CN117967690A - 一种轴向气浮动压轴承、电机及空压机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴向气浮动压轴承、电机及空压机，轴向气浮动压轴承设置在旋转体的轴向的至少一侧，所述轴向气浮动压轴承包括沿着所述旋转体的轴向分布的底箔、顶箔，所述底箔和所述顶箔之间形成有容纳腔，所述容纳腔环绕所述旋转体的转动轴线设置，所述容纳腔内设置有环绕所述旋转体的转动轴线的弹性装置；所述弹性装置包括靠近所述转动轴线的内弹性部和远离所述转动轴线的外弹性部；在所述旋转体的轴向方向上，所述内弹性部的阻尼小于所述外弹性部的阻尼，以解决现有技术中止推盘的内侧区域与气浮轴向动压轴承之间的区域的气体流动性、气膜厚度不足的技术问题。

Description

一种轴向气浮动压轴承、电机及空压机

技术领域

本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种轴向气浮动压轴承、电机及空压机。

背景技术

空气轴承指的是用气体，通常是空气，也可以是其它气体作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比油低。空气轴承分为：空气动压轴承、空气静压轴承及挤压膜轴承。

空气动压轴承（气浮动压轴承）按照使用效果又可分为：径向气浮动压轴承和轴向气浮动压轴承；当空气动压轴承用于高速电机时，径向动压气浮轴承用于限制高速转子径向窜动，并提供转子漂浮的支撑力；轴向气浮动压轴承用于限制高速转子的轴向窜动，平衡负载端带来的不平衡轴向力。

现有的轴向气浮动压轴承在使用时，电机的输出轴上的止推盘加工精度以及止推盘轴向形变（靠近输出轴的区域形变量小于远离输出轴的区域）的原因，导致了电机在工作时，止推盘内侧区域（靠近电机输出轴的区域）与轴向气浮动压轴承之间的最小距离要小于止推盘外侧区域（远离电机输出轴的区域）与轴向气浮动压轴承之间的最小距离，这就导致了止推盘在发生轴向位移时，止推盘的内侧区域与气浮动压轴承之间的间隙过小导致气流无法经过或很难经过止推盘的内侧区域与气浮动压轴承之间的间隙，这将导致止推盘的内侧区域与气浮轴向动压轴承之间容易发生干摩擦（没有气膜），也即是气浮轴向动压轴承失效。另外，止推盘的内侧区域的线速度要小于止推盘外侧区域的线速度，这就使得，止推盘在转动时，止推盘的内侧区域对气体的带动作用较小，气体在止推盘的内侧区域与气浮轴向动压轴承之间的区域流动性较差，不利于气膜的形成。

如何提高止推盘的内侧区域与轴向气浮动压轴承之间的区域的气体流动性、气膜厚度，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

因此，本发明提供一种轴向气浮动压轴承、电机及空压机，能够解决现有技术中止推盘的内侧区域与气浮轴向动压轴承之间的区域的气体流动性、气膜厚度不足的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种轴向气浮动压轴承，设置在旋转体的轴向的至少一侧，所述轴向气浮动压轴承包括沿着所述旋转体的轴向分布的底箔、顶箔，所述底箔和所述顶箔之间形成有容纳腔，所述容纳腔环绕所述旋转体的转动轴线设置，所述容纳腔内设置有环绕所述旋转体的转动轴线的弹性装置；所述弹性装置包括靠近所述转动轴线的内弹性部和远离所述转动轴线的外弹性部；在所述旋转体的轴向方向上，所述内弹性部的阻尼小于所述外弹性部的阻尼。

在一些实施例中，所述外弹性部至少包括沿着所述旋转体的轴向方向叠压在一起的第一拱箔A和第二拱箔，所述内弹性部包括第一拱箔B，所述第一拱箔A的阻尼与所述第一拱箔B的阻尼相同。

在一些实施例中，所述第一拱箔A和所述第一拱箔B共同构成单一的第一拱箔。

在一些实施例中，在所述旋转体的轴向方向，所述第二拱箔与所述第一拱箔的阻尼比为β1，0.5≤β1≤0.7。

在一些实施例中，沿着所述旋转体的轴向方向，所述第二拱箔的投影面积为S2，所述第一拱箔的投影面积为S1，0.8≤S2/S1≤0.9。

在一些实施例中，沿着所述旋转体的轴向方向，所述内弹性部的阻尼与所述外弹性部的阻尼比为β2，0.3≤β2≤0.5。

在一些实施例中，所述第一拱箔包括多条沟槽，所述沟槽的长度方向沿着所述旋转体的周向延伸。

在一些实施例中，所述第一拱箔A包括朝向所述顶箔凸起的第一突出部，所述第一突出部朝向所述底箔的一面设置有第一形变腔；所述第二拱箔包括朝向所述顶箔凸起的第二突出部，所述第二突出部朝向所述底箔的一面设置有第二形变腔，所述第一突出部至少部分位于所述第二形变腔内，所述第一突出部与所述第二突出部之间形成有形变间隔，所述第二拱箔的阻尼小于所述第一拱箔A的阻尼。

