CN117432707A - 一种径向空气箔片轴承及轴系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向空气箔片轴承及轴系，径向空气箔片轴承包括由外到内依次套设的轴承座、波箔和顶箔；波箔和顶箔均为圆周未闭合的圆筒形结构；波箔上开设有若干个弹性组件，弹性组件包括第一弹性单元和第二弹性单元，在波箔的圆周方向设置若干个第一弹性单元或第二弹性单元，并且在波箔的轴向方向上第一弹性单元和第二弹性单元交错设置，从而增加波箔的径向承载力。本发明通过在波箔上开设若干个弹性单元，当顶箔受到径向作用力时，顶箔会先挤压弹性单元的第一拱形，第一拱形首先抵挡来自径向作用力；当第一拱形的的形变超过一定程度后，第一弹性支撑部进一步增加第一拱形对径向作用力的承载能力，从而增强空气悬浮轴承的稳定性。

Description

一种径向空气箔片轴承及轴系

技术领域

本发明涉及一种径向空气箔片轴承及轴系，属于空气悬浮轴承领域。

背景技术

常见的空气箔片动压轴承是由一层或多层波纹波箔和顶箔组成的具有弹性表面的动压气浮轴承，依靠轴与轴承表面相对运动挤压一定粘性的气体形成压力润滑气膜达到支承与润滑的作用。由于空气箔片动压轴承具有摩擦损耗小、极高转速下几乎无摩擦、高温下稳定性好、振动小、不需要润滑油等一系列优点，目前已广泛应用于空气循环机、空压机、微型燃气轮机、气垫船、纺织机械、电缆机械、仪表机床、气体循环器等机械中，在低温技术、高温透平、新能源汽车等领域，有着十分广阔的应用前景。

波箔是决定整个空气箔片动压轴承性能和可靠性的关键零件，因此要求波箔有较好的承载能力和抗振动冲击能力。其中，抗振动冲击能力体现为利用波箔与顶箔之间、波箔与轴承座之间的阻尼将振动冲击的机械能迅速转化为内能。如果空气箔片动压轴承的阻尼性能不足，则容易导致工作转速范围内转子-轴承系统失稳甚至卡死。

目前，常见的径向空气箔片轴承通常设计成连续波纹状，波箔大多采用模具冲压后，经过热处理的工艺获得，且需要进行焊接于底箔。而超高速运转转子会对径向空气箔片轴承产生较大的径向作用力，所引起的波箔的形变超出波箔承受范围，无法给出有效的支撑效果，导致工作转速范围内转子-轴承系统无法正常工作，在一定程度上限制了其应用和发展。

因此，亟需提供一种具有高刚度和阻尼，承载能力强，运行稳定的径向空气箔片轴承。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型的径向空气箔片轴承，在波箔上交替设置若干个第一弹性单元和第二弹性单元，大大提升波箔的径向承载力。

本发明的技术方案为：

一种径向空气箔片轴承，包括由外到内依次套设的轴承座、波箔和顶箔；波箔和顶箔均为圆周未闭合的圆筒形结构，轴承座为闭合的圆筒形结构；

波箔上开设有若干个弹性组件，弹性组件包括第一弹性单元和第二弹性单元，在波箔的圆周方向设置若干个第一弹性单元或第二弹性单元，并且在波箔的轴向方向上第一弹性单元和第二弹性单元交错设置，从而增加波箔的径向承载力。

根据本发明优选的，所述第一弹性单元与第二弹性单元的结构相同，所述第一弹性单元/第二弹性单元包括第一拱形和第一弹性支撑部，在第一拱形的两个端部对称设置有第一弹性支撑部，

在静止状态下，第一拱形背离波箔的圆心弯曲，第一弹性支撑部的尾端朝向波箔的圆心。

此外，为了改善弹性组件的机械性能，通常在第一拱形和第一弹性支撑部之间设置一定弧度的圆角，从而减少工件表面的应力集中，降低应力集中引起的疲劳裂纹和断裂的风险,从而提高工件的机械性能和寿命。

根据本发明优选的，在静止状态下，第一弹性支撑部的尾端低于同一弹性单元中第一拱形的中点的位置。当受到径向作用力时，径向作用力首先作用在第一拱形上，由第一拱形首先承受径向作用力；当第一拱形受到径向作用力进行扩张至一定程度后，径向作用力再作用在第一弹性支撑部，进一步增强径向空气箔片轴承对径向力的作用。

