CN116498646A - 一种具有翅片型支承箔片的气体动压轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有翅片型支承箔片的气体动压轴承，包括圆柱状的轴承套、若干片翅片型支承箔片及中空圆柱状的顶箔；轴承套上开设有若干窄槽，支承箔片的嵌入端及顶箔的固定嵌入在这些窄槽中，支承箔片的延伸端则与顶箔形成环状后的外壁相接触。该轴承采用平直片状构造或“L”型折弯的支承箔片直接插入轴承套的窄槽中，可以起到对顶箔的弹性支承效果；同时，支不同支承箔片灵活搭配，可实现非线性刚度，不同支承箔片之间与顶箔之间的多处接触区域提供良好的阻尼。

Description

一种具有翅片型支承箔片的气体动压轴承

技术领域

本发明涉及动压气体轴承制备领域，尤其涉及一种具有翅片型支承箔片的气体动压轴承。

背景技术

动压气体轴承作为一种新颖的轴承常被用于超高速中小型动力机械，例如高速鼓风机，压气机和透平机等；而其中以箔片轴承最具代表性和广泛性，箔片轴承具有结构简单，体积小，良好适应各类工况等优点。箔片组与转轴之间具有一定的间隙以形成气体动压效应，箔片结构提供弹性支承，而箔片组受到载荷后变形过程中的相互摩擦提供了阻尼，这种弹性支承和阻尼提高了动压轴承的动态稳定性。

发展最早的箔片轴承是悬臂型轴承，它的结构和制造装配工艺简单，由多片形状相同的弧形箔片组成主要结构，弧形箔片的其中一端镶嵌或铰接于轴承套内壁，另一端自由悬伸并与相邻的弧形箔片相互搭接，这些相互搭接的箔片形成的包络形状与转轴配合形成多段楔形间隙。但实践和理论都表明悬臂型箔片轴承的刚度和承载能力较小，在对载荷有一定要求得场合无法胜任。

另一种发展较早的箔片轴承是波箔轴承，且目前应用较为广泛。波箔轴承将用于形成气膜的工作面与支承结构设计为分体式，即箔片组由顶箔与波箔构成。顶箔主体为光滑的圆弧面，波箔由多个拱起的波纹形状及连接这些波的平段组成。波纹形状大大增加了箔片的支承刚度，因此承载力也得到提升，且波纹与顶箔或与轴承套之间的接触点较多，也提高了阻尼性能。一般波箔轴承的拨片组由一片顶箔与一片波箔组成，安装简便，但该轴承对于波箔的制造精度要求较高，一般采用精密模具冲压箔片成型，而不同参数的箔片需要设计不同的模具，增加了制造难度与成本。

本申请提出的翅片支承型箔片轴承，提供了一种制造过程简单的支承结构，且能够提供足够的刚度与承载能力，与顶箔之间有较多接触点，能够提供良好的阻尼，且便于设计和制造不同参数的轴承。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种工艺制作简单、成本低、承载能力强，且具有翅片型支承箔片的气体动压轴承。

本发明的技术方案如下：

一种具有翅片型支承箔片的气体动压轴承，包括圆柱状的轴承套、若干片翅片型支承箔及中空圆柱状的顶箔；其中：

所述轴承套的内壁开设有若干条窄槽；

每片所述支承箔片包括嵌入端和延伸端，所述嵌入端对应嵌入一所述窄槽中，所述支承箔片的延伸端向所述轴承套的中通孔延伸并与置于所述轴承套的中通孔的顶箔外壁相接触；

所述顶箔为一开口环柱，且所述顶箔包括一固定端和一自由端，所述固定端向外反向弯曲翘起后嵌入所述轴承套的一条窄槽中，所述自由端紧靠所述固定端。

一实施例，所述气体动压轴承中，相邻所述窄槽在所述轴承套内壁沿顺时针方向呈等圆弧角间隔均匀分布，且每条所述窄槽与所述轴承套的径向轴形成一锐角夹角。

一实施例，所述气体动压轴承中，所述支承箔片分别以所述顶箔的固定端与自由端为起点和止点，按照排列间距先减小后增大顺序，将每片所述支承箔片的延伸端固定设置在所述顶箔外壁，且所述顶箔外壁中部区域设置的支承箔片比所述顶箔外壁其他区域设置的支承箔片相对密集。

一实施例，所述气体动压轴承中，所述支承箔片为平直片状构造，所述窄槽为直槽；所述支承箔片的两个轴向端部分别设有一个凸耳，所述支承箔片装入所述窄槽后，在所述轴承套的轴向端面安装一个起限位作用的限位环，所述凸耳外露于轴承套的轴向端面，所述限位环则适配卡入所述凸耳与顶箔之间。

