CN202811846U

CN202811846U - 一种空气轴承结构

Info

Publication number: CN202811846U
Application number: CN 201220420520
Authority: CN
Inventors: 陈巍; 郭宝亭
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-08-22

Abstract

本实用新型公开了一种空气轴承结构，所述空气轴承区别于传统的波箔式空气轴承结构形式，用金属橡胶层，代替传统结构中的波箔支撑结构；其中，金属橡胶层可以采用普通金属丝编织，也可以采用记忆合金丝编织，也可以采用普通金属丝和记忆合金丝混合编织的方法加工；所述金属橡胶截面形式，可以是矩形截面，也可以是梯形截面。本实用新型的空气轴承结构，在保持传统空气轴承长寿命、低成本、结构简单、免维护的优点的基础上，结合金属橡胶成本低、适应性强、承载力大、减振效果突出等特点，从而满足诸如航空发动机等高速旋转机械对转子支撑的要求，进一步提升了空气轴承的应用领域和适用范围。

Description

一种空气轴承结构

技术领域

本实用新型属于轴承设计或旋转式动力机械支撑与减振技术领域，涉及一种空气轴承。具体的说，是用在航空发动机、燃气轮机，或其它旋转式机械，转子系统支撑中的空气轴承。

背景技术

轴承与支撑系统，是旋转式机械设计中关键技术，关系整机运行的稳定性、可靠性和寿命。在众多的轴承形式中，空气轴承以长寿命，低成本，结构简单，免维护等技术特点，成为旋转机械，尤其是高速旋转机械支撑系统的首选。然而，其关键性设计技术仍掌握在美国、俄罗斯、日本等技术先进国家。我国目前没有空气轴承系统的设计能力和成功先例。但国内的市场需求却极其庞大，蕴藏着巨大的经济效益。

如图8-10所示，空气轴承在结构上由里向外依次包括平箔层（1）、波箔层（2）和外支撑结构层（3），常用于支承转子结构（4），在先进国家的发展已经历经三代产品，其设计、市场化已趋于成熟。另外，现代空气轴承也具有一定的技术瓶颈：承载力有待提高，以满足大型转子的支撑需求；波箔层切向刚度分布不均，库仑阻尼效应无法得到最大限度的发挥；在气膜压力作用下，轴向有效刚度分布不均，库仑阻尼使用有限，承载力受到限制。这些局限性的存在，是由于波箔层的薄片式结构，及气动载荷在支撑面上非均匀分布的特点造就的。因此，若能提出一种支撑结构，解决上述瓶颈点，就能使空气轴承的应用领域和适用范围，得到进一步提升。尤其对于我国而言，不但掌握了自主知识产权，更突破了相关领域的技术封锁，具有重大的工程价值和经济意义。

发明内容

本实用新型的目的，是提出一种新型空气轴承结构，对现有技术的空气轴承结构进行改进，使用金属橡胶层代替传统空气轴承结构中的波箔支撑结构，在保持传统空气轴承长寿命、低成本、结构简单、免维护的优点的基础上，结合金属橡胶成本低、适应性强、承载力大、减振效果突出等特点，从而满足诸如航空发动机等高速旋转机械对转子支撑的要求，进一步提升了空气轴承的应用领域和适用范围。

为达到上述目的，本实用新型提供一种新型空气轴承结构，设置于高速旋转机械的转子支撑系统中，其特征在于，所述空气轴承结构由外向内依次包括外支撑结构层、金属橡胶层和平箔层，所述金属橡胶层采用金属橡胶制成，所述金属橡胶由金属丝压制而成。

优选地，所述金属橡胶中的金属丝全部或部分金属丝为记忆合金金属丝。

优选地，所述金属橡胶中的金属丝缠绕截面为矩形截面或梯形截面或其它类似形状。

优选地，所述金属橡胶中，包括至少两种不同直径的金属丝，所述至少两种不同直径的金属丝中，直径最大的金属丝为主丝，相邻主丝之间是相切的，所述主丝之间的间隙中填充有直径较小的金属丝。

优选地，所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面为矩形，相邻两层主丝之间。任意相切的两个主丝中心连线为垂直线。

