CN116989061B - 一种箔片动压推力轴承及旋转机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种箔片动压推力轴承及旋转机械，涉及传动结构领域。箔片动压推力轴承包括安装底座、弹性支撑箔片和顶箔；弹性支撑箔片包括连接件和若干悬臂肋条，若干悬臂肋条均与连接件连接，并沿安装底座的周向排列，悬臂肋条沿安装底座的径线方向设置，悬臂肋条的两端与安装底座连接，悬臂肋条的中部背向安装底座弯曲；顶箔与安装底座连接，并与悬臂肋条的中部抵接。弹性支撑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

一种箔片动压推力轴承及旋转机械

技术领域

本发明涉及传动结构领域，尤其涉及一种箔片动压推力轴承及旋转机械。

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箔片动压推力轴承。

本发明提供如下技术方案：

一种箔片动压推力轴承，包括安装底座、弹性支撑箔片和顶箔；

所述安装底座呈环形设置；

所述弹性支撑箔片包括连接件和若干悬臂肋条，若干所述悬臂肋条均与所述连接件连接，并沿所述安装底座的周向排列，所述悬臂肋条沿所述安装底座的径线方向设置，所述悬臂肋条的两端与所述安装底座连接，所述悬臂肋条的中部背向所述安装底座弯曲；

所述顶箔与所述安装底座连接，所述顶箔位于所述弹性支撑箔片背向所述安装底座的一侧，并与所述悬臂肋条的中部抵接。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，所述安装底座上设置有第一安装槽，所述第一安装槽沿所述安装底座的周向设置；

所述悬臂肋条的两端卡设于所述第一安装槽内，并与所述第一安装槽的侧壁抵接。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，所述第一安装槽为燕尾槽。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，若干所述悬臂肋条分为多组，同组的所述悬臂肋条的长度依次变化。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，所述连接件呈环形设置；或者

所述弹性支撑箔片包括多个所述连接件，所述连接件呈条形设置，所述连接件与所述安装底座的径线方向相交，多个所述连接件沿所述安装底座的周向排列。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，所述弹性支撑箔片设置有多个，多个所述弹性支撑箔片的轴线重合，并沿所述安装底座的径线方向排列。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，所述连接件连接于所述悬臂肋条的中部；或者

所述连接件连接于所述悬臂肋条的一端。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，所述安装底座上设置有第二安装槽，所述悬臂肋条的两端与所述第二安装槽的底面连接，所述顶箔嵌于所述第二安装槽内。

作为对所述箔片动压推力轴承的进一步可选的方案，所述第二安装槽的侧壁设置有定位槽，所述顶箔的外沿对应设置有定位凸起。

本发明的另一目的是提供一种旋转机械。

本发明提供如下技术方案：

一种旋转机械，包括上述箔片动压推力轴承。

本发明的实施例具有如下有益效果：

在上述箔片动压推力轴承中，若干悬臂肋条通过连接件连成整体，每个悬臂肋条的两端均与安装底座连接，中部则背向安装底座弯曲并与顶箔抵接，从而形成拱形结构，对顶箔进行弹性支撑，替代常规的波箔。与常规的波箔相比，弹性支撑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箔片动压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箔片动压推力轴承中弹性支撑箔片的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种箔片动压推力轴承的剖面示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种箔片动压推力轴承中弹性支撑箔片在蚀刻或者切割加工时的排版示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种箔片动压推力轴承中弹性支撑箔片在另一具体实施方式下的结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种箔片动压推力轴承中弹性支撑箔片所形成的斜面支撑结构的示意图。

主要元件符号说明：

100-安装底座；110-第一安装槽；120-第二安装槽；130-定位槽；200-弹性支撑箔片；210-连接件；220-悬臂肋条；300-顶箔；310-定位凸起。

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，本实施例提供一种箔片动压推力轴承，具体为一种端部约束的简易箔片式动压推力轴承（以下简称为“轴承”）。该轴承由安装底座100、弹性支撑箔片200和顶箔300组成，其中，安装底座100呈环形设置，弹性支撑箔片200和顶箔300均与安装底座100连接。