一实施例，所述气体动压轴承中，所述支承箔片为平直片状构造，且在所述延伸端的直边上沿纵向方向开具多个缺口。

一实施例，所述气体动压轴承中，每个所述支承箔片包括一片主翅片及多个辅助翅片；所述辅助翅片的嵌入端与所述主翅片的嵌入端平齐贴合，所述辅助翅片的延伸端紧邻所述主翅片的延伸端贴合设置，所述辅助翅片的凸耳与所述主翅片的凸耳平齐贴合。

一实施例，所述气体动压轴承中，所述辅助翅片的延伸端所在端面为直线型、折线型或弧线型。

一实施例，所述气体动压轴承中，所述辅助翅片的数量与所述主翅片的数量大于两片时，中间层的所述辅助翅片低于两边的辅助翅片。

一实施例，所述气体动压轴承中，所述辅助翅片的数量为两片以上，所述辅助翅片设置在所述主翅片的一侧、或，所述辅助翅片分别设置在所述主翅片的两侧。

一实施例，所述气体动压轴承中，所述支承箔片为“L”型，所述窄槽为“L”型窄槽；所述支承箔片安装在所述轴承套上后，直接通过“L”型窄槽将所述支承箔片与所述轴承套固定起来。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用平直片状构造或“L”型折弯的支承箔片直接插入轴承套的窄槽中，可以起到对顶箔的弹性支承效果，同时具备周向位移的趋势；

2、该轴承结构、制造工艺简单，具备较高的刚度和承载能力，同时具有良好的阻尼性能；如，不同支承箔片之间与顶箔之间的多处接触区域提供良好的阻尼，同时，该轴承易于变化各种参数，以获得不同的轴承性能；

3、该轴承易于变化各种参数，以获得不同的轴承性能，如，可通过调整周向支承间距、辅助翅片的高度沿周向变化等来调整周向刚度分布，通过主翅片轴向分割或辅助翅片的悬伸端形状变化来调整轴向刚度分布。

附图说明

图1为一实施例中支承箔片平直片状构造构造的气体动压轴承结构示意图；

图2为图1中气体动压轴承的分解图；

图3为图1中气体动压轴承的轴承套结构示意图；

图4为图1中气体动压轴承的顶箔外形构造图；

图5a、5b分别为图1中两种不同构造的支承箔片结构示意图；

图6为安装有限位环的气体动压轴承结构示意图；

图7为图6中气体动压轴承的分解图；

图8为图6对应气体动压轴承的转子结构示意图；

图9a为图6对应气体动压轴承静态时支承箔片高度局部结构示意图；

图9b为图6对应气体动压轴承动态时支承箔片高度局部结构示意图；

图10为又一实施例中支承箔片包含主翅片及辅助翅片构造的气体动压轴承结构示意图；

图11为图10中气体动压轴承的分解图；

图12a、12b分别为图8中两种不同构造的支承箔片结构示意图；

图13a为支承箔片包含主翅片及辅助翅片构造且气体动压轴承静态时的局部示意图；

图13b为支承箔片包含主翅片及辅助翅片构造且气体动压轴承动态时的局部示意图；

图14为再一实施例中支承箔片为“L”型构造的气体动压轴承结构示意图；

图15为图14中气体动压轴承的分解图；

图16为“L”型构造的支承箔片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

实施例1

如图1至4、5a和5b所示，本实施例中的具有翅片型支承箔片的气体动压轴承10，包括轴承套300、若干翅片型支承箔片210组成的支承箔片组200和中空圆柱状的顶箔100。轴承套300为圆柱状构造，轴承套300的高度与顶箔100的高度相一致。在轴承套300的内壁开具有若干条窄槽320，这些窄槽320沿轴承套300内壁呈圆周方向上按照顺时针方向、相对径向轴OX呈锐角β的规律排布，且相邻两条窄槽320的圆弧角相等，每条窄槽320在轴承套300的深度相等，也即是说窄槽320在轴承套300开设的底部位于同心圆周上。

翅片型支承箔片组200由若干片翅片型支承箔片210组成，每片翅片型支承箔片210包括嵌入端212和延伸端211。

支承箔片210为平直片状构造，相应地，窄槽320为直槽；支承箔片210的两个轴向端部分别设有一个凸耳202。支承箔片210的数量比窄槽320的数量少一个；也就是，所有支承箔片210的嵌入端212装入窄槽320后，还有空余一个窄槽320，用于固定顶箔100。此时，每片支承箔片210的延伸端211向轴承套300的中通孔310延伸并与置于轴承套300中通孔310中的顶箔100外壁相接触。

顶箔100为一薄片环绕构成的一开口环柱，且顶箔100包括一固定端120和一自由端110，固定端120向外反向弯曲翘起后嵌入轴承套300中一条窄槽320中，并将顶箔100与轴承套300固定连接起来，顶箔100的自由端110紧靠固定端120，并保留一定间隙。这样，开口圆弧面的顶箔100的外壁与支承箔片210延伸端211搭接，顶箔100的内壁侧则与待插入的转轴形成气膜间隙。