根据本发明优选的，同一圆周上相邻两个第二弹性单元的第一弹性支撑部位于轴向方向上相邻圆周上第一弹性单元的第一拱形所在的位置；

和/或者同一圆周上相邻两个第一弹性单元的第一弹性支撑部位于轴向方向上相邻圆周上第二弹性单元的第一拱形所在的位置。

如此设置，在工作状态下，径向空气箔片轴承与转轴之间产生具有一定压力的气膜，气膜会对顶箔产生径向作用力，向轴承座的内壁挤压顶箔，进而使得弹性组件受到径向作用力，第一弹性单元或第二弹性单元的第一拱形发生形变扩张，导致第一拱形的弧度变大，然后径向作用力再作用在第一拱形两侧的第一弹性支撑部上，进一步增加顶箔的径向承载力。

根据本发明优选的，所述轴承座的内壁上设置凸出的固定部，用于将顶箔和波箔可拆卸的固定在轴承座的内壁。采用可拆卸的方式，无需焊接，安装更加方便。通过设置凸出的固定部方便将顶箔和波箔固定在轴承座的内部，安装方便。

根据本发明优选的，所述固定部的横截面积为梯形。

当波箔受到径向作用力时，波箔在圆周方向上的长度会边长，这种凸出的梯形固定部结构能够为波箔提供一定的余量空间，便于波箔在承受径向作用力时，自由扩张，保证轴承-转子系统的正常运行。

根据本发明优选的，所述轴承座的内壁开设有若干个第一通风槽，用于对径向空气箔片轴承进行冷却降温。

根据本发明优选的，所述径向空气箔片轴承还包括轴承套，所述轴承套套设在顶箔的内侧，所述轴承套为圆周未闭合的圆筒形结构，轴承套的一端设置有嵌入部；

轴承座内壁开设有嵌入槽，嵌入部安装在嵌入槽中。

一种轴系，包括上述的径向空气箔片轴承。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的径向空气箔片轴承，在波箔上开设若干个弹性单元，则无需再将弹性单元进行焊接在顶箔上，工艺更加简单；可以采用可以通过冲压的方式实现加工，加工方便，一致性更好。

2.本发明选择在波箔上开设若干个弹性单元，当顶箔受到径向作用力时，顶箔会先挤压弹性单元的第一拱形，第一拱形首先起到对径向作用力的支撑作用。在径向作用力下，使得第一拱形的弯曲变得平缓，当第一拱形的形变超过一定程度后，第一弹性支撑部能够进一步增加波箔对径向作用力的承载能力，从而增强空气悬浮轴承运行的稳定性。

3.本发明在轴承座的内壁设置凸出的固定部，可以将未闭合波箔和顶箔固定在轴承座的内部。

附图说明

图1为本发明提供的径向空气箔片轴承的局部剖视的立体图。

图2为本发明提供的径向空气箔片轴承的结构示意图。

图3为本发明提供的波箔的结构示意图。

图4为本发明提供的波箔的立体结构示意图。

图5为本发明提供的波箔展开的俯视结构示意图。

图6为本发明提供的轴承座的结构示意图。

图7为本发明提供的轴承座的立体结构示意图。

图8为本发明提供的另一种轴承座的结构示意图。

图9为本发明提供的另一种轴承座的立体结构示意图。

图10为本发明提供的另一种径向空气箔片轴承的局部剖视的立体图。

图中，1、轴承座，2、波箔，3、顶箔，4、第一弹性单元，5、第二弹性单元，6、第一拱形，7、第一弹性支撑部，8、固定部，9、第一通风槽，10、第一拱形支撑部，11、第一拱形侧支撑部，12、嵌入槽，13、第二通风槽，14、嵌入部，15、轴承套。

具体实施方式

下面将以图示揭露本申请的若干个实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明是用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右等方向均是以本申请实施例图2所示的上、下、左、右等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。本申请使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。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。

实施例1

本实施例提供一种径向空气箔片轴承，如图1和图2所示，包括由外到内依次套设的轴承座1、波箔2和顶箔3；波箔2和顶箔3均为圆周未闭合的圆筒形结构，轴承座1为闭合的圆筒形结构；

波箔2上开设有若干个弹性组件，弹性组件包括第一弹性单元4和第二弹性单元5，在波箔2的圆周方向设置若干个第一弹性单元4或第二弹性单元5，并且在波箔2的轴向方向上第一弹性单元4和第二弹性单元5交错设置，从而增加波箔2的径向承载力。

本发明提供的径向空气箔片轴承，在工作状态下，径向空气箔片轴承与转轴之间产生具有一定压力的气膜，气膜会对顶箔3产生径向作用力，向轴承座1的内壁挤压顶箔3，进而使得顶箔3受到径向作用力，交替设置的第一弹性单元4和第二弹性单元5的第一拱形6会产生形变，增加径向空气箔片轴承的径向承载力，提升转子运行的稳定性。