在一些实施例中，所述形变间隔沿着所述旋转体的径向方向有多个，由所述旋转体的径向内侧至所述旋转体的径向外侧，多个所述形变间隔在所述旋转体的轴向方向的厚度先变大后变小。

在一些实施例中，在所述旋转体的轴向方向上，所述第一拱箔A和所述第二拱箔叠加后的厚度为H1，所述第一拱箔B的厚度为H2，当所述轴向气浮动压轴承处于非工作状态时，H1 ≥H2。

在一些实施例中，所述外弹性部为第三拱箔A，所述内弹性部为第三拱箔B，所述第三拱箔A的阻尼大于所述第三拱箔B的阻尼。

在一些实施例中，所述旋转体为止推盘，所述顶箔与所述止推盘相邻，所述顶箔包括覆盖所述外弹性部的外侧顶箔3和覆盖所述内弹性部的内侧顶箔4；当所述轴向气浮动压轴承处于非工作状态时，所述外侧顶箔3与所述止推盘之间的最大距离为L1，所述内侧顶箔4与所述止推盘之间的最小距离为L2，则，L1≤L2。

第二方面，本发明还提供了一种电机，包括转轴和权利要求1-9任一项所述的轴向气浮动压轴承，所述旋转体设置在所述转轴上。

第三方面，本发明提供了一种空气压缩机，包括所述的电机。

本发明通过使内弹性部件的阻尼小于外弹性部的阻尼，进而当轴向气浮动压轴承受到挤压时，内弹性部的形变量要大于外弹性部的形变量，与内弹性部相对的顶箔与止推盘之间的间隙要大于与外弹性部相对的顶箔与止推盘之间的间隙，提高了进入与内弹性部相对的顶箔与止推盘之间的气流量和气膜厚度，减小了顶箔与止推盘之间的摩擦，提高了轴向气浮动压轴承的使用寿命和工作的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1是本发明实施例的电机径向剖视示意图；

图2是本发明实施例的轴向气浮动压轴承轴向示意图；

图3是现有技术轴向气浮动压轴承、轴承座、转轴和止推盘装配图的径向示意图；

图4是现有技术底箔、拱箔和顶箔爆炸示意图；

图5是本发明实施例的轴向气浮动压轴承、轴承座、转轴和止推盘装配图的径向示意图；

图6是本发明实施例的图5中B处放大图；

图7是本发明实施例的图5中C处放大图；

图8是本发明实施例的顶箔为主承载区距离止推盘的距离小于次承载区距离时的示意图；

图9是本发明实施例的底箔、拱箔和顶箔爆炸示意图；

图10是本发明实施例的转轴静止时，止推盘位于两个轴承座之间中间；

图11是本发明实施例的转轴工作时，止推盘朝向；

图12是本发明实施例的轴向气浮动压轴承受到气流挤压时，顶箔形变示意图；

图13是本发明实施例的底箔、拱箔和顶箔装配在一起时的径向剖视图；

图14是本发明实施例去除顶箔后的轴向示意图。

附图标记为：

1、第一拱箔；101、第一拱箔A；102、第一拱箔B；2、第二拱箔；3、止推盘；301、第三拱箔A；302、第三拱箔B；401、底箔；402、顶箔；4021、主承载区；4022、次承载区；4023、外侧顶箔；4024、内侧顶箔；501、第一突出部；502、第二突出部；5011、第一形变腔；5021、第二形变腔；503、形变间隔；6、沟槽；7、转轴；701、叶轮；801、外间隙；802、内间隙；901、前轴承座；902、后轴承座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

