CN116972067A - 一种动静压混合箔片轴承及轴系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动静压混合箔片轴承及轴系，涉及传动部件领域。动静压混合箔片轴承包括轴承本体和端盖；轴承本体包括多个箔单元，箔单元包括内圈、外圈、弹性连接件和弹性支撑件。外圈作为其它部件的安装基础。内圈通过弹性连接件与外圈连接，相邻两个弹性连接件与内圈以及外圈之间形成有气体通道，设置在内圈与外圈之间的弹性支撑件对内圈形成弹性支撑。部分箔单元的内圈设置有连通气体通道的断口。端盖上设置有气体入口与气体通道连通。将压缩气体注入端盖上的气体入口，压缩气体进一步流入气体通道，然后经断口进入内圈的内侧。结构简单，可靠性高，承载能力好，能够简便、高效地实现动静压混合润滑，同时降低了轴承的加工和安装难度。

Description

一种动静压混合箔片轴承及轴系

技术领域

本发明涉及传动部件领域，尤其涉及一种动静压混合箔片轴承及轴系。

背景技术

箔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。

传统的箔轴承大多为动压箔片轴承，其由顶箔、波箔和轴承套筒构成，且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。

然而，动压箔片轴承的承载能力较弱，高速稳定性较差。因此，动静压混合径向气体箔片轴承逐渐被采用。

现有的动静压混合径向气体箔片轴承以动压箔片轴承为基础，在轴承套筒和波箔上安装供气导管，并在顶箔上开设供气孔。供气导管的一端连通至顶箔的供气孔，与供气孔间隙配合。压缩气体通过供气导管和供气孔进入顶箔的内侧表面，并充满在转轴和顶箔之间，从而达到动静压混合的设计效果。

但是，压缩气体容易从供气导管与供气孔的孔壁之间的间隙泄露，导致，参与的压缩气体流量减小，效果减弱，增大了压缩气体的消耗量。

此外，在压缩气体作用下，存在供气导管与顶箔运动不同步的情况。导致供气导管的一端突出顶箔而划伤转轴，或者导致供气导管与顶箔的供气孔相互脱离而增大压缩气体的泄漏量。

再者，压缩气体经供气导管输送至顶箔内表面，而顶箔外表面的压力为环境大气压，使得顶箔内表面和外表面存在压差。该压差带来的载荷传递至波箔上，增大了波箔的结构变形与结构应力，导致轴承的承载能力和可靠性降低。

最后，供气导管需要沿轴承的径线方向穿过轴承套筒和波箔，才能将外部高压气体通入顶箔内侧。为此，需要在轴承座、轴承套筒和波箔上设计专门的轴向避让结构，增加了轴承座、轴承套筒和波箔的加工难度，并增加了轴承座的结构刚度的不对称性，对转子-轴承系统的稳定性存在不利影响。

发明内容

为了解决现有的动静压混合径向气体箔片轴承存在的压缩气体泄漏、供气导管划伤转轴以及承载能力和可靠性降低的问题，本发明的目的之一是提供一种动静压混合箔片轴承。

本发明提供如下技术方案：

一种动静压混合箔片轴承，包括轴承本体和端盖；

所述轴承本体包括沿轴线方向排列的多个箔单元，所述箔单元包括内圈、外圈、弹性连接件和弹性支撑件；

所述内圈和所述外圈均呈环形设置，且所述外圈环设于所述内圈外侧；

所述弹性连接件位于所述内圈与所述外圈之间，并沿所述内圈的周向设置有多个，所述弹性连接件的一端与所述内圈连接，另一端与所述外圈连接，相邻两个所述弹性连接件与所述内圈以及所述外圈之间形成有气体通道；

所述弹性支撑件位于所述气体通道内，并与所述内圈或所述外圈连接，所述弹性支撑件在受到沿所述内圈径线方向的压力时弹性变形；

部分所述箔单元的所述内圈设置有断口，所述断口与所述气体通道连通；

所述端盖成对设置于所述轴承本体沿轴线方向的两端，至少一个所述端盖上设置有气体入口，所述气体入口与所述气体通道连通。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述端盖上设置有环形的分流槽，所述气体入口通过所述分流槽与所述气体通道连通。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述弹性支撑件呈条形设置，并与所述内圈的径线方向倾斜相交。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述弹性支撑件呈弧形设置。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述弹性支撑件与所述内圈连接，所述弹性支撑件与所述外圈间隙配合。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述内圈上设置有开口；