实施例2

本实施例提供一种径向空气箔片轴承，与实施例1提供的径向空气箔片轴承的区别之处在于：

如图3和图4所示，第一弹性单元4与第二弹性单元5的结构相同，第一弹性单元4/第二弹性单元5包括第一拱形6和第一弹性支撑部7，在第一拱形6的两个端部对称设置有第一弹性支撑部7，

在静止状态下，第一拱形6背离波箔2的圆心弯曲，第一弹性支撑部7的尾端朝向波箔2的圆心。

此外，为了改善弹性组件的机械性能，通常在第一拱形6和第一弹性支撑部7之间设置一定弧度的圆角，从而减少工件表面的应力集中,降低应力集中引起的疲劳裂纹和断裂的风险,从而提高工件的机械性能和寿命。并且图1-图5中给出的结构示意图均为设置了倒角后的结构示意图。

对于第一弹性单元4或第二弹性单元5来说，每个弹性单元包括一个第一拱形6和对称设置在第一拱形6两侧的两个第一弹性支撑部7。

实施例3

本实施例提供一种径向空气箔片轴承，与实施例2提供的径向空气箔片轴承的区别之处在于：

在静止状态下，第一弹性支撑部7的尾端低于同一弹性单元中第一拱形6的中点的位置。当受到径向作用力时，径向作用力首先作用在第一拱形6上，由第一拱形6首先承受径向作用力；当第一拱形6受到径向作用力进行扩张至一定程度后，径向作用力再作用在第一弹性支撑部7，进一步增强径向空气箔片轴承对径向力的作用。

需要说明的是，在一种具体的实施方式中，第一拱形6包括第一拱形支撑部10和两个第一拱形侧支撑部11，两个第一拱形侧支撑部11对称设置在第一拱形支撑部10的两侧，形成拱形结构；并且在第一拱形支撑部10的位置高于第一拱形支撑部10的尾端的位置。

在制备的过程中可以采用冲压工艺在波箔2上开设第一弹性单元4或第二弹性单元5。

在工作状态下，顶箔3与转轴之间产生具有一定压力的气膜，顶箔3受到径向作用力时，第一拱形6的第一拱形支撑部10首先对径向作用力起到支撑作用，会导致两边对称设置的第一拱形侧支撑部11的位置向顶箔3靠近；当整个第一拱形6的形变超过一定程度后，径向作用力进一步作用在第一弹性支撑部7，第一弹性支撑部7进一步增强径向空气箔片轴承对径向作用力的承载能力。

实施例4

本实施例提供一种径向空气箔片轴承，与实施例2提供的径向空气箔片轴承的区别之处在于：

针对第一弹性单元4和第二弹性单元5交错设置的方式，在图5提供了径向空气箔片轴承的展开示意图，如图5所示，具体的，同一圆周上相邻两个第二弹性单元5的第一弹性支撑部7位于轴向方向上相邻圆周上第一弹性单元4的第一拱形6所在的位置；

和/或者同一圆周上相邻两个第一弹性单元4的第一弹性支撑部7位于轴向方向上相邻圆周上第二弹性单元5的第一拱形6所在的位置。

也就是说，在圆周方向上，在一圆周上，依次在波箔2上开设若干个第一弹性单元4，然后在相邻的圆周上依次开设若干个第一弹性单元4，并且相邻的圆周上，第一弹性单元4和第一弹性单元4的位置并不是相同的，而是选择一种交错的方式进行设置。

在工作状态下，径向空气箔片轴承与转轴之间产生具有一定压力的气膜，气膜会对顶箔3产生径向作用力，向轴承座1的内壁挤压顶箔3，第一弹性单元4或第二弹性单元5的第一拱形6产生形变，导致第一拱形6的弧度变大，然后第一拱形6两侧的第一弹性支撑部7与顶箔3相接触，第一弹性支撑部7进一步增加顶箔3的径向承载力。

需要的说明是，在圆周方向上可以周期性的在波箔2上开设若干个弹性单元，每个周期之间设置一定的空余，不开设弹性单元。本发明提供的附图1-图5中，均采用的是在波箔2上周期性开设第一弹性单元4和第二弹性单元5的方式，不同的周期之间有一定的间隔，不做处理。

