CN116658516B - 一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承 - Google Patents

Abstract

本申请涉及气体动压轴承技术领域，提供了一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，包括：轴承套、多个叶脉型箔片组件和多个顶箔；叶脉型箔片组件是由多个圆周方向长度不同的叶脉型箔片叠加组成，其中单个叶脉型箔片由若干个箔片叶脉分支和箔片叶脉主体组成，相邻箔片在轴承轴向和周向上的箔片叶脉分支和箔片叶脉主体错位一定的距离，不同箔片叶脉主体的相邻箔片叶脉分支之间有一定空隙；顶箔两端加工出顶箔突出端和凹陷端，多个顶箔朝向相同，顶箔两端插入到轴承套的槽中，限制叶脉型箔片组件的安装预载，促进形成楔形域，保证转子双向旋转；轴承周向有多个叶脉型箔片组件和顶箔插入到轴承套的槽中；相比于传统箔片气体动压轴承，本申请可满足转子双向旋转的需求，多接触点增加结构阻尼以及叶脉型箔片组件的径向预载和周向结构预载有利于提高箔片气体动压轴承支承转子系统的运行稳定性。

Description

一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承

技术领域

本发明涉及气体动压轴承技术领域，具体涉及一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承。

背景技术

箔片气体轴承是一种以环境气体为润滑介质的高转速动压轴承，由顶箔、弹性箔片和轴承套组成，其中弹性箔片具有轴向一致性，波浪形结构及其与轴承套和顶箔的接触为轴承提供良好的支撑刚度和阻尼。箔片和顶箔一端固定，另一端自由，转子转速由自由端向固定端转动，带动环境气体进入偏心转子与顶箔形成的气膜收敛域，产生高压气膜支承转子的载荷。箔片气体轴承是具有结构简单、无油润滑、高温稳定性好、振动小等优点，被广泛应用于燃料电池空压机、空气循环机、微型燃气轮机、微型涡喷发动机、高速透平机等高、低温旋转机械设备中。

常见的箔片气体轴承一般采用焊接、销钉固定的方式将箔片结构固定在轴承套上，这种方式对固定处附近的结构成型要求较高，且固定后的结构容易出现变形，使得顶箔与初始设计形状不同，引起顶箔与转子的磨损；而且箔片结构一端自由、另一端固定的结构特性，仅允许转子由自由端向固定端转动，否则顶箔在摩擦力的作用下会贴近转子，无法形成有效动压气膜和损坏顶箔，限制了箔片气体轴承的使用范围。另外，高速运动的气膜在厚度方向有明显的速度差，会对转子产生0.5倍转速的作用力，当该频率与轴承-转子系统频率一致时，发生共振，尤其大载荷转子出现的次同步振动，振动能量非常大，箔片结构的少接触点的摩擦阻尼无法起到明显的减振作用，而且长期工作状态产生的冲击力会导致箔片结构发生变形，影响系统的稳定性。

发明内容

针对上述的技术不足，本申请提供了一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，相较于现有箔片气体轴承，解决了轴承阻尼小、无法支持转子双向转动的难题，轴承工作过程中产生预载有效降低转子高速次同步振动，提高系统稳定性。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果见下文阐述。

