CN116838723B - 一种轴承本体、箔片动压轴承及旋转机械轴系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴承本体、箔片动压轴承及旋转机械轴系，涉及传动部件领域。轴承本体包括顶箔、外圈、弹性连接件和弹性支撑件；顶箔呈环形设置，外圈环设于顶箔外侧；弹性连接件位于顶箔与外圈之间，并沿顶箔的周向设置有多个，弹性连接件的一端与顶箔连接，另一端与外圈连接，相邻两个弹性连接件与顶箔以及外圈之间形成有液冷流道；弹性支撑件位于液冷流道内，并与顶箔或外圈连接。将冷却液注入液冷流道，对顶箔外壁进行冲刷并吸收顶箔的热量，使顶箔冷却降温。与压缩空气相比，冷却液的密度和比热容更大，冷却效果更好。液冷流道能够限制冷却液的流动路径，避免冷却液冲刷顶箔致其脱离设计位置，同时避免将杂物带入顶箔与转轴之间。

Description

一种轴承本体、箔片动压轴承及旋转机械轴系

技术领域

本发明涉及传动部件领域，尤其涉及一种轴承本体、箔片动压轴承及旋转机械轴系。

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。

典型的箔片动压空气轴承由顶箔、波箔和轴承套筒构成，其中，顶箔和波箔通过焊接、销钉或其他方式与轴承套筒固定在一起。

当转轴受到较大载荷并运行在超高转速情况下时，位于转轴与顶箔之间的空气将迅速升温。热量传导至顶箔上，导致顶箔温度越来越高。当顶箔温度接近280℃时，顶箔上的PTFE（Polytetrafluoroethylene，聚四氟乙烯）涂层将迅速失效，影响轴承的正常使用。

为了降低轴承温升，常见的做法是向轴承内部通入未经过冷却介质冷却的压缩空气，利用压缩空气直接冲刷轴承的零部件（如顶箔和波箔），以此来降低零部件的温度。其中，压缩空气可以从压缩机的末端出口取得。

然而，空气的比热容低。为了能够有效降低轴承温度，必须通入大量的压缩空气（必须注意，压缩空气温度较高，需额外冷却）。与此同时，高速气流的冷却路径相对宽泛随意，有可能先冷却电机定转子，被加热后再冷却轴承，总体来讲冷却效果差。

此外，高速气流的冷却路径不确定，冲刷力较大，将随机冲刷轴承，可能会将顶箔和波箔吹起，使其脱离设计位置。有可能造成顶箔自由端贴紧转轴，造成轴承损坏。

再者，压缩空气取自外部环境，先后经过封闭式气路和开放式气路，冷却定子和转子之后再冲刷轴承，有可能将外部环境中的颗粒物以及电机内部的多余物带入转轴和顶箔之间，造成轴承磨损失效。

最后，从压缩机末端取压缩空气用于轴承冷却的方式，将降低压缩机能够提供的有效质量流量，导致压缩机的整体气动效果降低，进而导致压缩机效率降低。

发明内容

为了解决现有采用压缩空气冷却的方式存在冷却效果差、冲刷顶箔和波箔致其脱离设计位置以及带入杂物造成轴承磨损失效的问题，本发明的目的之一是提供一种轴承本体。

本发明提供如下技术方案：

一种轴承本体，包括顶箔、外圈、弹性连接件和弹性支撑件；

所述顶箔呈环形设置，所述外圈环设于所述顶箔外侧；

所述弹性连接件位于所述顶箔与所述外圈之间，并沿所述顶箔的周向设置有多个，所述弹性连接件的一端与所述顶箔连接，另一端与所述外圈连接，相邻两个所述弹性连接件与所述顶箔以及所述外圈之间形成有液冷流道；

所述弹性支撑件位于所述液冷流道内，并与所述顶箔或所述外圈连接，所述弹性支撑件在受到沿所述顶箔径线方向的压力时弹性变形。

作为对所述轴承本体的进一步可选的方案，所述弹性支撑件呈条形设置，并与所述顶箔的径线方向倾斜相交；或者

所述弹性支撑件呈弧形设置。

作为对所述轴承本体的进一步可选的方案，所述弹性支撑件与所述顶箔连接，所述弹性支撑件与所述外圈间隙配合。

作为对所述轴承本体的进一步可选的方案，所述顶箔上设置有开口；

所述轴承本体还包括位移吸收件，所述位移吸收件位于所述开口处并与所述顶箔连接，所述位移吸收件可沿所述顶箔的周向弹性变形。

作为对所述轴承本体的进一步可选的方案，所述液冷流道的内壁设置有密封层。

作为对所述轴承本体的进一步可选的方案，所述顶箔的内壁设置有减摩耐磨涂层。

作为对所述轴承本体的进一步可选的方案，所述轴承本体包括若干箔单元，若干所述箔单元沿所述轴承本体的轴线方向堆叠设置，每个所述箔单元均包括所述顶箔、所述外圈、所述弹性连接件和所述弹性支撑件。

