CN209781452U - 一种具有多重刚度的动压气体径向轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有多重刚度的动压气体径向轴承，其包括：轴承座，轴承座内部具有圆柱形的空间；至少一组轴承基体，每组轴承基体包括沿空间的径向设置的箔片组件、径向轴瓦、连接件和弹性元件；其中，箔片组件和径向轴瓦位于空间内，箔片组件包括沿空间的径向由内至外依次叠置的第一平箔片、波箔片和第二平箔片，径向轴瓦固定在第二平箔片外侧；弹性元件位于轴承座外侧并与轴承座连接，弹性元件的弹性变形方向为空间的径向，连接件连接在径向轴瓦与弹性元件之间，并能在径向轴瓦沿空间的径向向外移动时推动弹性元件发生弹性变形。本实用新型在不同载荷下能产生多重变形，实现多重刚度变化，承载力大，稳定性高，适应的荷载和转速范围大。

Description

一种具有多重刚度的动压气体径向轴承

技术领域

本实用新型涉及动压气体轴承技术领域，尤其是一种具有多重刚度的动压气体径向轴承。

背景技术

气体轴承是一种采用气体作为润滑介质的流体膜润滑轴承，其利用气体粘性来提高其间隙内的气体压力，而使转子浮起，在轴和轴承之间形成气膜，使运动面和静止面不发生直接接触。气体轴承按其工作原理可分为静压气体轴承和动压气体轴承两种。

静压气体轴承利用外部气源提供高压气体，需要额外的供气系统，增加了整体系统的复杂性，同时供气系统压缩产生高压气体，使系统的经济性降低，限制了静压气体轴承的应用范围。

动压气体轴承是利用转轴运动时，轴承楔形间隙里粘性气体产生的气膜压力来支承载荷，其最大的特点是不需要额外的供气系统，结构简单，拓展了气体轴承的应用领域，尤其是涡轮增压机、航空燃气透平、空间透平膨胀机等航空航天领域。

箔片式动压气体轴承与传统的气体轴承相比，无需外部起源，具有承载力大、可靠性高、耐高温能力强等特点。由于箔片具有良好的弹性特征，使得轴承表面能够根据转速和荷载的变化做出相应的变化调整，自动形成相应的润滑气膜，体现了较强的抗冲击能力和自适应性能，又因箔片轴承在运行过程中箔片与箔片之间以及箔片与轴承壳体之间存在着库伦摩擦力，消耗了部分多余能量，对抑制转子系统震动、保持稳定性等方面起到了重要作用。

可倾瓦径向动压气体轴承是径向轴承的另外一种形式，也是目前较为成熟的一种气体轴承。可倾瓦径向动压气体轴承具有吸收震动的能力强、耐冲击、自动补偿加工误差、能够适应一定的受力变形、稳定性高等优点。但是传统的可倾瓦径向轴承依靠瓦块背面弹性钢片的一次变形提供弹性支承，变形对结构依赖大，且刚度、阻尼不理想，装配性能差，表现在轴承本身适应荷载和转速的范围有限，限制了其在高速旋转机械中的深入应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有多重刚度的动压气体径向轴承，其可实现多重变形，承载力大，适应的荷载和转速范围大。

