CN116608203B - 一种径向双波箔空气轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种径向双波箔空气轴承，属于空气轴承技术领域。在径向双波箔空气轴承中，轴承座的内壁依次套装有底箔、双波箔和轴套；若干个双波箔固定在底箔的表面上，双波箔包括第一波箔和第二波箔，第一波箔的表面设置第一凸起，相邻的第一凸起之间形成第一通道；第二波箔的表面间隔设置有第二凸起和第三凸起，第二凸起与第三凸起之间形成第二通道和第三通道；在静止状态下，第一凸起与第三凸起贴合，并且第一凸起与第三凸起之间形成两个第四通道。通过设置不同类型的凸起和通道，当外部空气流经各通道，错位阻隔所产生的托举气膜更厚，托举效果更好，使轴套与转轴之间的间隙配合更加顺畅，提升轴承的承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种径向双波箔空气轴承，属于空气轴承技术领域。
背景技术
轴承是当代机械设备中必不缺少的基础零部件，在机械传动过程中起支承和减小载荷摩擦系数的作用，其性能、寿命和可靠性对主机的性能和可靠性起着决定性的作用。按轴承内运动原件摩擦性质的不同，常见的轴承类型主要有滚动轴承、滑动轴承、磁悬浮轴承、空气悬浮轴承。滚动轴承和滑动轴承是应用最多的轴承，具有较大的承载能力，可耐受较大的冲击和过载荷，但受润滑系统的限制高温高速性能较差。箔片空气是以周围环境中的空气作为润滑剂并采用箔片作为弹性支承元件的一种动压轴承。
常见的箔片空气轴承由轴承座、底箔、波箔和顶箔等组成，波箔的一端固定于底箔，底箔固定于轴承座的内侧，另一端为自由端；顶箔则覆盖在波箔的顶部。与普通轴承相比，箔片空气轴承以其质量小、可靠性高、极大的设计自由度等优点被广泛应用在航空航天、空气循环、低温制冷等领域。气浮轴承具有摩擦损耗小、极高转速下几乎无摩擦、高温稳定性好、振动小、不需要润滑油等一系列优点，在低温技术、高速透平、空间技术等领域，有着十分广阔的应用前景。
实际使用时，轴承与转轴的径向间隙对空气箔片动压轴承的性能有至关重要的作用。较大的径向间隙不利于气膜的稳定形成，轴承无法起飞。较小的径向间隙则轴承起飞困难，顶箔与转轴的摩擦严重。合适的径向间隙使得轴承更容易形成润滑气膜，起飞转矩小，气膜形成更稳定。转轴转动时，顶箔与波箔受到气膜压力的影响会发生相应的变形下陷，因此需要进一步优化气膜压力以获得对转轴较好的托举效果。
因此，亟需优化空气轴承的结构以提升空气轴承对转轴的托举效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种径向双波箔空气轴承，采用双层波箔结构，并在双波箔中设置不同的凸起和通道，使得轴承内部的空气经过多次错位时能产生较大的气压，提升径向空气轴承对转轴的托举效果。
本发明的技术方案为：
一种径向双波箔空气轴承，包括轴承座、底箔、双波箔和轴套，轴承座的内部开设有通孔，通孔用于容置转轴；轴承座的内壁由外到内依次套装有底箔、双波箔和轴套；若干个双波箔在底箔的表面均匀分布，每一个所述双波箔的一端为固定端，另一端为自由端，所述固定端固定在底箔上，自由端自由地叠搭在底箔的表面；所述双波箔包括第一波箔和第二波箔，第一波箔和第二波箔上下贴合式排列；第一波箔的表面均匀设置有第一凸起，相邻的第一凸起之间形成第一通道；第二波箔的表面间隔设置有第二凸起和第三凸起，第二凸起与相邻的第三凸起之间形成第二通道和第三通道；在工作状态下，第二通道、第三通道与第一通道相贴合，第一凸起与第三凸起贴合，并且第一凸起与第三凸起之间形成相互对称的第四通道。
根据本发明优选的，第一凸起的深度小于等于第三凸起的深度，第二凸起的深度小于第一凸起的深度。
根据本发明优选的，第三凸起的宽度大于第一凸起的宽度。使得在收到气压作用时，压力第三凸起与第一凸起接触，同时在第一凸起与第三凸起之间形成第四通道，增强径向双波箔空气轴承的承载能力。