所述箔单元还包括位移吸收件，所述位移吸收件位于所述开口处并与所述内圈连接，所述位移吸收件可沿所述内圈的周向弹性变形。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述端盖上设置有避让凸台，所述避让凸台上设置有与所述位移吸收件相对的避让孔。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述气体通道的内壁和所述轴承本体沿轴线方向的端面均设置有密封层。

作为对所述动静压混合箔片轴承的进一步可选的方案，所述内圈的内壁设置有减摩耐磨涂层。

本发明的另一目的是提供一种轴系。

本发明提供如下技术方案：

一种轴系，包括上述动静压混合箔片轴承。

本发明的实施例具有如下有益效果：

在上述动静压混合箔片轴承中，外圈替代常规的轴承套筒，作为其它部件的安装基础。内圈通过弹性连接件与外圈连接，设置在内圈与外圈之间的弹性支撑件替代常规的波箔并对内圈形成弹性支撑。其中，部分箔单元的内圈设置有连通气体通道的断口。使用时，将压缩气体注入端盖上的气体入口，压缩气体进一步流入气体通道，然后经断口进入内圈的内侧。在此过程中，内圈外侧的空间属于压缩气流流动路径的一部分，不会出现压缩气体泄露的情况，减小了压缩气体的消耗量，也不会因压缩气体而导致内圈内侧和外侧形成压差，避免了动静压混合箔片轴承的承载能力和可靠性降低。此外，由于取消了供气导管的设置，故不会出现转轴被划伤的情况。

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动静压混合箔片轴承的整体结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种动静压混合箔片轴承中轴承本体的爆炸示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种动静压混合箔片轴承中一部分箔单元的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种动静压混合箔片轴承中另一部分箔单元的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种动静压混合箔片轴承中端盖的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种动静压混合箔片轴承在一些具体实施方式下的爆炸示意图。

主要元件符号说明：

100-轴承本体；110-箔单元；110a-第一箔单元；110b-第二箔单元；111-内圈；111a-断口；111b-开口；112-外圈；113-弹性连接件；114-弹性支撑件；115-位移吸收件；120-气体通道；200-端盖；210-气体入口；220-避让凸台；230-避让孔；240-分流槽。

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

请参阅图1，本实施例提供一种动静压混合箔片轴承（以下简称为“轴承”），包括轴承本体100和端盖200。其中，轴承本体100呈圆筒状，端盖200成对设置在轴承本体100沿轴线方向的两端。

请一并参阅图2和图3，具体地，轴承本体100包括沿轴线方向排列的多个箔单元110，每个箔单元110均包括内圈111、外圈112、弹性连接件113和弹性支撑件114。

内圈111和外圈112均呈环形设置，且外圈112环设于内圈111外侧。内圈111的轴线在自然状态下与轴承本体100的中轴线重合，并在承受载荷或者冲击时偏离轴承本体100的中轴线。外圈112的轴线始终与轴承本体100的中轴线重合。

弹性连接件113位于内圈111与外圈112之间，并沿内圈111的周向设置有多个。弹性连接件113的一端与内圈111连接，另一端与外圈112连接。相邻两个弹性连接件113与内圈111以及外圈112之间形成有气体通道120。

弹性连接件113在受力时可弹性变形。在自然状态下，多个弹性连接件113共同承担内圈111的重力，其变形幅度可忽略不计，使内圈111与外圈112的相对位置保持一定。当内圈111受到载荷或者冲击时，弹性连接件113发生变形，允许内圈111变形或者位移。

在一些具体实施方式中，弹性连接件113的材质与内圈111相同，均采用金属箔材加工而成，且弹性连接件113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113也可以设置为其它形状，如具有一个或者多个弧形段等。

每个气体通道120内均设置有多个弹性支撑件114，弹性支撑件114与内圈111或者外圈112连接，且弹性支撑件114在受到沿顶箔径线方向的压力时弹性变形。

请一并参阅图3和图4，箔单元110分为两种，分别是第一箔单元110a和第二箔单元110b。其中，第二箔单元110b的内圈111上设置有断口111a，断口111a与气体通道120连通，第一箔单元110a的内圈111则未设置断口111a。