现有技术中的单个气浮动压轴承至少包括底箔、顶箔和位于底箔和顶箔之间的拱箔；如图3-4所示，单个气浮动压轴承设置在轴承座与止推盘之间，其中底箔设置在轴承座上起到平面支撑作用，一般底箔上设置有多个用于设置拱箔和顶箔的承载面，数量一般为6-8个；拱箔设置在底箔的承载面上，且多个拱箔沿着气浮动压轴承的周向方向均匀分布，其中拱箔包括凹凸形状的弹性波部，如图13所示，拱箔通过咬合或焊接的方式固定在底箔上；顶箔为扇形，顶箔沿着周向方向的第一端固定在底箔上，第二端为自由端，顶箔靠近第一端的一段相较于底箔为倾斜面，由第一端向第二端逐渐远离底箔，靠近第二端的一段基本与底箔平行为主承载段。止推盘的两个侧面各有一个轴向气浮动压轴承，两个轴向气浮动压轴承的拱箔、顶箔的旋向相反；也即是，止推盘沿着第一方向转到时，止推盘靠近一个轴向气浮动压轴承，止推盘沿着与第一方向相反的第二方向转动时，止推盘靠近另一个轴向气浮动压轴承；止推盘所靠近的轴向气浮动压轴承的顶箔的第一端到第二端的周向方向为止推盘的旋转方向，如此，止推盘转动能够带动其他沿着倾斜面到达主承载段。两个轴向气浮动压轴承中，一个为前轴向气浮动压轴承，其底箔设置在前轴承座上，另一个位后轴向气浮动压轴承，其底箔设置在后轴承座上，在电机系统中，前轴承座和后轴承座常被称为扩压器或端盖件。现有技术的轴向气浮动压轴承具有以下缺点：一、现有轴向气浮动压轴承由单层拱箔、单层底箔和单层顶箔构成，拱箔的径向高度不变，当电机转速增加时，轴承的负载也相应增加，电机（驱动叶轮的电机）在高速重载的工况下，设置在电机转轴上的止推盘受叶轮轴向力的作用沿着轴向方向移动，由于正片拱箔结构刚度相同，拱箔整体承受压力，导致拱箔沿着周向方向的形变程度基本相同，这就导致了顶箔与止推盘之间的间隙整体较小，顶箔与止推盘之间的气体或气流也较少，考虑到止推盘的加工精度和受力形变，止推盘的根部（靠近转轴轴线的部分）与顶箔之间的间隙更小，气流无法或很难再该间隙通过，进而使得止推盘与顶箔发生直接接触，降低了轴承的承载力。二、由于顶箔与止推盘的根部之间的间隙过小，单层顶箔和单层拱箔，且拱箔的整体阻尼相同，这就使得单层的顶箔在承载力较大时，由于单层拱箔的阻尼较小（轴向弹性系数），使得顶箔与止推盘的根部之间容易发生摩擦，尤其是止推盘转动的加速和降速阶段；顶箔的磨损也导致了轴承的整体承载性能下降。三、止推盘的加工精度要求高、难度大，但是考虑到不可避免的加工误差，止推盘的根部（靠近止推盘的转动轴线的部分）沿着轴向方向的厚度较大，这就使得止推盘在转动过程中，止推盘轴向移动时，止推盘的根部与顶箔的间隙要比其他位置要小，该处的气膜较薄，容易发生摩擦。四、止推盘的外边缘（远离根部）在受到轴向作用力时发生的轴向方向的形变要大于止推盘的根部发生的轴向形变，这就使得止推盘在转动时，止推盘的外边缘远离顶箔的形变量要大于止推盘的根部远离顶箔的形变量，这也使得止推盘的根部与顶箔之间的间隙较小，气膜较薄，容易发生摩擦。五、止推盘在转动时，气体不但做圆周运动，还做离心运动，气体从止推盘的根部向止推盘的外边缘运动，导致气体在止推盘的根部产生的挤压力要小于气体在止推盘的外边缘产生的挤压力，这也使得止推盘的根部更容易与顶箔之间的间隙较小，气膜较薄，容易发生摩擦。止推盘的根部与顶箔更容易发生摩擦导致了轴向气浮动压轴承的承载力降低。

总之，现有技术中的轴向气浮动压轴承在工作时，顶箔与止推盘的根部之间的间隙较小，进而导致气流较小、气膜较薄，使得止推盘的根部与顶箔容易发生摩擦，导致轴承的承载性能下降。

为解决上述技术问题，如图1-2,5-14所示，本发明提供了一种轴向气浮动压轴承、电机及空压机。一方面本发明提供的一种轴向气浮动压轴承，设置在旋转体的轴向的至少一侧，所述轴向气浮动压轴承包括沿着所述旋转体的轴向分布的底箔401、顶箔402，所述底箔401和所述顶箔402之间形成有容纳腔，所述容纳腔环绕所述旋转体的转动轴线设置，所述容纳腔内设置有环绕所述旋转体的转动轴线的弹性装置；所述弹性装置包括靠近所述转动轴线的内弹性部和远离所述转动轴线的外弹性部；在所述旋转体的轴向方向上，所述内弹性部的阻尼小于所述外弹性部的阻尼。