为达到上述目的，本实用新型提出一种具有多重刚度的动压气体径向轴承，其包括：轴承座，所述轴承座内部具有圆柱形的空间；至少一组轴承基体，每组所述轴承基体包括沿所述空间的径向设置的箔片组件、径向轴瓦、连接件和弹性元件；其中，所述箔片组件和所述径向轴瓦位于所述空间内，所述箔片组件包括沿所述空间的径向由内至外依次叠置的第一平箔片、波箔片和第二平箔片，所述第一平箔片的一端、所述波箔片一端和所述第二平箔片的一端相对所述轴承座固定，所述第一平箔片的另一端、所述波箔片另一端和所述第二平箔片的另一端均为自由端，所述径向轴瓦固定在所述第二平箔片外侧，且所述径向轴瓦与所述轴承座的内侧壁之间具有间距；所述弹性元件位于所述轴承座外侧并与所述轴承座连接，所述弹性元件的弹性变形方向为所述空间的径向，所述连接件连接在所述径向轴瓦与所述弹性元件之间，并能在所述径向轴瓦沿所述空间的径向向外移动时推动所述弹性元件发生弹性变形。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述弹性元件为能弯折的片状结构，所述弹性元件的一端与所述轴承座固定连接，所述弹性元件的另一端能移动地与所述轴承座连接，所述连接件与所述弹性元件的两端之间的部分连接，所述弹性元件能在所述连接件的推动下沿所述空间的径向向外鼓起。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述弹性元件的另一端通过一限位件与所述轴承座连接，所述限位件穿过所述弹性元件，所述限位件的一端与所述轴承座连接，所述限位件的另一端具有能对所述弹性元件限位的限位凸起。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述限位件包括一连杆，所述连杆的一端与所述轴承座连接，所述连杆的另一端连接所述限位凸起，所述弹性元件的另一端具有一通孔，所述连杆穿过所述通孔，所述通孔的直径大于所述连杆的直径，且所述通孔的直径小于所述限位凸起的直径。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述弹性元件具有一开口，所述连接件穿过所述开口，所述连接件的外壁上具有环形凸台，所述环形凸台位于所述开口的靠近所述轴承座的一侧，所述环形凸台抵靠所述弹性元件。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述连接件能移动地穿过所述轴承座的侧壁，且所述连接件与所述轴承座之间设有机械密封。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述第一平箔片的一端、所述波箔片的一端和所述第二平箔片的一端依次连接，并通过销钉与所述轴承座连接。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述第一平箔片、所述波箔片和所述第二平箔均沿所述空间的圆周方向延伸。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述具有多重刚度的动压气体径向轴承包括多组所述轴承基体，多组所述轴承基体沿所述空间的圆周方向等间隔排列。

如上所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其中，所述具有多重刚度的动压气体径向轴承还包括转轴，所述转轴沿所述空间的轴向穿过所述空间，所述转轴位于所述箔片组件的内侧，且所述转轴与所述箔片组件的第一平箔片之间具有间隙。

本实用新型的具有多重刚度的动压气体径向轴承的特点和优点是：

1、本实用新型将可倾瓦径向动压气体轴承和箔片式动压气体轴承相组合，通过设置弹性元件和箔片组件，在不同载荷下能产生多重变形，实现多重刚度变化，承载力大，稳定性高，适应的荷载和转速范围大；

2、本实用新型中的多组箔片组件为多段式结构，当部分箔片组件损坏后，只需更换受损的箔片组件即可，便于维修，节约维修成本，延长轴承的整体寿命，由于多组箔片组件间隔排列，相邻两组箔片组件之间的空隙为箔片组件提供了弹性变形空间，从而进一步增大轴承的承载力。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型的具有多重刚度的动压气体径向轴承的一个实施例的示意图；

图2是本实用新型中一组轴承基体与轴承座连接状态的示意图；

图3是本实用新型中弹性元件的示意图；

图4是本实用新型中弹性元件发生较小弹性变形的示意图；

图5是本实用新型中弹性元件发生较大弹性变形的示意图。

主要元件标号说明：

1、轴承座；11、空间；2、箔片组件；21、第一平箔片；22、波箔片；

23、第二平箔片；3、径向轴瓦；4、连接件；41、环形凸台；5、弹性元件；

51、通孔；52、开口；6、转轴；7、限位连接件；71、限位凸起；72、连杆；

8、机械密封；9、销钉；10、螺丝。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，“多组”的含义是两组或两组以上。

如图1所示，本实用新型提供一种具有多重刚度的动压气体径向轴承，其包括轴承座1和至少一组轴承基体，所述轴承座1的内部具有圆柱形的供转轴6穿过的空间11，每组轴承基体包括沿空间11的径向设置的箔片组件2、径向轴瓦3、连接件4和弹性元件5；其中，

箔片组件2和径向轴瓦3位于空间11内，箔片组件2包括沿空间11的径向由内至外依次叠置的第一平箔片21、波箔片22和第二平箔片23，第一平箔片21的一端、波箔片22一端和第二平箔片23的一端相对轴承座1固定，第一平箔片21的另一端、波箔片22另一端和第二平箔片23的另一端均为自由端，径向轴瓦3固定在第二平箔片23外侧，且径向轴瓦3与轴承座1的内侧壁之间具有间距；

弹性元件5位于轴承座1外侧并与轴承座1连接，弹性元件5的弹性变形方向为空间11的径向方向，连接件4连接在径向轴瓦3与弹性元件5之间，并能在径向轴瓦3沿空间11的径向向外移动时推动弹性元件5发生弹性变形。