请再次参阅图1，此外，至少一个端盖200上设置有气体入口210，气体入口210同样与气体通道120连通。

在上述动静压混合箔片轴承中，外圈112替代常规的轴承套筒，作为其它部件的安装基础。内圈111通过弹性连接件113与外圈112连接，设置在内圈111与外圈112之间的弹性支撑件114替代常规的波箔并对内圈111形成弹性支撑。

使用时，将压缩气体注入端盖200上的气体入口210，压缩气体进一步流入气体通道120，然后经断口111a进入内圈111的内侧，达到动静压混合润滑的效果。

在此过程中，气体通道120由相邻两个弹性连接件113与内圈111以及外圈112合围而成。不需要额外的供气导管和进气口装置，外部压缩气体直接从轴承内部输送到断口111a处，并从断口111a进入到内圈111内侧。而内圈111外侧的空间属于压缩气流流动路径的一部分，避免现有的供气导管与顶箔进气口配合引起的不必要的泄露与结构失效，不会造成压缩气体损失，减小了压缩气体的消耗量。

同时由于内圈111外侧的空间属于压缩气流流动路径的一部分，也不会因压缩气体而导致内圈111内侧和外侧形成压差，避免了轴承的承载能力和可靠性降低。

此外，与现有的动静压混合径向气体箔片轴承相比，由于上述轴承取消了供气导管的设置，故既不会出现转轴被划伤的情况，也不需要在轴承座、外圈112和弹性支撑件114上设计专门的轴向避让结构，避免增加加工难度以及轴承座的结构刚度的不对称性，确保转子-轴承系统的稳定。

请再次参阅图2和图3，进一步地，内圈111上设置有开口111b，并在开口111b两侧分别形成端部，从而能够沿自身的周向位移。

相应地，箔单元110还包括位移吸收件115。位移吸收件115位于开口111b处并与两个端部连接，位移吸收件115可沿内圈111的周向弹性变形。

请结合图5，此外，端盖200上设置有避让凸台220，避让凸台220上设置有与位移吸收件115相对的避让孔230。

当内圈111的两个端部相互靠拢时，位移吸收件115沿内圈111的周向压缩。当内圈111的两个端部相互远离时，位移吸收件115沿内圈111的周向拉伸。由此，连接两个端部的位移吸收件115能够吸收端部的位移，并使开口111b处保持密封，防止压缩气体从开口111b泄漏。

在一些具体实施方式中，位移吸收件115呈弧形设置。

在本实施例中，弹性支撑件114呈条形设置，且弹性支撑件114与内圈111的径线方向倾斜相交。此外，弹性支撑件114设置有多个，多个弹性支撑件114环绕内圈111的轴线呈圆周阵列排布。

当弹性支撑件114受到沿内圈111径线方向的压力时，该压力沿垂直于弹性支撑件114的方向存在分力，使条形的弹性支撑件114弯曲变形。一方面，变形后的弹性支撑件114所具有的弹力能够对内圈111形成支撑。另一方面，变形后的弹性支撑件114沿内圈111径线方向的尺寸变小，允许内圈111的局部区域沿自身径线方向位移。由此，弹性支撑件114对内圈111形成弹性支撑。

在本申请的另一实施例中，弹性支撑件114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114与内圈111连接，并与外圈112间隙配合。

自然状态下，弹性支撑件114不与外圈112的内壁直接接触，以便压缩气体在气体通道120内自由流动。

当内圈111的局部区域承受较大载荷或者瞬时冲击时，内圈111的该区域朝向外圈112产生较大位移。连接在该区域的弹性支撑件114先朝向外圈112移动，直至与外圈112的内壁抵持，然后发生变形。

在本申请的另一实施例中，也可以使弹性支撑件114与外圈112的内壁连接，并与内圈111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114与内圈111连接，并与外圈112间隙配合，使剩余的弹性支撑件114与外圈112的内壁连接，并与内圈111间隙配合。

