CN116989060B - 一种推力轴承及轴系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种推力轴承及轴系，涉及传动结构领域。推力轴承包括安装座、弹性箔片、第一抵持件、第二抵持件和顶箔；弹性箔片包括第一连接件和若干悬臂肋条；第一抵持件成对设置于悬臂肋条朝向安装座的一侧，并与悬臂肋条抵持；第二抵持件设置于悬臂肋条背向安装座的一侧，与悬臂肋条抵持，以使悬臂肋条的端部背向安装座弯曲；顶箔与安装座连接，并与悬臂肋条的端部相抵。弹性箔片采用出厂为时效强化状态的箔材直接通过蚀刻或切割等工艺加工得到，加工过程中不会产生残余应力，因而成型后无需进行热处理来释放加工应力以及提高机械强度，也无需担心箔材回弹，能够显著降低箔片动压推力轴承的加工成本和加工周期，保证成型尺寸精度。

Description

一种推力轴承及轴系

技术领域

本发明涉及传动结构领域，尤其涉及一种推力轴承及轴系。

背景技术

与传统轴承相比，箔片式轴承尤其适用于高转速、轻负载、高温、低温以及无油工况的旋转机械，包括离心鼓风机、燃料电池空压机、余热回收发电机、制冷压缩机和微型燃气轮机等，在新能源行业和民用流体机械等领域具有广阔的应用前景。

箔片式动压推力轴承是一种以气体为润滑介质的轴承，与转轴上的推力盘配合工作。当推力盘高速运转时，箔片式动压推力轴承的顶层箔片和推力盘之间形成的楔形区域利用气体的动压效应产生高压区，从而支撑起推力盘，实现气体润滑。

根据支撑箔片的不同，传统的箔片式动压推力轴承可以分为两种，分别是冲压拱形弹性支撑和叠片梁式弹性支撑。

在冲压拱形弹性支撑结构中，支撑箔片呈拱形设置，也被称为波箔。波箔需要利用整片箔材在固溶态冲压成型，然后进行时效强化热处理，以此提高材料强度和减小箔片回弹，保证尺寸稳定性。因此，波箔存在加工周期长、成型尺寸精度低、制造检测成本高的问题。

而在叠片梁式弹性支撑结构中，支撑箔片由若干个带有径向悬臂肋条的环形箔片层叠而成。带有肋条的箔片相互堆叠后仍然保持平面状态，且各层肋条交错设置，从而在箔片的若干部位的下方呈现悬空状态，以便在受外力作用后沿轴向变形。

箔片式动压推力轴承要求叠片梁式弹性支撑结构对顶层箔片的支撑点在圆周方向的有限角度范围内（一般小于60°）形成高度均匀变化斜面特征，从而使得顶层箔片和推力盘之间形成楔形区域。其中，斜面特征的高度差为叠片梁式弹性支撑结构的一个重要设计尺寸，一般为0.1mm。

然而，常用箔片的厚度一般为0.1mm，多个箔片相互堆叠所形成的斜面特征的高度差明显大于预期值。因此，叠片梁式弹性支撑结构难以满足设定的斜面高度差。

此外，叠片梁式弹性支撑结构对顶层箔片的支撑点分布比较稀疏，支撑刚度较弱，容易造成顶层箔片局部塌陷，导致压缩空气从凹陷处逃逸，进而降低轴承承载能力。

发明内容

为了解决现有的波箔存在的加工周期长、成型尺寸精度低、制造检测成本高的问题，本发明的目的之一是提供一种推力轴承。

本发明提供如下技术方案：

一种推力轴承，包括安装座、弹性箔片、第一抵持件、第二抵持件和顶箔；

所述弹性箔片包括第一连接件和若干悬臂肋条，所述第一连接件与所述安装座连接，若干所述悬臂肋条均与所述第一连接件连接；

所述第一抵持件成对设置于所述悬臂肋条朝向所述安装座的一侧，并与所述悬臂肋条抵持；

所述第二抵持件设置于所述悬臂肋条背向所述安装座的一侧，并与成对的两个所述第一抵持件之间的区域相对，所述第二抵持件与所述悬臂肋条抵持，以使所述悬臂肋条的端部背向所述安装座弯曲；