本发明的另一目的是提供一种箔片动压轴承。

本发明提供如下技术方案：

一种箔片动压轴承，包括端盖和上述轴承本体；

所述端盖成对设置于所述轴承本体沿轴线方向的两端，其中一个所述端盖上设置有冷却液入口，另一个所述端盖上设置有冷却液出口，所述冷却液入口和所述冷却液出口均与所述液冷流道连通。

作为对所述箔片动压轴承的进一步可选的方案，其中一个所述端盖上设置有环形的分流槽，所述冷却液入口通过所述分流槽与所述液冷流道连通；

另一个所述端盖上设置有环形的合流槽，所述冷却液出口通过所述合流槽与所述液冷流道连通。

本发明的又一目的是提供一种旋转机械轴系。

本发明提供如下技术方案：

一种旋转机械轴系，包括上述箔片动压轴承。

本发明的实施例具有如下有益效果：

在上述轴承本体中，外圈作为其它部件的安装基础，用于与轴承座配合。顶箔通过弹性连接件与外圈连接，设置在顶箔与外圈之间的弹性支撑件替代常规的波箔并对顶箔形成弹性支撑。使用时，将冷却液注入液冷流道，对顶箔外壁进行冲刷并吸收顶箔的热量，使顶箔冷却降温，以避免顶箔上的PTFE涂层失效。与压缩空气相比，冷却液的密度和比热容更大，冷却效果更好。通过相邻两个弹性连接件和顶箔以及外圈形成液冷流道，能够限制冷却液的流动路径，避免冷却液冲刷顶箔致其脱离设计位置，同时避免将杂物带入顶箔与转轴之间。

使用上述箔片动压轴承时，冷却液自其中一个端盖上的冷却液入口流入，然后进一步流入液冷流道内，吸收顶箔的热量后从另一个端盖上的冷却液出口流出。

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轴承本体的整体结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种轴承本体的正视图；

图3示出了本发明实施例提供的一种轴承本体的爆炸示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承的整体结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承中其中一个端盖的结构示意图；

图6示出了图5中A-A向剖面示意图；

图7示出了本发明实施例提供的一种箔片动压轴承中另一个端盖的结构示意图。

主要元件符号说明：

100-轴承本体；101-液冷流道；102-箔单元；110-顶箔；111-开口；120-外圈；130-弹性连接件；140-弹性支撑件；150-位移吸收件；200-端盖；210-冷却液入口；220-冷却液出口；230-分流槽；240-隔断避让凸台；241-避让孔；250-合流槽。

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1

请一并参阅图1和图2，本实施例提供一种轴承本体100，包括顶箔110、外圈120、弹性连接件130和弹性支撑件140。其中，顶箔110通过弹性连接件130与外圈120连接，弹性支撑件140则与顶箔110或者外圈120连接。

具体地，顶箔110呈环形设置。在自然状态下，顶箔110的轴线与轴承本体100的中轴线重合。

外圈120环设于顶箔110外侧，且外圈120的轴线与轴承本体100的中轴线重合。

弹性连接件130位于顶箔110与外圈120之间，并沿顶箔110的周向设置有多个。弹性连接件130的一端与顶箔110连接，弹性连接件130的另一端与外圈120连接。

弹性连接件130在受力时可弹性变形。在自然状态下，多个弹性连接件130共同承担顶箔110的重力，其变形幅度可忽略不计，使顶箔110与外圈120的相对位置保持一定。当顶箔110受到载荷或者冲击时，弹性连接件130发生变形，允许顶箔110变形或者位移。

在一些具体实施方式中，弹性连接件130的材质与顶箔110相同，均采用金属箔材加工而成，且弹性连接件130设置为片状，从而能够在受力时弹性变形。

在另一些具体实施方式中，弹性连接件130也可以设置为其它形状，如具有一个或者多个弧形段等。

此外，相邻两个弹性连接件130与顶箔110以及外圈120之间形成有液冷流道101。

每个液冷流道101内均设置有多个弹性支撑件140，且弹性支撑件140在受到沿顶箔110径线方向的压力时弹性变形。

在上述轴承本体100中，外圈120作为其它部件的安装基础，用于与轴承座配合。设置在顶箔110与外圈120之间的弹性支撑件140替代常规的波箔，并对顶箔110形成弹性支撑。