根据本发明优选的，第二通道的宽度与第三通道的宽度相同，第一通道的宽度大于第二凸起、第二通道的宽度与第三通道的宽度之和。从而使得第一通道与第二通道、第三通道贴合，并在第一凸起和第三凸起之间形成第四通道。
根据本发明优选的，在工作状态下，第三凸起贴合第一凸起，在第三凸起、第一凸起分别与相邻的两个第一通道之间形成一个类扇形的第四通道，所述类扇形的角度为20°-28°。
根据本发明优选的，在未工作的静止状态下，每一个双波箔中，第一波箔与和第二波箔的沿着圆周方向的长度相同。
根据本发明优选的，在底箔表面的径向上，若干个所述双波箔合围形成一个周向未闭合的第一环；当双波箔收到压力时，未闭合的环状分布能够提供延伸的空间。
在底箔表面的轴向方向上，并列设置有奇数个所述第一环。采用在轴向和周向方向上设置奇数个双波箔能增加双波箔与轴套的接触面积。
根据本发明优选的，在底箔表面的径向上，三个所述双波箔合围形成一个周向未闭合的第一环；在底箔表面的轴向方向上，并列设置有三个所述第一环。
本发明的有益效果为：
当转轴在径向双波箔空气轴承内旋转时，转轴与轴套之间形成压力气膜，且该压力气膜压迫轴套，使轴套向第二波箔靠拢并贴附在第二波箔的表面，从而第二波箔表面第二通道、第三通道分别贴合波箔表面形成的第一凸起、第一通道；同时第三凸起贴合第一凸起形成第四通道；通过在双波箔结构中设置不同的凸起和通道，当外部空气流经各通道，经过错位阻隔所产生的托举气膜更厚，相对于现有的技术托举效果更好，使轴套与转轴之间的间隙配合更加顺畅，且使轴承的承载能力更高。
附图说明
图1为本发明提供的一种径向双波箔空气轴承的立体示意图。
图2为本发明提供的一种径向双波箔空气轴承的示意图。
图3为本发明提供的双波箔的结构示意图。
图4为发明提供的双波箔在底箔上的分布示意图。
1、轴承座，2、底箔，3、双波箔，4、轴套，5、限位块，6、凹槽，7、第一凸起，8、第一通道，9、第二凸起，10、第三凸起，11、第二通道，12、第三通道，13、第四通道。
具体实施方式
下面将以图示揭露本申请的若干个实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明是用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。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。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。
本实施例提供一种径向双波箔空气轴承，如图1和图2所示，包括轴承座1、底箔2、双波箔3和轴套4，轴承座1的内部开设有通孔，通孔用于容置转轴；轴承座1的内部由外到内依次套装有底箔2、双波箔3和轴套4；
具体的，轴承座1的内壁沿着轴向方向上设置有凹槽6，轴承座1的一端设置有限位挡板，轴承座1的另一端设置有限位盖板。
底箔2为周向未闭合的圆筒结构，靠近轴承座1的内壁设置。
若干个双波箔3沿着底箔2的表面均匀分布，每一个双波箔3的一端为固定端，另一端为自由端，固定端固定在底箔2上，自由端自由地叠搭在底箔2的表面；具体的，第一波箔和第二波箔的一端为固定端，固定端与底箔2固定连接，比如，采用焊接的方式将第一波箔和第二波箔共同焊接在底箔2上。第一波箔和第二波箔的另一端为自由端；并且在每一个双波箔3的焊接处于相邻双波箔3的自由端之间存在一定的间隙，方便双波箔3收到气压作用时进行延伸。
