹孔8.41螺纹连接，柱塞杆9.3与连接片9.2通过螺母9.1固定，柱塞杆9.3以及螺母9.1将磁流变阻尼器9.4和连接片9.2相连形成整体；磁流变阻尼器组件9插入径向轴承套8的阻尼器固定插槽8.3以及连接槽瓦8.1外缘一同安装在中心铰链8.2两侧；磁流变阻尼器组件9由长螺栓4.1连接推力轴承座6、挡圈螺栓12连接轴端挡圈11实现轴向固定；其中，磁流变阻尼器9.4可以先通过铣削加工出隔膜9.42外缘，再通过线切割完成阻尼器运动铰链9.44铰链形状的加工，最后通过钻铣加工出隔膜-铰链通槽9.441完成运动铰链与隔膜9.42内缘的分离，实现阻尼器运动铰链9.44的整体加工。通过磁流变阻尼器端盖9.45和端盖螺栓9.46实现油膜阻尼器的密封；通过供油孔9.43实现磁流变液的加注。磁流变阻尼器9.4也可通过3D打印完成制造。隔膜9.42即是运动单元也用于实现磁流变液的密封；该种阻尼器结构密封性能更好。当多孔质径向轴瓦10发生运动时通过连接槽瓦8.1将运动传递给连接片9.2，再由连接片9.2传递到柱塞杆9.3上的柱塞隔板9.31上，再由柱塞板隔板9.31将力传递到阻尼器运动铰链9.44以及磁流变液上。
多孔质径向轴瓦10包括多孔质径向瓦块10.1和径向轴瓦10.2，其中径向轴瓦10.2上加工有第二均压槽10.3和第二供气孔10.4；为了防止气体从多孔质径向瓦块10.1的侧边流出，多孔质径向瓦块10.1的四个侧边端面均密封，多孔质径向瓦块10.1整体为台阶结构，多孔质径向瓦块10.1底层外沿与径向轴瓦10.2完全贴合，压缩气体先后通过第二供气孔10.4、第二均压槽10.3、多孔质径向瓦块10.1形成一致性良好的润滑气膜；提高了供气面积和气压分布均匀性，进而增强轴承的承载能力；多孔质径向轴瓦10通过胶黏安装在连接槽瓦8.1内缘。中心铰链8.2使得多孔质径向轴瓦10可以自适应气膜力作用改变偏转状态，进而适应转子的运转状态，降低高速转子-轴承碰摩的风险，同时适应楔形效应的作用，提高应对涡动失稳现象的能力，进而提高轴承的动态稳定性。磁流变阻尼器组件9分布在中心铰链8.2两侧，通过连接槽瓦8.1实现与多孔质径向轴瓦10的并联，大大提高了轴承阻尼，能有效抑制转子的横向振动。
本发明的装配过程为：将球形铰链3的球形关节3.1放置在推力轴承座6对应的推力盘半球形插槽6.3上；所述球铰固定桩5安放在推力轴承座6上的固定桩插槽6.1里，并通过固定桩半球形插槽5.3将球形铰链3的球形关节3.1装配在推力轴承座6上；通过连接螺栓4连接固定桩螺纹孔5.1以及推力盘螺纹孔6.2将球铰固定桩5固定在推力轴承座6上；所述箔片2通过箔片折边2.1安装在推力轴承座箔片插槽6.4与球铰固定桩箔片插槽5.2装配后形成的环形插槽上；推力轴瓦1.3通过底部与球形铰链3顶部铰链卡榫3.2适配的固定槽1.34相连；并由球铰固定螺栓1.2通过第一螺纹孔1.32将推力轴瓦1.3固定在球形铰链3的铰链螺纹孔3.3上；最后将孔质推力瓦块1.1胶黏到推力轴瓦1.3上完成推力部分A的装配。磁流变阻尼器组件9是由柱塞杆9.3以及螺母9.1将磁流变阻尼器9.4和连接片9.2相连形成的整体，并通过径向轴承套8加工的阻尼器固定插槽8.3以及连接槽瓦8.1外缘一同安装在中心铰链8.2两侧；多孔质径向轴瓦10通过胶黏安装在连接槽瓦8.1内缘；励磁线圈支架7通过支架卡榫7.3插装在支架固定插槽8.4上，实现与径向轴承套8的装配；最后，通过挡圈螺栓12将轴端挡圈11与励磁线圈支架7对应的支架螺纹孔7.4相连共同组成轴承的径向部分B。进一步的，连接球铰固定桩5和推力轴承座6的连接螺栓4有长短之分，长连接螺栓4.1除将球铰固定桩5、推力轴承座6相连外，还与励磁线圈支架7对应的支架螺纹孔7.4相连完成整体装配形成一体式结构。短螺栓4.2则仅是将球铰固定桩5固定在推力轴承座6上。