为实现上述技术目的，本发明提供了以下技术方案：

一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，包括：轴承套、多个叶脉型箔片组件和多个顶箔；其特征在于，所述叶脉型箔片组件是由多个圆周方向长度不同的金属板经线切割加工成所述叶脉型箔片叠加组成，其中单个所述叶脉型箔片由多个箔片叶脉分支和箔片叶脉主体组成，所述箔片叶脉分支分布在所述箔片叶脉主体的两侧，所述箔片叶脉分支和所述箔片叶脉主体之间呈一定角度，相邻所述叶脉型箔片在轴承轴向和周向上的所述箔片叶脉分支和所述箔片叶脉主体错位一定的距离，使得上层所述箔片叶脉分支搭在下层所述箔片叶脉分支或者所述箔片叶脉主体上，第一叶脉型箔片的所述箔片叶脉主体与第二叶脉型箔片的所述箔片叶脉主体的轴向位置可以相同，但两者的所述箔片叶脉分支的周向位置应不同，不同所述箔片叶脉主体的相邻所述箔片叶脉分支之间有一定空隙，所有所述叶脉型箔片在径向无同一重合点；所述顶箔两端加工出顶箔突出端和凹陷端，多个顶箔朝向相同，所述顶箔两端插入到所述轴承套的顶箔插入槽中，约束所述叶脉型箔片组件的安装预载和促进形成楔形域，保证转子双向旋转；所述轴承套内表面开有与所述叶脉型箔片数量相同的所述箔片插入槽和2倍于所述顶箔的所述顶箔插入槽，周向安装多个所述叶脉型箔片组件和所述顶箔。

所述叶脉型箔片不经过热处理或热处理后的箔片弧形半径明显大于转子的半径，使得所述叶脉型箔片支撑的所述顶箔与转子之间的间隙不均匀，形成预载；周向长度不相等的多个所述叶脉型箔片的周向中点对齐，所述叶脉型箔片组件的支撑刚度在圆周方向上呈抛物线分布，运动中的转子与所述顶箔之间形成预载。

所述箔片叶脉分支的朝向与转子运动方向相同，受载荷作用后的所述顶箔在相邻两个所述箔片叶脉分支之间变形量大于所述箔片叶脉分支支撑处的变形量，形成类似于刻槽的聚集气体的效果，提高承载力。

可选的，所述箔片叶脉分支和所述箔片叶脉主体的宽度、厚度、夹角、所述箔片叶脉分支的周向数量和所述箔片叶脉主体的轴向数量可以根据实际支撑刚度需求确定；所述箔片叶脉主体的两侧所述箔片叶脉分支在圆周方向可以有一定错位，相邻的所述箔片叶脉分支形成相互指向的布置，受载荷作用的所述顶箔变形后获得局部“之”字形气膜厚度，减缓气膜的连续性。

可选的，所述叶脉型箔片组件中的所述箔片叶脉主体长度可以一致。

可选的，所述顶箔端部可以有若干个所述顶箔突出端和所述顶箔凹陷端。

可选的，所述轴承套的所述顶箔插入槽的宽度大于所述顶箔的厚度，宽度向半径增大方向扩展，允许所述顶箔被施载荷后的运动。

可选的，所述轴承套的所述顶箔插入槽旁边可以加工销孔，可用于固定所述顶箔的一端，该种形式不影响轴承功能。

本发明提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，包括轴承套、多个叶脉型箔片组件和多个顶箔，其中叶脉型箔片组件是由多个圆周方向长度不同的叶脉型箔片叠加组成，单个叶脉型箔片由若干个箔片叶脉分支和箔片叶脉主体组成，不同箔片叶脉主体的相邻箔片叶脉分支之间有一定空隙，上、下两层叶脉型箔片的箔片叶脉分支和箔片叶脉主体在轴承轴向和周向上错位一定的距离，上、层叶脉型箔片的箔片叶脉分支与下层叶脉型箔片的箔片叶脉分支或箔片叶脉主体搭接，受转子载荷作用的箔片叶脉分支和箔片叶脉主体发生变形，为转子系统提高足够的摩擦阻尼。叶脉型箔片组件和顶箔弧形半径明显大于转子半径，使得顶箔与转子之间的间隙不均匀，形成预载，有利于转子起飞，周向长度不相等的多个叶脉型箔片的周向中点对齐，叶脉型箔片组件的支撑刚度在圆周方向上呈抛物线分布，运行过程中受叶脉型箔片组件支撑的顶箔在轴承周向产生的变形不同，转子与顶箔之间形成预载，有利于减缓气膜的连续性，提高系统的稳定性。顶箔两端加工出顶箔突出端和凹陷端，多个顶箔朝向相同，顶箔两端插入到轴承套的顶箔插入槽中，转子正向转动或反向转动均有相同的预载效果，且顶箔端部可以抵抗转子与顶箔的接触摩擦力，保证转子双向旋转。受载荷作用后的顶箔在相邻两个箔片叶脉分支之间变形量大于箔片叶脉分支支撑处的变形量，形成类似于刻槽的聚集气体的效果，提高承载力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的爆炸图。