使用时，将冷却液注入液冷流道101，利用冷却液对顶箔110外壁进行冲刷并吸收顶箔110的热量，使顶箔110冷却降温，以避免顶箔110上的PTFE涂层失效。

进一步地，顶箔110上设置有开口111，并在开口111两侧分别形成端部，从而能够沿自身的周向位移。

相应地，上述轴承本体100还包括位移吸收件150。位移吸收件150位于开口111处并与两个端部连接，位移吸收件150可沿顶箔110的周向弹性变形。

当顶箔110的两个端部相互靠拢时，位移吸收件150沿顶箔110的周向压缩。当顶箔110的两个端部相互远离时，位移吸收件150沿顶箔110的周向拉伸。由此，连接两个端部的位移吸收件150能够吸收端部的位移，并使开口111处保持密封，防止冷却液从开口111泄漏。

在一些具体实施方式中，位移吸收件150呈弧形设置。

在本申请的另一实施例中，顶箔110也可以设置为具有若干弧形拱波的弹性支撑结构，且顶箔110的内壁另设有一片箔片，用以支撑转轴。

在本实施例中，弹性支撑件140呈条形设置，且弹性支撑件140与顶箔110的径线方向倾斜相交。此外，弹性支撑件140设置有多个，多个弹性支撑件140环绕顶箔110的轴线呈圆周阵列排布。

当弹性支撑件140受到沿顶箔110径线方向的压力时，该压力沿垂直于弹性支撑件140的方向存在分力，使条形的弹性支撑件140弯曲变形。一方面，变形后的弹性支撑件140所具有的弹力能够对顶箔110形成支撑。另一方面，变形后的弹性支撑件140沿顶箔110径线方向的尺寸变小，允许顶箔110的局部区域沿自身径线方向位移。由此，弹性支撑件140对顶箔110形成弹性支撑。

在本申请的另一实施例中，弹性支撑件140也可以呈弧形设置，能够在受到来自任意方向的压力后发生变形。

在本实施例中，弹性支撑件140与顶箔110连接，并与外圈120间隙配合。

自然状态下，弹性支撑件140不与外圈120的内壁直接接触，以便冷却液在液冷流道101内自由流动。

当顶箔110的局部区域承受较大载荷或者瞬时冲击时，顶箔110的该区域朝向外圈120产生较大位移。连接在该区域的弹性支撑件140先朝向外圈120移动，直至与外圈120的内壁抵持，然后发生变形。

此外，弹性支撑件140位于液冷流道101内，起到类似于散热翅片的效果，有效地扩大了顶箔110的散热面积，促进顶箔110与冷却液之间的热量交换，能够加快降温过程。

在本申请的另一实施例中，也可以使弹性支撑件140与外圈120的内壁连接，并与顶箔110间隙配合。

在本申请的又一实施例中，还可以使部分弹性支撑件140与顶箔110连接，并与外圈120间隙配合，使剩余的弹性支撑件140与外圈120的内壁连接，并与顶箔110间隙配合。

请参阅图3，进一步地，上述轴承本体100由若干箔单元102组成。若干箔单元102沿轴承本体100的轴线方向堆叠设置，且每个箔单元102均包括顶箔110、外圈120、弹性连接件130和弹性支撑件140。

加工上述轴承本体100时，先分别加工各个箔单元102，然后将各个箔单元102沿轴向堆叠，堆叠过程中确保弹性连接件130互相重合。此外，相邻两个箔单元102之间涂胶，并压紧压实。待胶层固化后，对外圈120的外壁和顶箔110的内壁进行精磨处理，使其表面无堆叠痕迹。

在一些具体实施方式中，箔单元102呈片状设置，箔单元102的厚度方向与轴承本体100的轴线方向平行。

此时，对片状箔材进行激光切割或者刻蚀加工，即可得到箔单元102，易于加工成型。

进一步地，对精磨后的轴承本体100进行浸胶工艺处理，使得液冷流道101的内壁形成密封层，能够防止冷却液在液冷流道101内流动时泄漏。

进一步地，对精磨后的顶箔110的内壁进行电镀或者喷涂工艺处理，使得顶箔110的内壁形成减摩耐磨涂层。

当转轴冲击在顶箔110内壁上时，减摩耐磨涂层能够减小转轴与顶箔110之前的摩擦力，同时具有更好的耐磨性能，不易磨损。

总之，与现有的采用压缩空气冷却的方式相比，上述轴承本体100采用冷却液冷却。由于冷却液的密度和比热容更大，冷却液能够带走更多的热量，冷却效果更好。

其次，通过相邻两个弹性连接件130和顶箔110以及外圈120形成液冷流道101，能够限制冷却液的流动路径，避免冷却液冲刷顶箔110致其脱离设计位置，冷却液不会造成顶箔110、弹性支撑件140和外圈120之间发生宏观的相对位移，不会造成顶箔110与转轴接触而引起顶箔110磨损。与此同时，限制冷却液的流动路径还能避免将杂物带入顶箔110与转轴之间，不会造成轴承本体100磨损失效。此外，冷却液的流动路径完全设定在轴承本体100内部，换热路径更短，配合弹性支撑件140，能够将顶箔110的热量快速换热导出，从而快速对顶箔110冷却降温。