所述顶箔与所述安装座连接，并与所述悬臂肋条的端部相抵。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，若干所述悬臂肋条沿所述推力轴承的周向分为多组，同一组的所述悬臂肋条的长度依次变化。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，若干所述悬臂肋条沿第一方向分为多排，同一排的所述悬臂肋条沿第二方向排列，且相邻两排所述悬臂肋条沿所述第二方向错位布置，所述第二方向与所述第一方向垂直。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，所述推力轴承还包括调整件，所述调整件与所述安装座连接，并位于所述顶箔的外沿与所述弹性箔片之间。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，所述第一连接件包括环形连接部和条形连接部，所述环形连接部沿所述推力轴承的周向设置，所述条形连接部平行于所述第二抵持件，相邻的两个所述悬臂肋条之间、所述悬臂肋条与所述环形连接部之间均通过所述条形连接部连接。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，所述第一抵持件与所述安装座连接。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，所述推力轴承还包括第二连接件，所述第二连接件与所述安装座连接，所述第二抵持件与所述第二连接件连接。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，所述顶箔包括第三连接件和多个轴瓦，所述第三连接件与所述安装座连接，多个所述轴瓦均与所述第三连接件连接，所述轴瓦与所述悬臂肋条的端部相抵。

作为对所述推力轴承的进一步可选的方案，所述推力轴承还包括第四连接件，所述第四连接件与所述安装座连接，所述第一抵持件与所述第四连接件连接。

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，包括上述推力轴承。

本发明的实施例具有如下有益效果：

在上述推力轴承中，成对设置的第一抵持件与悬臂肋条朝向安装座的一侧抵持，与两个第一抵持件之间的区域相对的第二抵持件与悬臂肋条的另一侧抵持，从而使悬臂肋条的端部背向安装座弯曲。在此基础上，顶箔与悬臂肋条的端部相抵，故弹性箔片能够替代现有的波箔对顶箔进行弹性支撑。与常规的波箔相比，弹性箔片采用出厂为时效强化状态的箔材直接通过蚀刻或切割等工艺加工得到，加工过程中不会产生残余应力，因而成型后无需进行热处理来释放加工应力以及提高机械强度，也无需担心箔材回弹，能够显著降低箔片动压推力轴承的加工成本和加工周期，保证成型尺寸精度。

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推力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推力轴承在安装后的爆炸示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中悬臂肋条、第一抵持件和第二抵持件在安装前的配合关系示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中悬臂肋条、第一抵持件和第二抵持件在安装后的配合关系示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中安装座的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中弹性箔片在安装前的结构示意图；

图7示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中弹性箔片的局部结构示意图；

图8示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中弹性箔片在安装后的示意图；

图9示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中肋条压板的结构示意图；

图10示出了本发明实施例提供的一种推力轴承中顶箔的结构示意图。

主要元件符号说明：

100-安装座；110-第一抵持件；120-安装孔；200-弹性箔片；210-第一连接件；211-环形连接部；212-条形连接部；220-悬臂肋条；300-肋条压板；310-第二抵持件；320-第二连接件；321-外圈；322-内圈；323-连接板；330-隔断槽；400-顶箔；410-第三连接件；420-轴瓦；500-调整件。

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

请一并参阅图1和图2，本实施例提供一种推力轴承，具体为一种简易箔片式动压推力轴承。该推力轴承包括安装座100、弹性箔片200、第一抵持件110、第二抵持件310和顶箔400，且弹性箔片200、第一抵持件110、第二抵持件310和顶箔400均直接或间接地安装在安装座100上。