如图14所示，励磁线圈支架7上布置的励磁线圈7.1通电后可产生通过相应磁流变阻尼器9.4的磁场(即径向的磁场)，改变通过各励磁线圈的电流可改变各油膜腔中磁流变液的屈服应力，进而调整磁流变阻尼器输出油膜力的大小和方向。可在转子柔性临界转速下主动改变轴承阻尼，提高转子在过柔性临界转速时的稳定性。此外，励磁线圈7.1线圈设置在磁流变阻尼器9.4域外的励磁线圈支架7上，实现了线圈与磁流变液的完全隔离，避免了两者之间的相互作用，能有效提高阻尼器的性能。
如图15所示，自适应高阻尼径向推力一体式多孔质气体轴承还包括涡流传感器、区分器和放大器，涡流传感器信号输出端与控制中心相连，控制中心依次通过区分器、放大器后连接励磁线圈支架7上的励磁线圈7.1；涡流传感器实时监测转子的运行状态，控制中心通过采集的涡流传感器数据，将控制信号传输到区分器中，再通过放大器将相应大小的电流传输到励磁线圈支架7上对应的励磁线圈7.1上，通过改变控制信号的大小来精确控制阻尼力，从而满足不同的工作需求。由于磁流变液体能够在毫秒级别内响应外部控制信号的特性，故本发明可以快速地调整阻尼力，实现阻尼的精确可控。
如图16所示，自适应高阻尼径向推力一体式多孔质气体轴承还包括空气压缩器、储气罐和空气过滤器，空气压缩器与储气罐相连，储气罐依次通过空气过滤器、气体电磁阀、气体流量计后连接各个多孔质径向轴瓦10，对各个多孔质径向轴瓦10（①②③④）以及推力盘T两侧推力部分（A-X1、A-X2）上的多孔质推力轴瓦1.31进行主动调节供气，进而改变对应位置的气膜厚度实现刚度的精确调整。
Claims (10)
1.一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，包括孔质推力轴瓦、箔片、球形铰链、球铰固定桩、推力轴承座、励磁线圈支架、径向轴承套、磁流变阻尼器组件、多孔质径向轴瓦以及轴端挡圈，其特征在于：所述推力轴承座一侧周向设置若干球铰固定桩，每个球铰固定桩与推力轴承座之间均嵌有一个球形铰链，球铰固定桩通过连接螺栓与推力轴承座相连以装配球形铰链；所述箔片通过箔片折边安装在推力轴承座箔片插槽与球铰固定箔片桩插槽装配后形成的环形插槽上；推力轴承座一侧中间呈环形分布有与球形铰链数量相同的多孔质推力轴瓦，每块多孔质推力轴瓦固定在对应的球形铰链上；所述径向轴承套上固定设置励磁线圈支架，励磁线圈支架上布置励磁线圈，励磁线圈支架一端与推力轴承座另一侧固定连接，另一端通过挡圈螺栓与轴端挡圈固定连接；所述径向轴承套内套设若干多孔质径向轴瓦，径向轴承套周向设有若干个磁流变阻尼器组件。
2.根据权利要求1所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：所述多孔质推力轴瓦包括多孔质推力瓦块、球铰固定螺栓、推力轴瓦，推力轴瓦通过球铰固定螺栓固定在球形铰链上，孔质推力瓦块胶黏在推力轴瓦上。
3.根据权利要求1所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：所述推力轴瓦表面加工有第一均压槽，推力轴瓦中间加工有第一螺纹孔，推力轴瓦底部加工有与球形铰链顶部铰链卡榫适配的固定槽，球铰固定螺栓通过第一螺纹孔将推力轴瓦固定在球形铰链的铰链螺纹孔上；多孔质推力瓦块的四个侧边端面均密封，其中一个侧边上开有第一供气孔；多孔质推力瓦块整体为台阶结构，其底层外沿与推力轴瓦完全贴合。
4.根据权利要求1所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：所述箔片其刚度设计为沿箔片中心向四周递减，进而获得对应轴瓦偏摆的支撑刚度。