当轴向气浮动压轴承应用到电机上时，旋转体为电机的止推盘3，设置在电机的转轴7上，止推盘3的两侧各设置一个轴向气浮动压轴承，当电机工作时，转轴7转动带动止推盘3转动，止推盘3转动时会发生轴向位移，同时止推盘3转动带动空气在气浮动压轴承与止推盘3之间流动并形成气膜，该气膜对止推盘3具有支撑作用；同样的气膜对气浮动压轴承也具有挤压作用。当电机转速较低时，转轴7（止推盘3）的轴向位移量较小，气体的流动性较高、气膜较厚（沿着旋转体的轴向方向，也即是转轴7的轴向方向），气膜对轴向气浮动压轴承的挤压力较为均衡，此时内弹性部形变量大于外弹性部的形变量，如图12所示，这就使得覆盖内弹性部的顶箔402与止推盘3之间的距离较大，更加容易进入气体，气体在该处也更加容易流动，进而降低了止推盘3与气浮动压轴承之间发生接触的可能性。当电机转速较高时，转轴7的轴向位移量较大，气膜整体较薄（相较于电机转速较低时），气膜对气浮动压轴承的挤压力也更大，由于止推盘3转动时距离转动轴线越远，线速度越大，距离转动轴线越近，线速度越小，这就使得止推盘3带动的气体流动速度也不相同，具体的，与外侧弹性部相对应的区域内的气流流速较大，对气浮动压轴承的压力也更大，同理，与内侧弹性部相对应的区域的气流流速较小，对气浮动压轴承的压力也更小；如此，内弹性部件和外弹性部件所承担的压力不同，同时与外弹性部相对应的顶箔402形变量要略小于与内弹性部相对应的顶箔402的形变量，既避免了由于弹性部件形变量不同导致与内弹性部相对应的顶箔402边缘部分翘起而与止推盘3发生接触的现象出现，又保证了与内弹性部相对的顶箔402与止推盘3之间有足够的间隙用于气体流动，有效的提高了气浮轴向动压轴承的承载力和稳定性。由于电机高速转动时形成的气膜较薄，与内弹性部相对应的顶箔402与止推盘3之间较大的间隙也能够有效降低由于止推盘3加工精度的原因（止推盘3的厚度不均）、止推盘3内侧（靠近转轴7的一侧）比外侧（远离转轴7的一侧）形变更小（气膜对止推盘3产生的挤压力作用在止推盘3上时，距离转轴7越远，形变越大，距离转轴7越近，形变越小）的原因导致的止推盘3的内侧与顶箔402接触的可能性更大。通过使内弹性部的阻尼小于外弹性部的阻尼，保证了与内弹性部相对的顶箔402与止推盘3之间有足够的间隙用于气体流动，提高了轴向气浮动压轴承的稳定性和承载力。由于在外弹性部和内弹性部上覆盖有顶箔402，顶箔形变时会出现如图12所示的α倾角，进而保证顶箔402与旋转体之间有足够的气膜。

如图14所示（图14没有表示顶箔402），顶箔402包括主承载区4021和次承载区4022，主承载区4021为顶箔402覆盖第二拱箔2的区域，也即是顶箔402覆盖外弹性部的区域；次承载区4022是顶箔覆盖第一拱箔B102的区域，也即是顶箔402覆盖内弹性部的区域；通过提高外弹性部的阻尼，也即是增大了轴向气浮动压轴承的阻尼，增大了该轴承的负载范围，提高了轴承的承载性能、抗震性和耐磨性。沿着旋转体的径向方向，主承载区4021又可分为中间承载区域和外侧承载区域，中间承载区域与次承载区4022相邻，外侧承载区域位于最外缘。

由于内弹性部的在轴向方向的形变量要大于外弹性部在轴向方向的形变量，覆盖在弹性装置上的顶箔402也有着相应的形变，也既是，覆盖内弹性部的顶箔402远离止推盘3的距离要大于覆盖外弹性部的顶箔402远离止推盘3的距离；如此，避免靠近转轴7（覆盖内弹性部）的顶箔402部分远离止推盘3的距离较小而产生翘起现象（翘起是相对底箔401而言，可以理解为，远离转轴7的顶箔402（覆盖外弹性部的顶箔402）受到的压力较大，靠近转轴7的顶箔402受到的压力较小，受到压力较小的区域相较于受到压力较大的区域会有一定的翘起），靠近转轴7的顶箔402部分由于翘起而与止推盘3发生接触，进而导致顶箔402磨损加剧，严重时，会直接导致轴向气浮动压轴承失效。本申请通过使外弹性部的阻尼大于内弹性部的阻尼，进而使覆盖内弹性部的顶箔402远离止推盘3的距离大于覆盖外弹性部的顶箔402远离止推盘3的距离，进而避免顶箔402靠近转轴7的部分发生翘起，有效的保证了轴向气浮动压轴承的稳定运行。

本申请中的“阻尼”均指沿着旋转体的轴向方向的“阻尼”；本申请中的“轴向”均是指“旋转体的轴向”。

优选的，如图5-6所示，所述外弹性部至少包括沿着所述旋转体的轴向方向叠压在一起的第一拱箔A101和第二拱箔2，所述内弹性部包括第一拱箔B102，所述第一拱箔A101的阻尼与所述第一拱箔B102的阻尼相同。