如图3所示，双波箔3包括第一波箔和第二波箔，第一波箔和第二波箔上下贴合式排列；即第一波箔靠近底箔2，第二波箔靠近轴套4，第一波箔和第二波箔之间相互贴合。第一波箔的表面均匀设置有第一凸起7，相邻的第一凸起7之间形成第一通道8；第二波箔的表面间隔设置有第二凸起9和第三凸起10，第二凸起9与相邻的第三凸起10之间形成第二通道11和第三通道12；在未工作的静止状态下，第二通道11、第三通道12与第一通道8相贴合，第一凸起7与第三凸起10未贴合；在工作状态下，第一凸起与第三凸起贴合，并且第一凸起与第三凸起之间形成相互对称的第四通道。其中，工作状态下双波箔3的状态可以参考图1和图2，未工作的静止状态下的双波箔3的状态为在附图中未提供。
轴套4的一端设置有限位块5，限位块5安装在轴承座1沿着轴向方向开设的凹槽6中，从而实现将轴套4的一端固定，轴套4沿着圆周方向的另一端为自由端；轴套4靠近第二波箔的表面设置。
当转轴在径向双波箔空气轴承内旋转时，转轴与轴套4之间形成压力气膜，且该压力气膜压迫轴套4扩张延伸，使轴套4向第二波箔靠拢并贴附在第二波箔的表面，从而使得第二波箔表面的第二通道11、第三通道12分别贴合第一波箔表面形成的第一通道8；同时第三凸起10贴合第一凸起7形成第四通道13；当外部空气流经各通道，经过错位阻隔所产生的托举气膜更厚，相对于现有的技术托举效果更好，使轴套4与转轴之间的间隙配合更加顺畅，且使空气轴承的承载能力更高。
在一个优选的实施例中，第一凸起7的深度小于等于第三凸起10的深度，第二凸起9的深度小于第一凸起7的深度。通过第一凸起7与第三凸起10的配合作用增强第三凸起10对气膜的托举能力；当气压进一步增强时，通过第二凸起9与第三凸起10深度的配合作用梯度调整对气膜的托举能力。当空气流经各个通道和凸起时，通过错位阻隔所产生的托举气膜更厚，从提升空气轴承的承载能力。
具体的，第一凸起7的深度为0.65-0.85mm，第二凸起9的深度为0.55-0.75mm，第三凸起10的深度为0.65-0.85mm。该参数下有利于得到更好的理想气膜。
在一个优选的实施例中，第三凸起10的宽度大于第一凸起7的宽度。使得在收到气压作用时，压力第三凸起10与第一凸起7接触，同时在第一凸起7与第三凸起10之间形成第四通道13，增强径向双波箔空气轴承的承载能力。第一凸起7的宽度与第二凸起9的宽度可以相同也可以不同。
具体的，第一凸起7的宽度与第二凸起9的宽度均为2～3mm，第三凸起10的宽度为4～6mm。该参数下有利于得到更好的理想气膜。此处所说的宽度指的是第一凸起7、第二凸起9、第三凸起10拱形的宽度。
在一个优选的实施例中，第二通道11的宽度与第三通道12的宽度相同，第一通道8的宽度大于第二凸起9、第二通道11的宽度与第三通道12的宽度之和。从而使得第一通道8与第二通道11、第三通道12贴合，并在第一凸起7和第三凸起10之间形成第四通道13。
具体的，第一通道8的宽度为4.5～6.5mm，第二通道11的宽度与第三通道12的宽度相同，均为0.3～0.8mm。该参数下有利于得到更好的理想气膜。
在一个优选的实施例中，在静止状态下，第三凸起10未贴合第一凸起7，在工作状态下，第三凸起贴合第一凸起，第三凸起10、第一凸起7分别与相邻的两个第一通道8之间形成一个类扇形的第四通道13，类扇形的角度为20°-28°。交错的凸起和通道所产生的托举气膜更厚。收到气压作用第三凸起10会发生延伸，在两个第四通道13和第一凸起7的作用下，会增加整个双波箔3的托举能力，提升轴承的耐压作用。
在一个优选的实施例中，第一凸起7、第二凸起9和第三凸起10均为拱形凸起，第一凸起7之间、第二凸起9之间、第三凸起10之间以及第一凸起7、第二凸起9和第三凸起10相互之间均平行。
在一个优选的实施例中，在未工作的静止状态下，每一个双波箔3中，第一波箔与和第二波箔的沿着圆周方向的长度相同。在径向双波箔空气轴承工作状态下，双波箔3受气膜压力，第一波箔与和第二波箔会沿着自由端延伸，沿着圆周方向的长度相同能够更好的提升使径向双波箔空气轴承的承载能力。