请一并参阅图1和图2，具体地，弹性支撑箔片200包括连接件210和若干悬臂肋条220。若干悬臂肋条220均与连接件210连接，并沿安装底座100的周向排列。

此外，悬臂肋条220沿安装底座100的径线方向设置。悬臂肋条220的两端与安装底座100连接，悬臂肋条220的中部背向安装底座100弯曲，形成拱形结构。

相应地，顶箔300位于弹性支撑箔片200背向安装底座100的一侧，并与悬臂肋条220的中部抵接。

使用时，拱形的悬臂肋条220替代常规的波箔，对顶箔300进行弹性支撑。

与常规的波箔相比，弹性支撑箔片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，其初始状态为平面薄片状态，进一步弯曲后与安装底座100连接。由于加工过程中不会产生残余应力，故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。

请结合图3，在本实施例中，安装底座100上设置有第一安装槽110，且第一安装槽110沿安装底座100的周向设置。

相应地，悬臂肋条220的两端卡设在第一安装槽110内，并与第一安装槽110的侧壁抵接。

将通过蚀刻或切割等工艺加工得到的悬臂肋条220的两端放置在第一安装槽110内，此时，悬臂肋条220由于两端相互靠拢，将形成自然隆起的拱形特征，具有一定的初始形变。

在自然状态下，悬臂肋条220的两端与第一安装槽110的侧壁抵接，利用摩擦力与安装底座100保持相对固定。

当顶箔300上的载荷传递至弹性支撑箔片200上时，悬臂肋条220的形变进一步增大，悬臂肋条220的两端与第一安装槽110的侧壁之间的压力随之增加。在此过程中，悬臂肋条220的两端始终受到第一安装槽110的约束，位置保持不变。

采用上述方式使悬臂肋条220与安装底座100连接，简化了安装底座100的加工工艺，装配过程也更加简单。

进一步地，第一安装槽110采用燕尾槽，其槽口宽度小于槽底宽度，且侧壁倾斜设置。

相应地，悬臂肋条220的端部的倾斜角度与第一安装槽110的侧壁的倾斜角度一致，二者保持贴合。

此时，第一安装槽110能够更好地约束悬臂肋条220的端部，使悬臂肋条220不易从第一安装槽110内脱出。

在本申请的另一实施例中，悬臂肋条220也可以是焊接、栓接或者胶接固定在安装底座100上。

在本实施例中，悬臂肋条220呈条形设置。

在本申请的另一实施例中，悬臂肋条220也可以设置为扇形或者菱形等。

在本实施例中，连接件210连接于悬臂肋条220的中部。

在本申请的另一实施例中，连接件210也可以连接于悬臂肋条220的一端。

在本实施例中，单个弹性支撑箔片200包括一个连接件210。连接件210呈环形设置，且连接件210的轴线与安装底座100的轴线重合。

在本申请的另一实施例中，单个弹性支撑箔片200也可以包括多个连接件210。连接件210呈条形设置，并与安装底座100的径线方向相交，多个连接件210沿安装底座100的周向排列。

例如，单个弹性支撑箔片200可以包括六个长度相等的连接件210，从而排列形成正六边形结构，且该正六边形结构的中轴线与安装底座100的轴线重合。

请结合图4，进一步地，弹性支撑箔片200设置有多个，多个弹性支撑箔片200的轴线重合，并沿安装底座100的径线方向排列。

可选地，弹性支撑箔片200的数量为三个，安装底座100上对应设置有三个第一安装槽110。

在一些具体实施方式中，三个弹性支撑箔片200相互独立，互不连接。

在另一些具体实施方式中，三个弹性支撑箔片200也可以在局部位置保持连接。

需要注意的是，多个弹性支撑箔片200可以由同一片箔材经过蚀刻或者切割得到。

在蚀刻或者切割过程中，保留部分箔材作为连接部，用以连接相邻两个弹性支撑箔片200，以便整体储存和运输。

在装配过程中，装配人员可以将相邻两个弹性支撑箔片200断开，然后分别装配，也可以使各个弹性支撑箔片200保持连接。

进一步地，请一并参阅图5和图6，若干悬臂肋条220分为多组，且同组的悬臂肋条220的长度依次变化。

此时，悬臂肋条220弯曲形成的拱形结构具有不同的高度，且同组的悬臂肋条220的高度依次变化，形成斜面支撑结构。通过调整悬臂肋条220的长度，可以形成任意的斜面高度差，对顶箔300形成均匀细致的支撑。