通过上述设置，在确保内弹性部的阻尼小于外弹性部的阻尼的同时，内弹性部件与外弹性部件相互独立，使得轴向气浮动压轴承在承受不同压力（外弹性部承受的压力要大于内弹性部件承受的压力），外弹性部与内弹性部各自发生形变而不相互影响，有利于根据实际需求精确调整外弹性部和内弹性部的阻尼，有利于后期维护，更换相应的弹性部件，提高了轴向气浮动压轴承的适应性。

也即是，在靠近止推盘3根部的圆形区域为单层第一拱箔B102，远离止推盘3根部的圆形区域为双层拱箔（第一拱箔A101和第二拱箔2），双层拱箔的轴向方向的刚度更大（阻尼更大），如此，止推盘3在转动时，单层拱箔的轴向形变量要大于双层拱箔的轴向形变量，相当于增加了靠近止推盘3根部的顶箔402与止推盘3之间的间隙，有效的解决了止推盘3盘面加工精度不足（平面度和轴向厚度）导致的气流无法有效通过靠近止推盘3根部的顶箔402与止推盘3之间的间隙的问题，同时在保证轴向气浮动压轴承动态适应性前提下增大了轴向气浮动压轴承的承载范围。

另外，在实际加工生产时，由于第一拱箔A101和第一拱箔B102的阻尼相同，只需要将预制好的第一拱箔A101和第二拱箔2叠加，即可实现外弹性部的阻尼大于内弹性部的目的；通过调整第二拱箔2的阻尼，即可快速调整内弹性部和外弹性部之间的阻尼的差异大小，便于模块化生产。

第一拱箔A101、第一拱箔B102和第二拱箔2均经过模具进行压制，再进行热处理形成弹性装置。

优选的，所述第一拱箔A101和所述第一拱箔B102共同构成单一的第一拱箔1。

通过使第一拱箔A101和第一拱箔B102构成一个整体的第一拱箔1，有利于加工和安装，进而降低成本。

此时，可将第一拱箔1与底箔401相邻，第二拱箔2覆盖在第一拱箔1上，如图6所示，也即是第一拱箔1被夹在第二拱箔2和底箔401之间，如此可使整体的第二拱箔2与顶箔402贴靠紧密，保证了第二拱箔2对顶箔402的支撑的稳定性。

优选的，在所述旋转体的轴向方向，所述第二拱箔2与所述第一拱箔1的阻尼比为β1，0.5≤β1≤0.7。

通过使0.5≤β1≤0.7，当轴向气浮动压轴承受到轴向压力时，第二拱箔2先发生形变吸收冲击，此时第一拱箔1发生形变较小，当轴向气浮动压轴承受到的轴向压力进一步增加时，第二拱箔2形变达到最大并挤压第一拱箔1发生较大形变，进一步吸收外部冲击；如此使得轴向气浮动压轴承能够适应轻工况和重工况，提高了轴向气浮动压轴承的适应性。

优选的，如图14所示，沿着所述旋转体的径向方向，所述第二拱箔2的宽度为L2，所述第一拱箔1的宽度为L1，L2与L1的比值为γ，则，0.7≤γ≤0.8。

通过使γ≤0.8，使得轴向气浮动压轴承受到轴向压力时，承受较小压力的内弹性部的形变量要大于等于承受较大压力的外弹性部的形变量，进而避免顶箔与旋转体发生接触。通过使0.7≤γ，有效的避免因内弹性部的形变量过大，而减小轴向气浮动压轴承在重工况下的负载能力。在旋转体的轴向方向上，第二拱箔2的外边缘与第一拱箔1的外边缘对齐。也即是，L2为外弹性部的尺寸，L1为内弹性部和外弹性部的尺寸之和。

优选的，沿着所述旋转体的轴向方向，所述第二拱箔2的投影面积为S2，所述第一拱箔1的投影面积为S1，0.8≤S2/S1≤0.9。

通过使0.8≤S2/S1≤0.9，有效的保证了双层拱箔承受的压力产生的形变不大于单层拱箔承受的压力产生的形变量，避免了顶箔局部凸出而与旋转体发生接触。

优选的，沿着所述旋转体的轴向方向，所述内弹性部的阻尼与所述外弹性部的阻尼比为β2，0.3≤β2≤0.5。

由于外弹性部承受的压力要大于内弹性部所要承受的压力，通过使0.3≤β2≤0.5，有效的保证内弹性部形变量不小于外弹性部，进而避免了局部顶箔朝向旋转体凸出而与旋转体发生局部接触，有效的保证了轴向气浮动压轴承工作的稳定性。