具体地，弹性箔片200包括第一连接件210和若干悬臂肋条220。第一连接件210与安装座100连接，若干悬臂肋条220均与第一连接件210连接。

请一并参阅图3和图4，第一抵持件110成对设置在悬臂肋条220朝向安装座100的一侧，并与悬臂肋条220抵持。

相对地，第二抵持件310设置在悬臂肋条220背向安装座100的一侧，并与成对的两个第一抵持件110之间的区域相对。

在初始状态下，悬臂肋条220为平面薄片状态。在安装过程中，第二抵持件310与悬臂肋条220抵持，使得悬臂肋条220的端部背向安装座100弯曲。在第一抵持件110和第二抵持件310的约束作用下，悬臂肋条220形成带有两个支撑点的U形弹性支撑特征。

此外，顶箔400与安装座100连接，并与悬臂肋条220的端部相抵。

在上述推力轴承中，弹性箔片200中悬臂肋条220形成的U形弹性支撑特征能够替代现有的波箔对顶箔400进行弹性支撑。与常规的波箔相比，弹性箔片200采用出厂为时效强化状态的箔材直接通过蚀刻或切割等工艺加工得到，加工过程中不会产生残余应力，因而成型后无需进行热处理来释放加工应力以及提高机械强度，也无需担心箔材回弹，能够显著降低箔片动压推力轴承的加工成本和加工周期，保证成型尺寸精度。

请参阅图5，在本实施例中，安装座100呈环形设置，且安装座100的轴线与整个推力轴承的轴线重合。

此外，安装座100的边沿开设有多个可供螺栓穿过的安装孔120，各个安装孔120沿安装座100的周向均匀分布。

在本实施例中，第一抵持件110与安装座100连接，一体成型在安装座100朝向弹性箔片200的一侧。此外，第一抵持件110呈条形设置。

在本申请的另一实施例中，第一抵持件110也可以设置为环形。

请一并参阅图6、图7和图8，在本实施例中，悬臂肋条220在初始状态下为长方形薄片，且成对的两个第一抵持件110沿悬臂肋条220的长度方向排列，第二抵持件310则与悬臂肋条220沿长度方向的中部抵持。

在本申请的另一实施例中，悬臂肋条220也可以是圆环形薄片。

进一步地，若干悬臂肋条220沿推力轴承的周向分为多组，每组悬臂肋条220分别替代一块常规的波箔。此外，同一组的悬臂肋条220在初始状态下的长度依次变化。

可以理解的是，对应于每个悬臂肋条220的两个第一抵持件110和一个第二抵持件310的相对位置关系保持一定，各个悬臂肋条220的端部斜向上翘起的角度相同。若悬臂肋条220的长度越大，则悬臂肋条220形成的U形弹性支撑特征越高。因此，使同一组的悬臂肋条220在初始状态下的长度依次变化，可以实现支撑高度的连续变化，形成任意的斜面高度差，对顶箔400形成均匀细密的支撑。

进一步地，若干悬臂肋条220沿第一方向分为多排，图中以X方向示意。同一排的悬臂肋条220沿第二方向排列，且相邻两排悬臂肋条220沿第二方向错位布置，图中以Y方向示意。其中，第二方向与第一方向垂直。

此时，各个悬臂肋条220形成的U形弹性支撑特征也相互错位，同样能够对顶箔400形成均匀细密的支撑，从而能够提高整个推力轴承的承载能力。

在一些具体实施方式中，第一方向与推力轴承的一条径线平行，第二方向与推力轴承的一条切线平行。

在另一些具体实施方式中，第一方向也可以与推力轴承的一条切线平行，第二方向则与推力轴承的一条径线平行。

在本实施例中，第一连接件210包括环形连接部211和条形连接部212。

其中，环形连接部211沿安装座100的周向（同时也是推力轴承的周向）设置。螺栓穿过安装座100上的安装孔120，并穿设于环形连接部211上，将环形连接部211与安装座100栓接固定。

条形连接部212平行于第二抵持件310，并连接于悬臂肋条220沿长度方向的中部，相邻的两个悬臂肋条220之间、悬臂肋条220与环形连接部211之间均通过条形连接部212连接。