最后，冷却液可以从压缩机自带的冷却系统中引入，而无需从压缩机后端引入，不会造成压缩气体损失，保证整机的压缩效果。

实施例2

请参阅图4，本实施例提供一种箔片动压轴承，包括端盖200和上述轴承本体100，且端盖200成对设置在轴承本体100沿轴线方向的两端。

其中一个端盖200上设置有冷却液入口210，另一个端盖200上设置有冷却液出口220，且冷却液入口210和冷却液出口220均与液冷流道101（参阅图2）连通。

使用上述箔片动压轴承时，冷却液自其中一个端盖200上的冷却液入口210流入，然后进一步流入液冷流道101内，吸收顶箔110的热量后从另一个端盖200上的冷却液出口220流出。经过外部冷却后，温度降低的冷却液循环进入液冷流道101，持续对顶箔110进行冷却降温。

请一并参阅图5和图6，在一些具体实施方式中，其中一个端盖200上设置有环形的分流槽230，且冷却液入口210通过分流槽230与液冷流道101连通。

使用时，冷却液自冷却液入口210流入分流槽230内，并沿分流槽230流动，进而同时流入多个液冷流道101。

需要注意的是，端盖200上对应于位移吸收件150设置有隔断避让凸台240。隔断避让凸台240将分流槽230隔断，使得分流槽230不为完整的圆环形，且隔断避让凸台240上开设有避让孔241。

请参阅图7，类似地，另一个端盖200上设置有隔断避让凸台240和环形的合流槽250，且冷却液出口220通过合流槽250与液冷流道101连通。

使用时，流出液冷流道101的冷却液直接进入合流槽250内，并沿合流槽250流动，直至在冷却液出口220处合流，最终从冷却液出口220流出。

本实施例还提供一种旋转机械轴系，包括转轴、轴承座和上述箔片动压轴承。

其中，转轴穿设于顶箔110内，与顶箔110间隙配合。轴承座具有安装孔，外圈120固定在安装孔的孔壁上。

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)

1.一种轴承本体，其特征在于，包括顶箔、外圈、弹性连接件和弹性支撑件；

所述顶箔呈环形设置，所述外圈环设于所述顶箔外侧；

所述弹性连接件位于所述顶箔与所述外圈之间，并沿所述顶箔的周向设置有多个，所述弹性连接件的一端与所述顶箔连接，另一端与所述外圈连接，相邻两个所述弹性连接件与所述顶箔以及所述外圈之间形成有液冷流道；

所述弹性支撑件位于所述液冷流道内，并与所述顶箔或所述外圈连接，所述弹性支撑件在受到沿所述顶箔径线方向的压力时弹性变形。

2.根据权利要求1所述的轴承本体，其特征在于，所述弹性支撑件呈条形设置，并与所述顶箔的径线方向倾斜相交；或者

所述弹性支撑件呈弧形设置。

3.根据权利要求1所述的轴承本体，其特征在于，所述弹性支撑件与所述顶箔连接，所述弹性支撑件与所述外圈间隙配合。

4.根据权利要求1所述的轴承本体，其特征在于，所述顶箔上设置有开口；

所述轴承本体还包括位移吸收件，所述位移吸收件位于所述开口处并与所述顶箔连接，所述位移吸收件可沿所述顶箔的周向弹性变形。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的轴承本体，其特征在于，所述液冷流道的内壁设置有密封层。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的轴承本体，其特征在于，所述顶箔的内壁设置有减摩耐磨涂层。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的轴承本体，其特征在于，所述轴承本体包括若干箔单元，若干所述箔单元沿所述轴承本体的轴线方向堆叠设置，每个所述箔单元均包括所述顶箔、所述外圈、所述弹性连接件和所述弹性支撑件。

8.一种箔片动压轴承，其特征在于，包括端盖和权利要求1-7中任一项所述的轴承本体；

所述端盖成对设置于所述轴承本体沿轴线方向的两端，其中一个所述端盖上设置有冷却液入口，另一个所述端盖上设置有冷却液出口，所述冷却液入口和所述冷却液出口均与所述液冷流道连通。

9.根据权利要求8所述的箔片动压轴承，其特征在于，其中一个所述端盖上设置有环形的分流槽，所述冷却液入口通过所述分流槽与所述液冷流道连通；

另一个所述端盖上设置有环形的合流槽，所述冷却液出口通过所述合流槽与所述液冷流道连通。

10.一种旋转机械轴系，其特征在于，包括权利要求8或9中所述的箔片动压轴承。