在本实施例中，箔单元110呈片状设置，箔单元110的厚度方向与轴承本体100的轴线方向平行，且各个箔单元110沿厚度方向堆叠形成轴承本体100。

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110，易于加工成型。然后将各个箔单元110沿厚度方向堆叠，堆叠过程中确保弹性连接件113互相重合。此外，相邻两个箔单元110之间涂胶，并压紧压实。待胶层固化后，对外圈112的外壁和内圈111的内壁进行精磨处理，使其表面无堆叠痕迹。

请参阅图6，在一些具体实施方式中，第二箔单元110b设置有一个，并位于轴承本体100的中部。当第二箔单元110b和各个第一箔单元110a堆叠在一起时，第二箔单元110b上的断口111a与相邻两个第一箔单元110a合围形成完整的进气孔，气体通道120内的压缩气体通过进气孔进入内圈111的内侧，实现混合润滑。

在另一些具体实施方式中，也可以设置更多数量的第二箔单元110b，并将第二箔单元110b排列在轴承本体100的任意位置。

进一步地，对精磨后的轴承本体100进行浸胶工艺处理，使得气体通道120的内壁和轴承本体100沿轴线方向的端面形成密封层，能够进一步防止压缩气体在流动时泄漏。

进一步地，对精磨后的内圈111的内壁进行电镀或者喷涂工艺处理，使得内圈111的内壁形成减摩耐磨涂层。

当转轴冲击在内圈111内壁上时，减摩耐磨涂层能够减小转轴与内圈111之间的摩擦力，同时具有更好的耐磨性能，不易磨损。

在本实施例中，两个端盖200上均设置有气体入口210，压缩气体可以同时从气体通道120的两端注入。

请再次参阅图5，进一步地，端盖200上设置有环形的分流槽240，且分流槽240在避让凸台220处被隔断，气体入口210则通过分流槽240与各个气体通道120连通。

总之，上述轴承结构简单，可靠性高，承载能力好，能够简便、高效地实现动静压混合润滑，同时降低了轴承的加工和安装难度。

本实施例还提供一种轴系，包括转轴、轴承座和上述轴承。

其中，转轴穿设于内圈111内，与内圈111间隙配合。轴承座具有安装孔，外圈112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)

1.一种动静压混合箔片轴承，其特征在于，包括轴承本体和端盖；

所述轴承本体包括沿轴线方向排列的多个箔单元，所述箔单元包括内圈、外圈、弹性连接件和弹性支撑件；

所述内圈和所述外圈均呈环形设置，且所述外圈环设于所述内圈外侧；

所述弹性连接件位于所述内圈与所述外圈之间，并沿所述内圈的周向设置有多个，所述弹性连接件的一端与所述内圈连接，另一端与所述外圈连接，相邻两个所述弹性连接件与所述内圈以及所述外圈之间形成有气体通道；

所述弹性支撑件位于所述气体通道内，并与所述内圈或所述外圈连接，所述弹性支撑件在受到沿所述内圈径线方向的压力时弹性变形；

部分所述箔单元的所述内圈设置有断口，所述断口与所述气体通道连通；

所述端盖成对设置于所述轴承本体沿轴线方向的两端，至少一个所述端盖上设置有气体入口，所述气体入口与所述气体通道连通。

2.根据权利要求1所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述端盖上设置有环形的分流槽，所述气体入口通过所述分流槽与所述气体通道连通。

3.根据权利要求1所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述弹性支撑件呈条形设置，并与所述内圈的径线方向倾斜相交。

4.根据权利要求1所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述弹性支撑件呈弧形设置。

5.根据权利要求1所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述弹性支撑件与所述内圈连接，所述弹性支撑件与所述外圈间隙配合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述内圈上设置有开口；

所述箔单元还包括位移吸收件，所述位移吸收件位于所述开口处并与所述内圈连接，所述位移吸收件可沿所述内圈的周向弹性变形。

7.根据权利要求6所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述端盖上设置有避让凸台，所述避让凸台上设置有与所述位移吸收件相对的避让孔。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述气体通道的内壁和所述轴承本体沿轴线方向的端面均设置有密封层。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的动静压混合箔片轴承，其特征在于，所述内圈的内壁设置有减摩耐磨涂层。

10.一种轴系，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的动静压混合箔片轴承。