当第二抵持件310抵持悬臂肋条220背向安装座100的一侧，使悬臂肋条220弯曲变形时，条形连接部212随悬臂肋条220的中部一起陷于成对的两个第一抵持件110之间。

在本申请的另一实施例中，第一连接件210的外沿也可以设置为扇形，每个第一连接件210与一组悬臂肋条220连接，构成一个弹性箔片200，且多个弹性箔片200分别与安装座100相连。

请参阅图9，在本实施例中，推力轴承还包括第二连接件320。第二连接件320与安装座100连接，第二抵持件310则与第二连接件320连接。

此时，第二连接件320将各个第二抵持件310连为一体，共同构成肋条压板300，便于加工、运输和安装。

在本申请的另一实施例中，也可以对应各组悬臂肋条220设置多个相互独立的肋条压板300，每个肋条压板300分别与安装座100相连。

在本实施例的一些具体实施方式中，第二连接件320由外圈321、内圈322和多个连接板323。

其中，外圈321和内圈322的轴线均与安装座100的轴线重合，且外圈321环绕在内圈322外侧。螺栓同样穿设于外圈321上，将外圈321与安装座100栓接固定。各个连接板323均沿安装座100的径线方向设置，多个连接板323沿安装座100的周向均匀排列。

此时，相邻的两个连接板323与外圈321、内圈322之间合围形成可供第二抵持件310嵌入的空腔，每个空腔分别与一组悬臂肋条220正对。

相应地，第二抵持件310的形状与第一抵持件110相同，呈条状设置，且第二抵持件310的一端与外圈321固定连接，另一端与内圈322或者连接板323固定连接。此外，各个第二抵持件310沿安装座100的周向排列，相邻两个第二抵持件310之间形成隔断槽330，以避让翘起的悬臂肋条220的端部。

可选地，上述肋条压板300为一体切割或者蚀刻成型，且肋条压板300具有足够的厚度，以确保其在安装过程中不发生明显变形，能够有效地抵持悬臂肋条220，使悬臂肋条220弯曲。

需要注意的是，在本申请的另一实施例中，第一抵持件110也可以不与安装座100一体成型。相应地，推力轴承还包括第四连接件。第四连接件的结构与第二连接件320相似，既与安装座100连接，又与第一抵持件110连接，将各个第一抵持件110连为一体，共同构成类似于肋条压板300的结构。

请参阅图10，在本实施例中，顶箔400包括第三连接件410和多个轴瓦420。

其中，螺栓同样穿设于第三连接件410上，将第三连接件410与安装座100栓接固定。多个轴瓦420均与第三连接件410连接，并分别与各组悬臂肋条220对应设置，轴瓦420与对应的悬臂肋条220的端部相抵。

进一步地，上述推力轴承还包括调整件500。调整件500呈环形设置，且调整件500的轴线与安装座100的轴线重合。螺栓同样穿设于调整件500上，将调整件500与安装座100栓接固定。

此外，调整件500位于顶箔400的外沿与弹性箔片200之间，用于调整顶箔400与悬臂肋条220所形成的U形弹性支撑特征之间的距离。

总之，在上述推力轴承中，安装座100、弹性箔片200、肋条压板300、调整件500和顶箔400沿轴线方向依次排列。螺栓依次穿过安装座100、弹性箔片200、肋条压板300、调整件500和顶箔400，将各个结构栓接固定在一起。在此过程中，安装座100上的第一抵持件110与肋条压板300中的第二抵持件310配合，使弹性箔片200中的悬臂肋条220弯曲变形，形成U形弹性支撑特征，进而替代传统的波箔对顶箔400形成弹性支撑。