顶箔100的固定端120除了通过嵌入方式插入轴承套300的一个窄槽320外，还可以通过其他方式连接于轴承套上。

较好地，上述平直片状构造的支承箔片210，且在每片支承箔片210的延伸端211的直边上沿纵向方向开具多个缺口201，这些缺口210，使支承箔片210的延伸端211所在切边被分割为多个小段，每段轴向长度可根据需求设计以形成不同的轴向刚度分布。

一般地，支承箔片210及轴承套300上对应的窄槽沿圆周方向均匀分布，以获得均匀的刚度分布。

较好地，上述支承箔片210分别以顶箔100的固定端120与自由端110为起点和止点，按照排列间距先减小后增大顺序，将每片支承箔片210的延伸端211固定设置在顶箔100的外壁，且顶箔100外壁中部区域设置的支承箔片210密集度比顶箔100外壁其他区域设置的支承箔片的密集度相对密集，以达到中部主要承载区域翅片分布较密集的效果，因此该区域刚度较大，以适应轴承载荷分布规律。

如图6和7所示，上述平直片状构造的翅片型支承箔片210，其嵌入端212的两个轴向端部分别设有一个凸耳202。当支承箔片装入所述窄槽后，在轴承套300的轴向端面，即XOY所在平面安装一个起限位作用的限位环400，凸耳202外露于轴承套300的轴向端面，限位环400则适配卡入凸耳202与顶箔100之间，该限位环400将支承箔片组200与轴承套300固定起来。

具体地，限位环400为一个圆环片状结构，外周设有多个凸柱410，相邻凸柱410的圆弧角相等，在每个凸柱410上开设有限位孔411，安装时，限位环400则适配卡入凸耳202与顶箔100之间，每个凸柱410上的限位孔411则适配卡入与之对应支承箔片210的凸耳20中，每个凸柱410的两侧边则适应性卡入相邻两个支承箔片210的间隙中；这样，限位环400就可以将支承箔片组200与轴承套300固定起来。

与顶箔100接触的各支承箔片210的延伸端211，在径向上的高度是一致的，顶箔100装配后，保持柱面形状，其效果与传统波箔轴承的顶箔类似；或者

如图8、9a和9b所示，与顶箔100接触的各支承箔片210的延伸端211在高度上沿周向变化。顶箔100装配后且与各支承箔片210的延伸端211接触后，其与转子之间形成多个楔形间隙；而当该高度变化的周期较短时，顶箔100初始状态下不能与所有的各支承箔片210的延伸端211接触，部分区域初始时悬空，当承受一定的载荷后，这些区域的各支承箔片210的延伸端211与顶箔100接触上。因此具有了非线性刚度。

故，这种轴承承受载荷时，支承箔片210的延伸端211将产生弯曲变形，同时延伸端211相对于顶箔100还将产生周向滑移；相比于波箔轴承，该翅片型支承箔片210的变形与滑移不受相邻翅片的影响。

实施例2

如图10、11、12a和12b所示，本实施例与实施例1的区别在于：支承箔片210不一样。具体如下：

每个支承箔片210包括一片主翅片230及多个辅助翅片220；安装时，一个主翅片230及多个辅助翅片220作为一组安装在轴承套300的一个窄槽320中。

主翅片230及多个辅助翅片220均有嵌入端212和延伸端211(由于主翅片230的嵌入端与辅助翅片220的嵌入端结构相同、功能相同，因此，本实施例采用同一标识号，如，嵌入端212；当然，在无歧义的前提下，辅助翅片220的嵌入端的标识也可以采用其他的标识号，如，212'、212a等)。辅助翅片220的嵌入端212与主翅片230的嵌入端212平齐贴合，辅助翅片220的延伸端211’紧邻主翅片230的延伸端211贴合设置。辅助翅片220的延伸端211’与主翅片230的延伸端211均可以与顶箔100的外壁相接触，也可以是主翅片230的延伸端211均与顶箔100的外壁相接触，而辅助翅片220的延伸端211’不与顶箔100的外壁相接触。还有辅助翅片220的凸耳202与主翅片230的凸耳202(由于主翅片230的凸耳与辅助翅片220的凸耳的结构相同、大小相同、功能相同，因此，本实施例采用同一标识号，如，凸耳202；当然，在无歧义的前提下，辅助翅片220的凸耳的标识也可以采用其他的标识号，如，202'、202a等)适配平齐贴合。

上述主翅片230与实施例1中的平直片状构造的支承箔片210的构造相同，而辅助翅片220的嵌入端与主翅片230的嵌入端相同，均为直线型，辅助翅片220的延伸端211’所在端面可以为直线型、折线型或弧线型等。通常状态，辅助翅片比主翅片间距小，但辅助翅片220的延伸端211’也要外露于轴承套300的内壁，即置于轴承套300的中通孔310中。