优选的，如图7所示，所述第一拱箔1包括多条沟槽6，所述沟槽6的长度方向沿着所述旋转体的周向延伸。

沟槽6的作用是构成形变空间，当轴向气浮动压轴承受到轴向方向的挤压时，沟槽6的设置使得实体结构能够沿着轴向方向移动。

沟槽6沿着旋转体的周向延伸，使得第一拱箔A101与第一拱箔B102之间的连接处也是沿着沟槽6的延伸方向，这就使得第一拱箔A101发生形变时，第一拱箔A101和第一拱箔B102之间影响较小，有利于使第一拱箔1整体受力更加均衡，有效的降低了第一拱箔A101带动第一拱箔B102发生形变的大小，确保了轴向气浮动压轴承的承载力的稳定性。如图7所示，进一步的，沟槽6沿着止推盘3的径向方向的宽度d，每条沟槽6沿着止推盘3的径向方向的宽度相同。

优选的，如图6所示，所述第一拱箔A101包括朝向所述顶箔402凸起的第一突出部501，所述第一突出部501朝向所述底箔401的一面设置有第一形变腔5011；所述第二拱箔2包括朝向所述顶箔402凸起的第二突出部502，所述第二突出部502朝向所述底箔401的一面设置有第二形变腔5021，所述第一突出部501至少部分位于所述第二形变腔5021内，所述第一突出部501与所述第二突出部502之间形成有形变间隔503，所述第二拱箔2的阻尼小于所述第一拱箔A101的阻尼。

形变间隔503的直接作用是便于第二拱箔2发生形变，形变间隔503在空间上属于第二形变腔5021的一部分。由于第二拱箔2的阻尼小于第一拱箔A101的阻尼，第一突出部501和第二突出部502之间形成有形变间隔503，当电机的负载较小、轻工况时，止推盘3轴向位移较小，此时止推盘3经过气膜挤压顶箔402，顶箔402挤压第二拱箔2，第二拱箔2挤压第一拱箔A101，由于第二拱箔2的阻尼小于第一拱箔A101的阻尼，使得第二拱箔2发生较大形变，第一拱箔A101发生较小形变，并减小形变间隔503；当电机的负载由小变大、工况由轻变重时，止推盘3发生轴向位移变大，此时止推盘3经过气膜挤压顶箔402，顶箔402挤压第二拱箔2，第二拱箔2先发生形变并减小形变间隔503，随着负载的增大、工况变重，止推盘3进一步发生轴向位移，当在轴向方向上，形变间隔503逐渐减小直至第一突出部501和第二突出部502发生接触，第二拱箔2挤压第一拱箔A101使第一拱箔A101也发生一定轴向形变；如此使得轴向气浮动压轴承既能够适应轻工况、低负载，也能够适应重工况、高负载。另外，相较于第二拱箔2和第一拱箔A101同时发生形变（没有形变间隔503），该实施例使得电机由轻工况、低负载到重工况、高负载具有一定的过渡，有利于电机平稳运行，尤其使在轴向方向受力更加稳定，特别能够适合电机在轴向方向受力不稳的使用环境。

优选的，所述形变间隔503沿着所述旋转体的径向方向有多个，由所述旋转体的径向内侧至所述旋转体的径向外侧，多个所述形变间隔503在所述旋转体的轴向方向的厚度h先变小后变大。

如图8所示，沿着旋转体的径向方向，从径向外侧到径向内侧，主承载区又可分为外侧区域、中部区域和内侧区域；h越大，第二拱箔2的第二突出部502与第一突出部501接触前的轴向形变量越大，h越小，第二拱箔2的第二突出部502与第一突出部501接触前的轴向形变量越小，这使得，当顶箔402的主承载区整体朝向底箔401移动一定距离时，与中部区域相对的形变间隔503的h先减小至零，随着主承载区承受的压力变大，主承载区继续向底箔401移动，由于与中部区域相对的形变间隔503的h已经为零，中部区域朝向底箔401移动开始经第二拱箔2直接挤压第一拱箔A101，而外侧区域和内侧区域朝向底箔401移动进一步减小形变间隔503的h，又由于第二拱箔2的阻尼小于第一拱箔A101的阻尼，这就使得主承载区整体承受均匀压力时，外侧区域和内侧区域朝向底箔401的移动距离要大于中部区域朝向底箔401移动的距离；避免了顶箔402在径向方向的外边缘出现翘起现象，避免顶箔402与止推盘3发生接触，提高了轴向气浮动压轴承的使用寿命和运行的稳定性。

优选的，如图6所示，在所述旋转体的轴向方向上，所述第一拱箔A101和所述第二拱箔2叠加后的厚度为H1，所述第一拱箔B102的厚度为H2，当所述轴向气浮动压轴承处于非工作状态时，H1≥H2。