图2为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的正视图。

图3为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的顶箔示意图。

图4为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的叶脉型箔片组件的爆炸图。

图5为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的叶脉型箔片组件与转子关系示意图。

图6为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的轴承套正视图。

图7为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的其他类型的叶脉型箔片组件爆炸图。

图8为本发明实施例提供的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承的其他类型的叶脉型箔片组件示意图。

其中，图中各附图的标记：

1-轴承套，2-叶脉型箔片组件，3-顶箔，11-顶箔插入槽，12-叶脉型箔片插入槽，21-第一叶脉型箔片，22-第二叶脉型箔片，23-第三叶脉型箔片，31-顶箔突出端，32-顶箔凹陷端，201-箔片叶脉分支，202-箔片叶脉主体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是，除非另有说明，“若干个”、“多个”，的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“主体”、“分支”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，“第一”、“第二” 、“第三”等仅用于描述目的，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”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,需要说明的是，除非另有说明，术语“预载”应做广义理解，即气膜厚度在轴承径向不均匀，例如轴承结构在安装是预先施加预载，也可以是轴承工作过程形成的与预先施加的预载有相同的效果，对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅附图，现对本申请实施例提供的叶脉型双旋向箔片气体动压轴承进行说明。

如图1和图2所示，该叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，包括：轴承套（1）、叶脉型箔片组件（2）和顶箔（3）。如图4和图5所示，叶脉型箔片组件（2）是由多个圆周方向长度不同的金属板经线切割或激光加工成叶脉型箔片（21、22、23）叠加组成，单个叶脉型箔片（21、22、23）由箔片叶脉分支（201）和箔片叶脉主体（202）组成，单个箔片叶脉主体（202）上连接若干个箔片叶脉分支（201），箔片叶脉分支（201）分布在箔片叶脉主体（202）的两侧，箔片叶脉分支（201）和箔片叶脉主体（202）之间呈一定角度；叶脉型箔片（21、22、23）的端部留有一定距离不需要线切割加工，该部分被折弯，与箔片叶脉分支（201）和箔片叶脉主体（202）成一定角度，用于将叶脉型箔片（21、22、23）插入到轴承套（1）中的箔片插入槽（12）中，而且叶脉型箔片（21、22、23）可以用销钉固定的形式固定在轴承套（1）上；相邻叶脉型箔片（21、22、23）在轴承轴向和周向上的箔片叶脉分支（201）和箔片叶脉主体（202）错位一定的距离，使得上层箔片叶脉分支（201）搭在下层箔片叶脉分支（201）或者箔片叶脉主体（202）上，受支撑的箔片叶脉分支（201）以简支梁的形式支撑上层箔片叶脉分支（201）或者箔片叶脉主体（202）或者顶箔（3），保证箔片叶脉分支（201）仅出现弹性变形，不同箔片叶脉主体（202）的相邻箔片叶脉分支（201）之间有一定空隙，为箔片叶脉主体（202）的变形提供空间，起到均匀叶脉型箔片（21、22、23）支撑刚度的目的；箔片叶脉主体（202）在叶脉型箔片（21、22、23）上的轴向位置可以根据需求确定，但要保证所有叶脉型箔片（21、22、23）在径向无同一重合点，第一叶脉型箔片（21）的箔片叶脉主体（202）与第二叶脉型箔片（22）的箔片叶脉主体（202）的轴向位置可以相同，但两者的箔片叶脉分支（201）的周向位置应不同。