上述推力轴承的弹性箔片200直接采用经过时效强化处理的热态原材料通过蚀刻或线切割加工获得，无需昂贵的冲压模具，也无需采用冲压或锻打等工艺获得弹性结构。蚀刻或线切割加工能够避免材料组织在加工过程中产生残余应力，不存在冲压工艺特有的尺寸回弹等问题，因而不需要通过后续的热处理工艺来提高机械强度以及释放应力，能够减小回弹以保证尺寸稳定性，大大降低了加工成本，缩短了制造周期。

其次，与传统的叠片梁式弹性支撑结构相比，上述推力轴承通过安装座100上的第一抵持件110与肋条压板300中的第二抵持件310将原本为平面薄片的悬臂肋条220的中部下压限位，使悬臂肋条220的两端翘起，只需一片弹性箔片200即可形成自然翘起的U形弹性支撑特征。在此基础上，错位布置的U形弹性支撑特征使得对顶箔400的支撑点分布更均匀，顶箔400在压力作用下将发生更均匀的变形，不易出现局部塌陷的情况，提高了推力轴承的承载能力。

此外，通过改变平面状态下的悬臂肋条220的长度可以调整U形弹性支撑特征的高度，以此来获得支撑高度连续变化的多个支撑点，进而实现任意给定的斜面高度差。

此外，上述推力轴承的弹性箔片200及其悬臂肋条220的结构形式多种多样，可以自由设计，且加工及装配工艺简单。

本实施例还提供一种轴系，包括转轴和上述推力轴承。

其中，转轴上套设有推力盘，且推力盘与转轴固定连接。

上述推力轴承的安装座100环设于转轴，与转轴间隙配合。顶箔400背向弹性箔片200的一侧与推力盘相对，且顶箔400与推力盘之间形成楔形区域。

工作时，在楔形区域内利用气体的动压效应产生高压区，从而支撑起推力盘，实现气体润滑。

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 (9)

1.一种推力轴承，其特征在于，包括安装座、弹性箔片、第一抵持件、第二抵持件和顶箔；

所述弹性箔片包括第一连接件和若干悬臂肋条，所述第一连接件与所述安装座连接，若干所述悬臂肋条均与所述第一连接件连接；

所述第一抵持件成对设置于所述悬臂肋条朝向所述安装座的一侧，并与所述悬臂肋条抵持；

所述第二抵持件设置于所述悬臂肋条背向所述安装座的一侧，并与成对的两个所述第一抵持件之间的区域相对，所述第二抵持件与所述悬臂肋条抵持，以使所述悬臂肋条的端部背向所述安装座弯曲；

所述顶箔与所述安装座连接，并与所述悬臂肋条的端部相抵；

若干所述悬臂肋条沿所述推力轴承的周向分为多组，同一组的所述悬臂肋条的长度依次变化。

2.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，若干所述悬臂肋条沿第一方向分为多排，同一排的所述悬臂肋条沿第二方向排列，且相邻两排所述悬臂肋条沿所述第二方向错位布置，所述第二方向与所述第一方向垂直。

3.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述推力轴承还包括调整件，所述调整件与所述安装座连接，并位于所述顶箔的外沿与所述弹性箔片之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的推力轴承，其特征在于，所述第一连接件包括环形连接部和条形连接部，所述环形连接部沿所述推力轴承的周向设置，所述条形连接部平行于所述第二抵持件，相邻的两个所述悬臂肋条之间、所述悬臂肋条与所述环形连接部之间均通过所述条形连接部连接。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的推力轴承，其特征在于，所述第一抵持件与所述安装座连接。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的推力轴承，其特征在于，所述推力轴承还包括第二连接件，所述第二连接件与所述安装座连接，所述第二抵持件与所述第二连接件连接。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的推力轴承，其特征在于，所述顶箔包括第三连接件和多个轴瓦，所述第三连接件与所述安装座连接，多个所述轴瓦均与所述第三连接件连接，所述轴瓦与所述悬臂肋条的端部相抵。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的推力轴承，其特征在于，所述推力轴承还包括第四连接件，所述第四连接件与所述安装座连接，所述第一抵持件与所述第四连接件连接。

9.一种轴系，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的推力轴承。