电机较低速转动，转轴7轴向位移较小，对轴向气浮动压轴承的压力较小，相应的外弹性部与内弹性部的压力差相较于电机高速转动时外弹性部与内弹性部的压力差较小，此时H1=H2，如图6所示，有利于轴向气浮动压轴承受力更加均衡。

采用双层拱箔（第一拱箔A101和第二拱箔2）构成外弹性部，第一拱箔A101和第二拱箔2在轴向方向的投影相同，均为扇形；第一拱箔B102轴向方向的高度要高于第一拱箔A101的轴向高度，使得第一拱箔B102的轴向高度等于第一拱箔A101和第二拱箔2的轴向高度之和，进而使轴向气浮动压轴承在轴向尺寸上的高度相同（厚度基本相同）。当顶箔402受到压力时，第一拱箔B102形变量要大于第一拱箔A101和第二拱箔2叠加在一起后的形变量；有效的改善轴承内圈（第一拱箔B102对应的区域）与止推盘3之间气流不足的情况，由于在第一拱箔A101上叠加了第二拱箔2，有效的增大了外弹性部的刚度和阻尼（阻尼），轴向气浮动压轴承的承载性能提高。

通过使H1＞H2，如图8所示，当止推盘3转动时，顶箔402与内弹性部相对的部分受到气体压力快速发生形变，而顶箔402与外弹性部相对的部分由于受到了外弹性部的支撑而形变较小，这就使得内弹性部对应的顶箔402与止推盘3之间的间隙（下文称“内间隙802”）比外弹性部对应的顶箔402与止推盘3之间的间隙（下文称“外间隙801”）要大，这就使得止推盘3在开始转动时，能够带动更多的气体进入内间隙802，这对电机的转轴7在较高速转动时有利；这是因为，随着转轴7的转速的提高，止推盘3不但能够将气体带入到外间隙801和内间隙802内，由于止推盘3的转速较高，气体的转速也较高，气体在止推盘3的作用下做圆周运动的同时，也进行离心运动，气体沿着止推盘3的径向方向向外运动，导致内间隙802内的气压降低而与止推盘3之间的作用力降低，内弹性部的压缩量也就小于外弹性部，通过使H1＞H2，即使内弹性部的压缩量小于外弹性部的压缩量，也能有效避免与内弹性部相对的顶箔402与止推盘3接触。

优选的，所述外弹性部为第三拱箔A301，所述内弹性部为第三拱箔B302，所述第三拱箔A301的阻尼大于所述第三拱箔B302的阻尼。

相较于外弹性部设置两层拱箔，仅将外弹性部设置为单层的第三拱箔A301，并使其阻尼大于内弹性部第三拱箔B302，一方面，能够精确调整第三拱箔A301和第三拱箔B302的阻尼，有效的提高了轴向气浮动压轴承对止推盘3的支撑精度，有利于转轴7平稳转动；另一方面，能够根据实际需要，更换第三拱箔A301和第三拱箔B302，以使轴向气浮动压轴承适应不同的需求，便于模块化生产和后期维护。

进一步的，第三拱箔A301与第三拱箔B302可以设置为同一个拱箔，此时便于安装，为了使第三拱箔A301的阻尼大于第三拱箔B302，第三拱箔A301的厚度要大于第三拱箔B302。

优选的，如图8所示，所述旋转体为止推盘3，所述顶箔402与所述止推盘3相邻，所述顶箔402包括覆盖所述外弹性部的外侧顶箔4023和覆盖所述内弹性部的内侧顶箔4024；当所述轴向气浮动压轴承处于非工作状态时，所述外侧顶箔4023与所述止推盘3之间的最大距离为L3，所述内侧顶箔4024与所述止推盘3之间的最小距离为L4，则，L3≤L4。

当止推盘3静止时，由于L3≤L4，内侧顶箔4024与止推盘3之间的气体量要大于外侧顶箔4023与止推盘3之间的气体量，这就使得止推盘3在刚刚转动，而轴向气浮动压轴承与止推盘3之间的气膜还未快速流动形成有效动压时，即使止推盘3发生一定的轴向震动，止推盘3也不会与内侧顶箔4024发生接触；又由于L3≤L4，内侧顶箔4024与止推盘3之间的气体沿着止推盘3的径向方向向外流动时会受到外侧顶箔4023较大的阻力，如此在止推盘3刚刚转动，转速还较低时，保证了顶箔402与止推盘3之间的气体有足够的压力以避免止推盘3与顶箔402发生接触。