请再次参阅图1，在本实施例中，安装底座100上还设置有第二安装槽120。悬臂肋条220的两端与第二安装槽120的底面连接，第一安装槽110对应设置在第二安装槽120的底面。此外，顶箔300嵌于第二安装槽120内。

进一步地，第二安装槽120的侧壁设置有定位槽130，顶箔300的外沿对应设置有定位凸起310。

当顶箔300嵌入第二安装槽120内时，定位凸起310卡入对应的定位槽130内，沿安装底座100的周向对顶箔300进行约束固定。

总之，上述轴承的弹性支撑箔片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，上述轴承只需一片弹性支撑箔片200即可获得拱形弹性支撑特征。拱形弹性支撑特征具有更好的抗变形能力，支撑效果更好，能够以较小的变形量来抵抗更大的外界载荷作用，轴承承载能力更高。

通过改变平面状态下的悬臂肋条220的长度可以调整拱形弹性支撑特征的隆起高度，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。

而当设置有多个弹性支撑箔片200时，可以使相邻两个弹性支撑箔片200的最高支撑点错位布置，对顶箔300提供更加均匀细密的支撑，使顶箔300不易出现局部塌陷的情况。

此外，上述轴承的弹性支撑箔片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旋转机械，包括转轴和上述箔片动压推力轴承。

其中，转轴上套设有推力盘，且推力盘与转轴固定连接。

上述箔片动压推力轴承的安装底座100环设于转轴，与转轴间隙配合。顶箔300背向弹性支撑箔片200的一侧与推力盘相对，且顶箔300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 (8)

1.一种箔片动压推力轴承，其特征在于，包括安装底座、弹性支撑箔片和顶箔；

所述安装底座呈环形设置；

所述弹性支撑箔片包括连接件和若干悬臂肋条，若干所述悬臂肋条均与所述连接件连接，并沿所述安装底座的周向排列，所述悬臂肋条沿所述安装底座的径线方向设置，所述悬臂肋条的两端与所述安装底座连接，所述悬臂肋条的中部背向所述安装底座弯曲；

所述顶箔与所述安装底座连接，所述顶箔位于所述弹性支撑箔片背向所述安装底座的一侧，并与所述悬臂肋条的中部抵接；

所述安装底座上设置有第一安装槽，所述第一安装槽沿所述安装底座的周向设置；

所述悬臂肋条的两端卡设于所述第一安装槽内，并与所述第一安装槽的侧壁抵接；

若干所述悬臂肋条分为多组，同组的所述悬臂肋条的长度依次变化。

2.根据权利要求1所述的箔片动压推力轴承，其特征在于，所述第一安装槽为燕尾槽。

3.根据权利要求1或2所述的箔片动压推力轴承，其特征在于，所述连接件呈环形设置；或者

所述弹性支撑箔片包括多个所述连接件，所述连接件呈条形设置，所述连接件与所述安装底座的径线方向相交，多个所述连接件沿所述安装底座的周向排列。

4.根据权利要求3所述的箔片动压推力轴承，其特征在于，所述弹性支撑箔片设置有多个，多个所述弹性支撑箔片的轴线重合，并沿所述安装底座的径线方向排列。

5.根据权利要求1或2所述的箔片动压推力轴承，其特征在于，所述连接件连接于所述悬臂肋条的中部；或者

所述连接件连接于所述悬臂肋条的一端。

6.根据权利要求1或2所述的箔片动压推力轴承，其特征在于，所述安装底座上设置有第二安装槽，所述悬臂肋条的两端与所述第二安装槽的底面连接，所述顶箔嵌于所述第二安装槽内。

7.根据权利要求6所述的箔片动压推力轴承，其特征在于，所述第二安装槽的侧壁设置有定位槽，所述顶箔的外沿对应设置有定位凸起。

8.一种旋转机械，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的箔片动压推力轴承。