优选地，所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面为梯形，相邻两层主丝之间。任意相切的两个主丝中心连线为非垂直线。

优选地，所述金属橡胶中，所述至少两种不同直径的金属丝混搭绕丝，可以是三种直径的金属丝混搭。

优选地，所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面可以是矩形排列三直径金属丝混搭截面。

优选地，所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面可以是梯形排列二直径金属丝混搭截面。

优选地，所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面可以是梯形排列三直径金属丝混搭截面。

传统空气轴承的不足之处在于：承载力不够高，难以满足大型转子的支撑需求；其中的波箔层切向刚度分布不均，库仑阻尼效应无法得到最大限度的发挥；在气膜压力作用下，轴向有效刚度分布不均，库仑阻尼使用有限，承载力受到限制。这些局限性的存在，是由于波箔层的薄片式结构，及气动载荷在支撑面上非均匀分布的特点造就的。

本实用新型的新型空气轴承结构中，使用金属橡胶层替代了传统空气轴承中的波箔层，既保持了传统空气轴承长寿命、低成本、结构简单、免维护的优点，又结合了金属橡胶成本低、适应性强、承载力大、减振效果突出等特点，从而使得本实用新型的空气轴承结构可以满足诸如航空发动机等高速旋转机械对转子支撑的要求，进一步提升了空气轴承的应用领域和适用范围。

本实用新型的空气轴承结构，同现有技术的空气轴承相比，其优点是：

1、保持了传统空气轴承长寿命、低成本、结构简单、免维护的优点，又结合了金属橡胶成本低、适应性强、承载力大、减振效果突出等特点，从而使得本实用新型的空气轴承结构可以满足诸如航空发动机等高速旋转机械对转子支撑的要求，进一步提升了空气轴承的应用领域和适用范围。

2、对于全部或部分使用记忆合金金属丝的金属橡胶制成的空气轴承，还利用了记忆合金金属丝随着使用环境和工作温度的变化，记忆合金会发生变形的特性，从而改变自身及金属橡胶整体的刚度特性，实现空气轴承对于支承对象的随伺服特性。有利于减小支承对象动态特性的变化范围，增强稳定性，进而可以延长使用寿命。

附图说明

图1本实用新型的带有金属橡胶层的空气轴承展开图；

图2金属橡胶结构立体示意图；

图3金属橡胶截面图；

图4矩形排列二直径金属丝混搭截面；

图5矩形排列三直径金属丝混搭截面；

图6梯形排列二直径金属丝混搭截面；

图7梯形排列三直径金属丝混搭截面；

图8传统波箔式空气轴承展开图；

图9传统波箔式空气轴承工程结构图；

图10历代传统箔片式空气轴承结构图，其中（a）为第一代波箔式箔式轴承，（b）为第二代波箔式箔式轴承，（c）为第三代波箔式箔式轴承，其中，附图标记：101为顶层平箔，102为波箔，103为键，104为变节距支撑弹簧，105为轴承套，106为改变波纹的波长，107为箔片结构交错排列，A为旋转方向，R为半径，W为点焊。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

图1示出了本实用新型的空气轴承结构的平面展开图，设置于高速旋转机械的转子支撑系统中，所述空气轴承结构由外向内依次包括外支撑结构层1、金属橡胶层2和平箔层3，所述金属橡胶层2采用金属橡胶制成，常见的金属橡胶的结构如图2所示，所述金属橡胶通过金属丝绕丝、编织、压制而成。所述金属橡胶中的金属丝全部或部分金属丝为记忆合金金属丝。

图3-7示出了一些实施例中的空气轴承结构可能使用到的金属橡胶形式。如图3所示，金属橡胶中，所有金属丝的直径相同，金属橡胶使用单一直径的金属丝缠绕压制而成。

如图4所示，金属橡胶中，包含两种不同直径的金属丝11、12。截面形式为矩形，金属丝11为主丝，金属丝12填充于金属丝11的空隙中。此时，金属丝11同时与8根金属丝接触，亦即有8个摩擦面，阻尼特性得到增强；同时，金属橡胶整体的结构动力特性得到提高，也提高了恶劣使用条件下的可靠性。金属丝11、12中，可以有一种金属丝使用记忆合金金属丝，也可以两种直径的金属丝都采用记忆合金金属丝。通过使用记忆合金金属丝，利用记忆合金金属丝随着使用环境和工作温度的变化，记忆合金会发生变形的特性，从而改变自身及金属橡胶整体的刚度特性，实现支承结构对于支承对象的随伺服特性。有利于减小支承对象动态特性的变化范围，增强稳定性，进而可以延长使用寿命。同时，金属橡胶本身受到的损耗也会减小，提高其本身的耐用性。