另外，也可以均匀的开设弹性单元，在圆周方向上，第一弹性单元4或第二弹性单元5均匀分布在圆周的方向上。

实施例5

本实施例提供一种径向空气箔片轴承，与实施例1提供的径向空气箔片轴承的区别之处在于：

波箔2和顶箔3依次可拆卸的固定在轴承座1的内壁。采用可拆卸的方式，无需焊接，安装更加方便。

轴承座1的内壁上设置凸出的固定部8，用于将顶箔3和波箔2固定在轴承座1的内壁。通过设置凸出的固定部8方便将顶箔3和波箔2固定在轴承座1的内部，安装方便。

实施例6

本实施例提供一种径向空气箔片轴承，与实施例5提供的径向空气箔片轴承的区别之处在于：

如图6和图7所示，本实施例可以选择将固定部8的横截面积设置为梯形，固定部8可以与轴承座1一体成型。

这种梯形结构的好处在于，当波箔2受到径向作用力时，波箔2在圆周方向上的长度会边长，这种凸出的梯形固定部8结构能够为波箔2提供一定的余量空间，便于波箔2在承受径向作用力时，自由扩张，保证轴承-转子系统的正常运行。

轴承座1的内壁开设有若干个第一通风槽9，用于对径向空气箔片轴承进行冷却降温。

实施例7

本实施例提供一种径向空气箔片轴承，与实施例5提供的径向空气箔片轴承的区别之处在于：

轴承座1的内壁开设有若干个第一通风槽9，用于对径向空气箔片轴承进行冷却降温。具体的，可以根据轴承座1的尺寸选择开设的第一通风槽9的数量，比如可以选择在轴承座1的内壁开设8个第一通风槽9。

实施例8

本实施例提供另一种径向空气箔片轴承，与实施例1提供的径向空气箔片轴承的区别之处在于：

如图8、图9和图10所示，本实施例提供的径向空气箔片轴承还包括轴承套15，轴承套15套设在顶箔3的内侧，轴承套15为圆周未闭合的圆筒形结构；

轴承座1为圆筒形结构，轴承座1的内壁开设有嵌入槽12，嵌入部14安装在嵌入槽12中。

轴承座1的一端还设置有挡板，用于从轴承座1的一端对轴承套15、顶箔3和波箔2进行限位，具体的挡板结构在附图中未示意出。同时，轴承座1的内壁沿着轴向方向也开设若干个第二通风槽13。

实施例9

一种轴系，包括上述实施例1-8任一项提供的径向空气箔片轴承。

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)

1.一种径向空气箔片轴承，其特征在于，包括由外到内依次套设的轴承座、波箔和顶箔；波箔和顶箔均为圆周未闭合的圆筒形结构，轴承座为闭合的圆筒形结构；

波箔上开设有若干个弹性组件，弹性组件包括第一弹性单元和第二弹性单元，在波箔的圆周方向设置若干个第一弹性单元或第二弹性单元，并且在波箔的轴向方向上第一弹性单元和第二弹性单元交错设置，从而增加波箔的径向承载力。

2.根据权利要求1所述的一种径向空气箔片轴承，其特征在于，所述第一弹性单元与第二弹性单元的结构相同，所述第一弹性单元/第二弹性单元包括第一拱形和第一弹性支撑部，在第一拱形的两个端部对称设置有第一弹性支撑部，

在静止状态下，第一拱形背离波箔的圆心弯曲，第一弹性支撑部的尾端朝向波箔的圆心。

3.根据权利要求2所述的一种径向空气箔片轴承，其特征在于，在静止状态下，第一弹性支撑部的尾端低于同一弹性单元中第一拱形的中点的位置。

4.根据权利要求2所述的一种径向空气箔片轴承，其特征在于，同一圆周上相邻两个第二弹性单元的第一弹性支撑部位于轴向方向上相邻圆周上第一弹性单元的第一拱形所在的位置；

和/或者同一圆周上相邻两个第一弹性单元的第一弹性支撑部位于轴向方向上相邻圆周上第二弹性单元的第一拱形所在的位置。

5.根据权利要求1所述的一种径向空气箔片轴承，其特征在于，所述轴承座的内壁上设置凸出的固定部，用于将顶箔和波箔可拆卸的固定在轴承座的内壁。

6.根据权利要求5所述的一种径向空气箔片轴承，其特征在于，所述固定部的横截面积为梯形。

7.根据权利要求5所述的一种径向空气箔片轴承，其特征在于，所述轴承座的内壁开设有若干个第一通风槽，用于对径向空气箔片轴承进行冷却降温。

8.根据权利要求1所述的一种径向空气箔片轴承，其特征在于，所述径向空气箔片轴承还包括轴承套，所述轴承套套设在顶箔的内侧，所述轴承套为圆周未闭合的圆筒形结构，轴承套的一端设置有嵌入部；

轴承座内壁开设有嵌入槽，嵌入部安装在嵌入槽中。

9.一种轴系，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的径向空气箔片轴承。