本实用新型的具有多重刚度的动压气体径向轴承，将可倾瓦径向动压气体轴承和箔片式动压气体轴承相组合，使用时，将转轴6沿空间11的轴向穿过空间11，转轴6位于箔片组件2的内侧，转轴6与箔片组件2之间具有间隙，工作时，转轴6与第一平箔片21之间的间隙内形成气膜，转轴6通过气膜对第一平箔片21施加压力，使整个箔片组件2沿空间11的径向向外移动，箔片组件2通过径向轴瓦3沿空间11的径向向外推动弹性元件5，使弹性元件5发生弹性变形，转轴6与箔片组件2之间的间隙随着载荷和转轴6转速的不同进行变化，从而引起箔片组件2带动连接件4沿空间11的径向方向移动，弹性元件5因连接件4的移动产生不同程度的变形，当载荷较小时，弹性元件5的变形量较小(如图4所示)，当载荷增大时，弹性元件5的变形量随之增大，当径向轴瓦3移动到贴靠轴承座1的内侧壁时(如图5所示)，随着载荷继续增大，弹性元件5的变形量不再继续增大，而是箔片组件2中的波箔片22发生变形，波箔片22受到的力通过第二平箔片23和径向轴瓦3均匀传递给轴承座1的内侧壁，因此，本实用新型通过设置弹性元件5和箔片组件2，在不同载荷下能产生多重变形，实现多重刚度变化，承载力大，稳定性高，适应的荷载和转速范围大。

如图1所示，进一步，动压气体径向轴承包括多组轴承基体，多组轴承基体沿空间11的圆周方向等间隔排列，多组轴承基体的箔片组件2沿空间11的圆周方向等间隔排列，因此多组箔片组件2呈多段式结构，当某组箔片组件损坏后，只需更换受损的那组箔片组件即可，便于维修，节约维修成本，延长轴承的整体寿命，由于多组箔片组件2间隔排列，相邻两组箔片组件2之间的空隙为箔片组件2提供了弹性变形空间，从而进一步增大轴承的承载力。

再如图1所示，进一步，动压气体径向轴承还包括转轴6，转轴6沿空间11的轴向穿过空间11，转轴6位于箔片组件2的内侧，且转轴6与箔片组件2的第一平箔片21之间具有间隙。

如图2、图3所示，在一个具体实施例中，弹性元件5为能弯折的片状结构，例如弹性元件5为钢片，弹性元件5的一端与轴承座1固定连接，例如弹性元件5的一端通过螺丝10与轴承座1固定连接，弹性元件5的另一端能移动地与轴承座1连接，即弹性元件5的另一端呈半自由状态，连接件4与弹性元件5的两端之间的部分连接，当不承担载荷时，弹性元件5与轴承座1相贴合，当承担载荷时，弹性元件5能在连接件4的推动下沿空间11的径向向外鼓起，也就是发生弹性变形。

如图2所示，进一步，弹性元件5的另一端通过一限位连接件7与轴承座1能移动地连接，限位连接件7穿过弹性元件5，限位连接件7的一端与轴承座1连接，限位连接件7的另一端具有能对弹性元件5限位的限位凸起71。也就是，通过限位连接件7限制弹性元件5自由变形的程度，弹性元件5的另一端能沿限位连接件7在限位凸起71与轴承座1之间的范围内移动，当径向轴瓦3沿空间11的径向向外移动时，连接件4推动弹性元件5，弹性元件5的另一端首先相对轴承座1翘起(如图4所示)，发生一次变形，随着载荷继续增大，连接件4继续推动弹性元件5，弹性元件5的两端之间的部分鼓起(如图5所示)，发生二次变形，载荷越大，二次变形的程度越大，因此弹性元件5能产生多重变形。

如图2、图3所示，更进一步，限位连接件7包括一连杆72，连杆72的一端与轴承座1连接，连杆72的另一端连接限位凸起71，弹性元件5的另一端具有一通孔51，连杆72穿过通孔51，通孔51的直径大于连杆72的直径，以使弹性元件5的另一端具有一定活动空间，从而使弹性元件5能鼓起，通孔51的直径小于限位凸起71的直径，以使限位凸起71能对弹性元件5的另一端限位。其中的通孔51并不限于圆孔，还可以是方形孔。

例如，限位连接件7为限位螺丝，限位螺丝的螺帽为限位凸起71，限位螺丝的螺杆为连杆72，限位螺丝与轴承座1螺纹连接。

如图2、图3所示，进一步，弹性元件5具有一开口52，连接件4穿过开口52，连接件4的外壁上具有环形凸台41，环形凸台41位于开口52的靠近轴承座1的一侧，环形凸台41抵靠弹性元件5，也就是连接件4通过环形凸台41推动弹性元件5发生变形。其中的开口52可以是方形开口或圆形开口。