本发明还提供了一种电机，如图1所示，包括转轴7和所述的轴向气浮动压轴承，所述旋转体设置在所述转轴7上。

电机非工作状态时，转轴和旋转体均静止，如图10所示，止推盘位于两个轴向气浮动压轴承中间，当电机用于驱动叶轮701时，如图1所示，叶轮701设置在转轴7上，叶轮701在转动时会带动转轴7发生轴向方向的位移。如图1所示，止推盘3设置在前轴承座901和后轴承座902之间，止推盘3与前轴承座901之间设置有一个轴向气浮动压轴承，止推盘3与后轴承座902之间设置有一个轴向气浮动压轴承。

本发明提供的一种空气压缩机，包括所述的电机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式的有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种轴向气浮动压轴承，设置在旋转体的轴向的至少一侧，所述轴向气浮动压轴承包括沿着所述旋转体的轴向分布的底箔（401）、顶箔（402），所述底箔（401）和所述顶箔（402）之间形成有容纳腔，所述容纳腔环绕所述旋转体的转动轴线设置，所述容纳腔内设置有环绕所述旋转体的转动轴线的弹性装置，其特征在于，所述弹性装置包括靠近所述转动轴线的内弹性部和远离所述转动轴线的外弹性部；沿着所述旋转体的径向方向，所述内弹性部与所述外弹性部的大小为L1，所述外弹性部的大小为L2；L2与L1的比值为γ，0.7≤γ≤0.8；在所述旋转体的轴向方向上，所述内弹性部的阻尼小于所述外弹性部的阻尼。

2.根据权利要求1所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，所述外弹性部至少包括沿着所述旋转体的轴向方向叠压在一起的第一拱箔A（101）和第二拱箔（2），所述内弹性部包括第一拱箔B（102），所述第一拱箔A（101）的阻尼与所述第一拱箔B（102）的阻尼相同。

3.根据权利要求2所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，所述第一拱箔A（101）和所述第一拱箔B（102）共同构成单一的第一拱箔（1）。

4.根据权利要求3所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，在所述旋转体的轴向方向，所述第二拱箔（2）与所述第一拱箔（1）的阻尼比为β1，0.5≤β1≤0.7。

5.根据权利要求3所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，沿着所述旋转体的轴向方向，所述第二拱箔（2）的投影面积为S2，所述第一拱箔（1）的投影面积为S1，0.8≤S2/S1≤0.9。

6.根据权利要求1所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，沿着所述旋转体的轴向方向，所述内弹性部的阻尼与所述外弹性部的阻尼比为β2，0.3≤β2≤0.5。

7.根据权利要求3所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，所述第一拱箔（1）包括多条沟槽（6），所述沟槽（6）的长度方向沿着所述旋转体的周向延伸。

8.根据权利要求2所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，所述第一拱箔A（101）包括朝向所述顶箔（402）凸起的第一突出部（501），所述第一突出部（501）朝向所述底箔（401）的一面设置有第一形变腔（5011）；所述第二拱箔（2）包括朝向所述顶箔（402）凸起的第二突出部（502），所述第二突出部（502）朝向所述底箔（401）的一面设置有第二形变腔（5021），所述第一突出部（501）至少部分位于所述第二形变腔（5021）内，所述第一突出部（501）与所述第二突出部（502）之间形成有形变间隔（503），所述第二拱箔（2）的阻尼小于所述第一拱箔A（101）的阻尼。

9.根据权利要求8所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，所述形变间隔（503）沿着所述旋转体的径向方向有多个，由所述旋转体的径向内侧至所述旋转体的径向外侧，多个所述形变间隔（503）在所述旋转体的轴向方向的厚度先变大后变小。

10.根据权利要求2所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，在所述旋转体的轴向方向上，所述第一拱箔A（101）和所述第二拱箔（2）叠加后的厚度为H1，所述第一拱箔B（102）的厚度为H2，当所述轴向气浮动压轴承处于非工作状态时，H1≥H2。

11.根据权利要求1所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，所述外弹性部为第三拱箔A（301），所述内弹性部为第三拱箔B（302），所述第三拱箔A（301）的阻尼大于所述第三拱箔B（302）的阻尼。

12.根据权利要求1-11任一项所述的轴向气浮动压轴承，其特征在于，所述旋转体为止推盘（3），所述顶箔（402）与所述止推盘（3）相邻，所述顶箔（402）包括覆盖所述外弹性部的外侧顶箔（4023）和覆盖所述内弹性部的内侧顶箔（4024）；当所述轴向气浮动压轴承处于非工作状态时，所述外侧顶箔（4023）与所述止推盘（3）之间的最大距离为L3，所述内侧顶箔（4024）与所述止推盘（3）之间的最小距离为L4，则，L3≤L4。

13.一种电机，其特征在于，包括转轴（7）和权利要求1-12任一项所述的轴向气浮动压轴承，所述旋转体设置在所述转轴（7）上。

14.一种空气压缩机，其特征在于，包括权利要求13所述的电机。