作为具体的实施方案，箔片叶脉分支（201）的朝向与转子（4）运动方向相同，受载荷作用后的顶箔（3）在相邻两个所述箔片叶脉分支（201）之间变形量大于箔片叶脉分支（201）支撑处的变形量，形成类似于刻槽的聚集气体的效果，提高承载力。

如图3所示，顶箔（3）两端加工出顶箔突出端（31）和顶箔凹陷端（32），顶箔突出端（31）的宽度应稍小于顶箔凹陷端（32）的缺口宽度，多个顶箔（3）朝向相同，一个顶箔（3）的顶箔突出端（31）通过另一个顶箔（3）的顶箔凹陷端（32），置于轴承套（1）的顶箔插入槽（11）中，相邻两个顶箔（3）的间隙较小，即切断气膜的连续性，又使相邻顶箔（3）端部起到相互限制的作用。

如图5所示，叶脉型箔片（21、22、23）和顶箔（3）不经过热处理的箔片结构弧形半径明显大于转子（4）的半径，使得叶脉型箔片（21、22、23）支撑的顶箔（3）与转子（4）之间的间隙沿圆周方向不均匀，形成预载；周向长度不相等的多个叶脉型箔片（21、22、23）的周向中点对齐，叶脉型箔片组件（2）的支撑刚度在圆周方向上呈抛物线分布，运动中的转子（4）与顶箔（3）之间形成预载。

如图1和图3所示，顶箔（3）两端插入到轴承套（1）的顶箔插入槽（31）中，转子（4）正向转动或反向转动均有相同的预载效果，且在轴承套的槽中的顶箔端部可以抵抗转子（4）与顶箔（3）的接触摩擦力，支持转子（4）双向旋转；

如图6所示，轴承套（1）内表面采用线切割或激光的加工方法，开有与叶脉型箔片（21、22、23）数量相同的箔片插入槽（12）和2倍于顶箔的顶箔插入槽（11），槽的宽度稍大于叶脉型箔片（21、22、23）和顶箔（3）的厚度，周向安装多个叶脉型箔片组件（2）和顶箔（3）。

作为可选的实施方案，叶脉型箔片组件（2）中的箔片叶脉主体（202）长度可以一致，如图7所示。

作为可选的实施方案，箔片叶脉分支（201）和箔片叶脉主体（202）的宽度、厚度、夹角、箔片叶脉分支（201）的周向数量和箔片叶脉主体（202）的轴向数量可以根据实际支撑刚度需求确定；箔片叶脉主体（202）的两侧箔片叶脉分支（201）在圆周方向可以有一定错位，相邻的箔片叶脉分支（201）形成相互指向的布置，受载荷作用的顶箔（3）变形后获得局部“之”字形气膜厚度，减缓气膜的连续性，如图8所示。