5.根据权利要求1所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：所述径向轴承套为一体式结构，通过线切割和铣削加工出若干呈环形分布的连接槽瓦、阻尼器固定插槽、中心铰链以及用于插装励磁线圈支架的支架固定插槽，其中连接槽瓦位于径向轴承套内壁上，中心铰链位于径向轴承套径向正中间与连接槽瓦相连；中心铰链和连接槽瓦是通过先线切割加工出铰链形状和连接槽瓦外圈，再通过铣削完成中心铰链和连接槽瓦的加工；阻尼器固定插槽通过铣削加工在中心铰链靠近径向轴承套外缘的两侧；支架固定插槽通过线切割加工在径向轴承套的外圈上。
6.根据权利要求1所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：所述连接球铰固定桩和推力轴承座的连接螺栓有长短之分，长连接螺栓除将球铰固定桩、推力轴承座相连外，还与励磁线圈支架对应的支架螺纹孔相连完成整体装配形成一体式结构，短螺栓则仅是将球铰固定桩固定在推力轴承座上。
7.根据权利要求1所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：所述磁流变阻尼器组件包括柱塞杆、螺母、磁流变阻尼器和连接片，所述磁流变阻尼器与柱塞杆通过磁流变阻尼器螺纹孔螺纹连接，柱塞杆与连接片通过螺母固定，柱塞杆以及螺母将磁流变阻尼器和连接片相连形成整体；磁流变阻尼器组件插入径向轴承套的阻尼器固定插槽以及连接槽瓦外缘一同安装在中心铰链两侧；磁流变阻尼器组件由长螺栓连接推力轴承座、挡圈螺栓连接轴端挡圈实现轴向固定；其中，磁流变阻尼器先通过铣削加工出隔膜外缘，再通过线切割完成阻尼器运动铰链铰链形状的加工，最后通过钻铣加工出隔膜-铰链通槽完成运动铰链与隔膜内缘的分离，实现阻尼器运动铰链的整体加工；通过油膜阻尼器端盖和端盖螺栓实现磁流变阻尼器的密封；通过供油孔实现磁流变液的加注；励磁线圈支架上布置的励磁线圈通电后产生通过相应磁流变阻尼器的磁场，即径向的磁场，改变通过各励磁线圈的电流来改变各油膜腔中磁流变液的屈服应力，进而调整磁流变阻尼器输出油膜力的大小和方向。
8.根据权利要求7所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：多孔质径向轴瓦包括多孔质径向瓦块和径向轴瓦，其中径向轴瓦上加工有第二均压槽和第二供气孔；多孔质径向瓦块的四个侧边端面均密封，多孔质径向瓦块整体为台阶结构，多孔质径向瓦块底层外沿与径向轴瓦完全贴合；多孔质径向轴瓦通过胶黏安装在连接槽瓦内缘；磁流变阻尼器组件分布在中心铰链两侧，通过连接槽瓦实现与多孔质径向轴瓦的并联。
9.根据权利要求7所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：还包括涡流传感器、区分器和放大器，涡流传感器信号输出端与控制中心相连，控制中心依次通过区分器、放大器后连接励磁线圈支架上的励磁线圈；涡流传感器实时监测转子的运行状态，控制中心通过采集的涡流传感器数据，将控制信号传输到区分器中，再通过放大器将相应大小的电流传输到励磁线圈支架上对应的励磁线圈上，通过改变控制信号的大小来控制阻尼力，从而满足不同的工作需求。
10.根据权利要求7所述的一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承，其特征在于：还包括空气压缩器、储气罐和空气过滤器，空气压缩器与储气罐相连，储气罐依次通过空气过滤器、气体电磁阀、气体流量计后连接各个多孔质径向轴瓦，对各个多孔质径向轴瓦上的多孔质推力轴瓦进行主动调节供气，进而改变对应位置的气膜厚度实现刚度的调整。
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| CN202310309379.3A CN116292629A (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 一种刚度阻尼精确可控的径向推力一体式多孔质气体轴承 |
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