本实施例中的弹性元件5为片状体，但本实用新型并不以此为限，弹性元件5还可以是其它结构，比如弹性元件5为弹簧，弹簧的一端与轴承座1相对固定，弹簧的另一端与连接件4连接。

如图1、图2所示，连接件4能沿空间11的径向移动地穿过轴承座1的侧壁，连接件4与轴承座1之间设有机械密封8，以防止轴承内的气体从连接件4与轴承座1之间泄漏。具体是，机械密封8位于轴承座1的内侧壁处，连接件4呈阶梯轴状，连接件4与轴承座1的侧壁间隙配合。

如图2所示，在另一个具体实施例中，第一平箔片21的一端、波箔片22的一端和第二平箔片23的一端依次连接，并通过销钉9与轴承座1连接，销钉9刚度较大，具有较大承载力。

进一步，第一平箔片21、波箔片22和第二平箔片23均沿空间11的圆周方向延伸。

如图2所示，其中，波箔片22呈波纹状，具有交替连接的突起段和过渡段，过渡段与第二平箔片23贴合，突起段为弧形突起，具有较好的弹性，突起段自过渡段朝第一平箔片21突出，突起段的顶端与第一平箔片21接触。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述具有多重刚度的动压气体径向轴承包括：

轴承座，所述轴承座内部具有圆柱形的空间；

至少一组轴承基体，每组所述轴承基体包括沿所述空间的径向设置的箔片组件、径向轴瓦、连接件和弹性元件；其中，

所述箔片组件和所述径向轴瓦位于所述空间内，所述箔片组件包括沿所述空间的径向由内至外依次叠置的第一平箔片、波箔片和第二平箔片，所述第一平箔片的一端、所述波箔片一端和所述第二平箔片的一端相对所述轴承座固定，所述第一平箔片的另一端、所述波箔片另一端和所述第二平箔片的另一端均为自由端，所述径向轴瓦固定在所述第二平箔片外侧，且所述径向轴瓦与所述轴承座的内侧壁之间具有间距；

所述弹性元件位于所述轴承座外侧并与所述轴承座连接，所述弹性元件的弹性变形方向为所述空间的径向，所述连接件连接在所述径向轴瓦与所述弹性元件之间，并能在所述径向轴瓦沿所述空间的径向向外移动时推动所述弹性元件发生弹性变形。

2.如权利要求1所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述弹性元件为能弯折的片状结构，所述弹性元件的一端与所述轴承座固定连接，所述弹性元件的另一端能移动地与所述轴承座连接，所述连接件与所述弹性元件的两端之间的部分连接，所述弹性元件能在所述连接件的推动下沿所述空间的径向向外鼓起。

3.如权利要求2所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述弹性元件的另一端通过一限位件与所述轴承座连接，所述限位件穿过所述弹性元件，所述限位件的一端与所述轴承座连接，所述限位件的另一端具有能对所述弹性元件限位的限位凸起。

4.如权利要求3所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述限位件包括一连杆，所述连杆的一端与所述轴承座连接，所述连杆的另一端连接所述限位凸起，所述弹性元件的另一端具有一通孔，所述连杆穿过所述通孔，所述通孔的直径大于所述连杆的直径，且所述通孔的直径小于所述限位凸起的直径。

5.如权利要求2所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述弹性元件具有一开口，所述连接件穿过所述开口，所述连接件的外壁上具有环形凸台，所述环形凸台位于所述开口的靠近所述轴承座的一侧，所述环形凸台抵靠所述弹性元件。

6.如权利要求1所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述连接件能移动地穿过所述轴承座的侧壁，且所述连接件与所述轴承座之间设有机械密封。

7.如权利要求1所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述第一平箔片的一端、所述波箔片的一端和所述第二平箔片的一端依次连接，并通过销钉与所述轴承座连接。

8.如权利要求1所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述第一平箔片、所述波箔片和所述第二平箔均沿所述空间的圆周方向延伸。

9.如权利要求1至8任一项所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述具有多重刚度的动压气体径向轴承包括多组所述轴承基体，多组所述轴承基体沿所述空间的圆周方向等间隔排列。

10.如权利要求1至8任一项所述的具有多重刚度的动压气体径向轴承，其特征在于，所述具有多重刚度的动压气体径向轴承还包括转轴，所述转轴沿所述空间的轴向穿过所述空间，所述转轴位于所述箔片组件的内侧，且所述转轴与所述箔片组件的第一平箔片之间具有间隙。