辅助翅片220的延伸端211’为直边，支承于主翅片230的延伸端211腰部，以提高主翅片230的支承刚度。而辅助翅片230的高低也将影响支承刚度，因此沿圆周方向，辅助翅片230可以设置为按一定规律变化高度，以达到变刚度分布的目的。

辅助翅片220的延伸端211’为折线边缘或曲边，不同形式的边缘可形成不同的轴向刚度分布，主要目的是增强中部区域的支承刚度。

由于辅助翅片230的数量较多，为两片或两片以上，此时，所有辅助翅片220可以设置在主翅片230的同一侧，或者多片辅助翅片220分别设置在主翅片230的两侧。

具体地，如图13a和13a所示，当主翅片230及辅助翅片220的数量大于两片时，辅助翅片220并不一定按照高低顺序依次排列，中间层的辅助翅片220可低于两边的辅助翅片220，主翅片230产生一定的弯曲变形后才与某些辅助翅片220的延伸端211’接触，可以达到非线性刚度的效果，这样，主翅片230及辅助翅片220组成的翅片组在弯曲变形过程中，层与层之间将会产生滑移，具有阻尼效应。

实施例3

如图14、15和16所示，与实施例1的区别在于：

支承箔片211由平直方形片构造变为“L”型构造，相应地，轴承套300上开设的窄槽320也为“L”型构造，装配时，“L”型支承箔片211适配嵌入轴承套300的L”型窄槽，且该L型支承箔片211可以直接起到限位作用，而无需在设置限位环400就可以防止支承箔片211从轴承套300中松脱出来。

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有翅片型支承箔片的气体动压轴承，其特征在于，包括圆柱状的轴承套、若干片翅片型支承箔片及中空圆柱状的顶箔；其中：

所述轴承套的内壁开设有若干条窄槽；

每片所述支承箔片包括嵌入端和延伸端，所述嵌入端对应嵌入所述窄槽中，所述支承箔片的延伸端向所述轴承套的中通孔延伸并与置于所述轴承套的中通孔的顶箔外壁相接触；

所述顶箔为一开口环柱，且所述顶箔包括一固定端和一自由端，所述固定端向外反向弯曲翘起后嵌入所述轴承套的一条窄槽中，所述自由端紧靠所述固定端。

2.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，相邻所述窄槽在所述轴承套内壁沿顺时针方向呈等圆弧角间隔均匀分布，且每条所述窄槽与所述轴承套的径向轴形成一锐角夹角。

3.根据权利要求2所述的气体动压轴承，其特征在于，所述支承箔片分别以所述顶箔的固定端与自由端为起点和止点，按照排列间距先减小后增大顺序，将每片所述支承箔片的延伸端固定设置在所述顶箔外壁，且所述顶箔外壁中部区域设置的支承箔片比所述顶箔外壁其他区域设置的支承箔片相对密集。

4.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述支承箔片为平直片状构造，所述窄槽为直槽；所述支承箔片的两个轴向端部分别设有一个凸耳，所述支承箔片装入所述窄槽后，在所述轴承套的轴向端面安装一个起限位作用的限位环，所述凸耳外露于轴承套的轴向端面，所述限位环则适配卡入所述凸耳与顶箔之间。

5.根据权利要求1所述的气体动压轴承，其特征在于，所述支承箔片为平直片状构造，且在所述延伸端的直边上沿纵向方向开具多个缺口。

6.根据权利要求4或5所述的气体动压轴承，其特征在于，每个所述支承箔片包括一片主翅片及多个辅助翅片；所述辅助翅片的嵌入端与所述主翅片的嵌入端平齐贴合，所述辅助翅片的延伸端紧邻所述主翅片的延伸端贴合设置，所述辅助翅片的凸耳与所述主翅片的凸耳平齐贴合。

7.根据权利要求6所述的气体动压轴承，其特征在于，所述辅助翅片的延伸端所在端面为直线型、折线型或弧线型。

8.根据权利要求6所述的气体动压轴承，其特征在于，所述辅助翅片的数量与所述主翅片的数量大于两片时，中间层的所述辅助翅片低于两边的辅助翅片。

9.根据权利要求6所述的气体动压轴承，其特征在于，所述辅助翅片的数量为两片以上，所述辅助翅片设置在所述主翅片的一侧、或，所述辅助翅片分别设置在所述主翅片的两侧。

10.根据权利要求2所述的气体动压轴承，其特征在于，所述支承箔片为“L”型，所述窄槽为“L”型窄槽；所述支承箔片安装在所述轴承套上后，直接通过“L”型窄槽将所述支承箔片与所述轴承套固定起来。