在一个优选的实施例中，在底箔2表面的径向上，奇数个双波箔3合围形成一个周向未闭合的第一环；当双波箔3受气膜压力，未闭合的环状分布能够提供延伸的空间。
在底箔2表面的轴向方向上，并列设置有奇数个第一环。采用在轴向和周向方向上设置奇数个双波箔3能增加双波箔3与轴套4的接触面积。
在一个优选的实施例中，如图4所示，在底箔2表面的径向上，三个双波箔3合围形成一个周向未闭合的第一环；当双波箔3收到压力时，未闭合的环状分布能够提供延伸的空间。
在底箔2表面的轴向方向上，并列设置有三个第一环。即在底箔2表面设置9个双波箔3，包括9个第一波箔和9个第二波箔。
需要说明的是，在底箔2表面的径向上设置的双波箔3的数量可以根据转轴的半径进行调整，比如，当转轴的半径增大时，可以在径向上设置4个双波箔3形成未闭合的第一环，在底箔2表面的轴向方向上，并列设置有三个第一环，即在底箔2表面共设置12个双波箔3。
若采用一整片的双波箔3结构，当双波箔3受到压力作用时，会降低双箔片的阻尼特性，抗咬合性能差。
上述说明示出并描述了本申请的优选实施方式，但如前对象，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种径向双波箔空气轴承，其特征在于，包括轴承座、底箔、双波箔和轴套，轴承座的内部开设有通孔，通孔用于容置转轴；轴承座的内壁由外到内依次套装有底箔、双波箔和轴套；若干个双波箔在底箔的表面均匀分布，每一个所述双波箔的一端为固定端，另一端为自由端，所述固定端固定在底箔上，自由端叠搭在底箔的表面；所述双波箔包括第一波箔和第二波箔，第一波箔和第二波箔上下贴合式排列；第一波箔的表面均匀设置有第一凸起，相邻的第一凸起之间形成第一通道；第二波箔的表面间隔设置有第二凸起和第三凸起，第二凸起与相邻的第三凸起之间形成第二通道和第三通道；并且第一凸起的深度小于等于第三凸起的深度，第二凸起的深度小于第一凸起的深度；第三凸起的宽度大于第一凸起的宽度；
在工作状态下，第二通道、第三通道与第一通道相贴合，第一凸起与第三凸起贴合，并且第一凸起与第三凸起之间形成相互对称的第四通道。
2.根据权利要求1所述的一种径向双波箔空气轴承，其特征在于，第二通道的宽度与第三通道的宽度相同，第一通道的宽度大于第二凸起、第二通道的宽度与第三通道的宽度之和。
3.根据权利要求1所述的一种径向双波箔空气轴承，其特征在于，在工作状态下，第三凸起贴合第一凸起，在第三凸起、第一凸起分别与相邻的两个第一通道之间形成一个类扇形的第四通道，所述类扇形的角度为20°-28°。
4.根据权利要求1所述的一种径向双波箔空气轴承，其特征在于，在静止状态下，每一个双波箔中，第一波箔与和第二波箔的沿着圆周方向的长度相同。
5.根据权利要求1所述的一种径向双波箔空气轴承，其特征在于，在底箔表面的径向上，若干个所述双波箔合围形成一个周向未闭合的第一环；在底箔表面的轴向方向上，并列设置有奇数个所述第一环。
6.根据权利要求5所述的一种径向双波箔空气轴承，其特征在于，在底箔表面的径向上，三个所述双波箔合围形成一个周向未闭合的第一环；在底箔表面的轴向方向上，并列设置有三个所述第一环。
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Denomination of invention: A radial double wave foil air bearing Effective date of registration: 20231115 Granted publication date: 20231003 Pledgee: CITIC Bank Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: SHANDONG HUADONG FAN CO.,LTD. Registration number: Y2023980065468 |