作为可选的实施方案，顶箔（3）端部可以有若干个顶箔突出端（31）和顶箔凹陷端（32）。

作为可选的实施方案，轴承套（1）的顶箔插入槽（11）的宽度明显大于顶箔（3）的厚度，宽度向半径增大方向扩展，允许顶箔（3）被施载荷后的运动。

作为可选的实施方案，轴承套（1）的顶箔插入槽（11）旁边可以加工销孔，可用于固定顶箔的一端，该种形式不影响轴承功能。

不仅如此，叶脉型箔片（21、22、23）不需要热处理和冲压加工，相邻的箔片叶脉分支（201）之间不相连，可以极大提高加工效率，简化制造工艺。

上述说明仅为本发明的优选实施例,并非是对本发明的限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，包括：轴承套(1)、叶脉型箔片组件(2)和顶箔(3)，其特征在于，所述叶脉型箔片组件(2)是由多个圆周方向长度不同的叶脉型箔片(21、22、23)叠加组成，其中单个所述叶脉型箔片由箔片叶脉分支(201)和箔片叶脉主体(202)组成，单个箔片叶脉主体(202)上连接若干个箔片叶脉分支(201)，箔片叶脉分支(201)分布在箔片叶脉主体(202)的两侧，所述箔片叶脉分支(201)和所述箔片叶脉主体(202)之间呈一定角度，使得上层所述箔片叶脉分支(201)搭在下层所述箔片叶脉分支(201)或者所述箔片叶脉主体(202)上，相邻所述叶脉型箔片(21、22、23)在轴承轴向和周向上的所述箔片叶脉分支(201)和所述箔片叶脉主体(202)错位一定的距离，不同所述箔片叶脉主体(202)的相邻所述箔片叶脉分支(201)之间有一定空隙，所有所述叶脉型箔片(21、22、23)在径向无同一重合点；所述顶箔(3)两端加工出顶箔突出端(31)和顶箔凹陷端(32)，多个所述顶箔(3)朝向相同，所述顶箔(3)两端插入到所述轴承套(1)的顶箔插入槽(11)中，安装到所述轴承套(1)上的所述叶脉型箔片组件(2)和所述顶箔(3)的弧形半径明显大于转子(4)的半径，使得所述叶脉型箔片组件(2)支撑的所述顶箔(3)与转子(4)之间的间隙沿圆周方向不均匀，形成预载；周向长度不相等的多个所述叶脉型箔片(21、22、23)的周向中点对齐，所述叶脉型箔片组件(2)的支撑刚度在圆周方向上不同，运动中的转子(4)与所述顶箔(3)之间形成预载，转子(4)正向转动或反向转动均有相同的预载效果，保证转子(4)双向旋转；所述轴承套(1)内表面开有与叶脉型箔片数量相同的叶脉型箔片插入槽(12)和2倍于顶箔的顶箔插入槽(11)，周向安装多个所述叶脉型箔片组件(2)和所述顶箔(3)。

2.根据权利要求1所述的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述叶脉型箔片(21、22、23)不经过热处理的箔片弧形半径明显大于转子(4)的半径，使得所述叶脉型箔片(21、22、23)支撑的所述顶箔(3)与转子(4)之间的间隙不均匀，形成预载；周向长度不相等的多个所述叶脉型箔片(21、22、23)的周向中点对齐，所述叶脉型箔片组件(2)的支撑刚度在圆周方向上呈抛物线分布，运动中的转子(4)与所述顶箔(3)之间形成预载。

3.根据权利要求1所述的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述箔片叶脉分支(201)的朝向与转子(4)运动方向相同，受载荷作用后的所述顶箔(3)变形，形成类似于刻槽的聚集气体的效果，提高承载力。

4.根据权利要求1所述的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述箔片叶脉分支(201)和所述箔片叶脉主体(202)的宽度、厚度、夹角、所述箔片叶脉分支(201)的周向数量和所述箔片叶脉主体(202)的轴向数量可以根据实际支撑刚度需求确定；所述箔片叶脉主体(202)的两侧所述箔片叶脉分支(201)在圆周方向可以有一定错位，相邻的所述箔片叶脉分支(201)形成相互指向的布置，受载荷作用的所述顶箔(3)变形后获得局部“之”字形气膜厚度，减缓气膜的连续性。

5.根据权利要求1所述的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述叶脉型箔片组件(2)中的箔片叶脉主体(202)周向长度可以一致。

6.根据权利要求1所述的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述轴承套(1)的顶箔插入槽(11)的宽度大于所述顶箔(3)的厚度，宽度向半径增大方向扩展，允许所述顶箔(3)被施载荷后的运动。

7.根据权利要求1所述的一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述轴承套(1)的所述顶箔插入槽(11)旁边可以加工销孔，用于固定顶箔的一端，该种形式不影响轴承功能。