如图5所示，金属橡胶中，包含三种不同直径的金属丝11、12和13。截面形式为矩形，金属丝11为主丝，金属丝12填充于金属丝11的空隙中，金属丝13填充于金属丝12之间的空隙及金属丝11与金属丝12之间的空隙。此时，金属丝1拥有更多的摩擦面数目，阻尼特性及可靠性较实施例一更好。金属丝11、12、13中，可以有一种或两种金属丝使用记忆合金金属丝，也可以三种直径的金属丝都采用记忆合金金属丝。

如图6所示，金属橡胶中，包含两种不同直径的金属丝11和12。截面形式为梯形，金属丝11为主丝，金属丝12填充于金属丝11的空隙中。任取相邻两层中相切的金属丝1-1和1-4，其中心连线1-5为非垂直线。此时，仅考虑主丝之间的接触面，单根主丝有6个接触面；加上金属丝12的影响，单根主丝共有12个接触面。较实施例一中，接触面更多，因而其可靠性、阻尼特性更好。另外，梯形截面中，主丝之间的搭配方式，使得其结构稳定性也优于矩形截面。金属丝11、12中，可以有一种金属丝使用记忆合金金属丝，也可以两种直径的金属丝都采用记忆合金金属丝。对比而言，相同数目的金属丝直径时，梯形截面比矩形截面性能更优。

如图7所示，金属橡胶中，包含三种不同直径的金属丝11、12和13。截面形式为梯形，金属丝11为主丝，金属丝12填充于金属丝11的空隙中，金属丝13填充于金属丝12之间的空隙及金属丝11与金属丝12之间的空隙。原理同前，该种结构的金属橡胶特性较实施例一、实施例二、实施例三均好。金属丝11、12、13中，可以有一种或两种金属丝使用记忆合金金属丝，也可以三种直径的金属丝都采用记忆合金金属丝。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

Claims

1.一种空气轴承结构，设置于高速旋转机械的转子支撑系统中，其特征在于，所述空气轴承结构由外向内依次包括外支撑结构层、金属橡胶层和平箔层，所述金属橡胶层采用金属橡胶制成，所述金属橡胶由金属丝压制而成。

2.根据权利要求1所述的空气轴承结构，其特征在于，所述金属橡胶中的金属丝全部或部分金属丝为记忆合金金属丝。

3.根据权利要求2所述的空气轴承结构，其特征在于，所述金属橡胶中的金属丝缠绕截面为矩形截面或梯形截面。

4.根据权利要求1至3任一项所述的空气轴承结构，其特征在于，所述金属橡胶中，包括至少两种不同直径的金属丝，所述至少两种不同直径的金属丝中，直径最大的金属丝为主丝，相邻主丝之间是相切的，所述主丝之间的间隙中填充有直径较小的金属丝。

5.根据权利要求4所述的空气轴承结构，其特征在于，所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面为矩形。

6.根据权利要求4所述的空气轴承结构，其特征在于：所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面为梯形。

7.根据权利要求4所述的空气轴承结构，其特征在于：所述金属橡胶中，包括三种不同直径的金属丝混搭绕丝。

8.根据权利要求7所述的空气轴承结构，其特征在于：所述金属橡胶中，混搭绕丝的金属丝缠绕截面是矩形排列三直径金属丝混搭截面。

9.根据权利要求4所述的空气轴承结构，其特征在于：混搭绕丝的金属丝缠绕截面是梯形排列二直径金属丝混搭截面。

10.根据权利要求4所述的空气轴承结构，其特征在于：混搭绕丝的金属丝缠绕截面是梯形排列三直径金属丝混搭截面。