CN212615887U - 径向箔片轴承及氢燃料电场发动机用无油空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种径向箔片轴承及氢燃料电场发动机用无油空气压缩机。径向箔片轴承包括轴承座和沿所述轴承座内周面设置的顶箔，还包括：沿所述轴承座内周面设置在所述轴承座和顶箔之间的支撑组件，所述支撑组件包括支撑拱箔和支撑箔；所述支撑拱箔，用于为所述顶箔提供弹性支撑，包括：交替形成的支撑拱和支撑底，其中所述支撑拱用于支撑所述顶箔，所述支撑底抵靠在所述支撑箔上；所述支撑箔上设有支撑臂，所述支撑臂用于沿预设支撑方向对所述支撑拱进行支撑。通过在轴承座和支撑拱箔之间，加设了与支撑拱箔配合的支撑箔，使整个轴承的不同区域的刚度和阻尼都实现可调节进而提升整个轴承的承载能力，可承载区间以及轴承运行稳定性。

Description

径向箔片轴承及氢燃料电场发动机用无油空气压缩机

技术领域

本实用新型涉及轴承领域，尤其涉及一种径向箔片轴承及氢燃料电场发动机用无油空气压缩机。

背景技术

目前为止采用的弹性箔片式动压轴承大多是以下的轴承形式，或是由其演变改进而来的，这种轴承形式也是目前较为稳定的轴承形式之一，如图1所示。但是这种轴承也存在着一定的问题：

1、其轴承刚度是由固定端到自由端逐渐降低的，靠近自由端的地方其承载力很弱或几乎不具备承载能力；

2、整个轴承的刚度和阻尼主要由支撑拱的参数以及箔片与箔片以及箔片与轴承座之间摩擦提供，一旦加工成型以上属性就基本确定了，整个轴承的刚度和阻尼的设计不具备可调节性。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供一种具有可调节功能的径向箔片轴承及氢燃料电场发动机用无油空气压缩机，用以解决上述问题，具体的：

本实用新型第一方面公开了一种径向箔片轴承，包括轴承座和沿所述轴承座内周面设置的顶箔，其特征在于，在所述轴承座内周面和顶箔之间还设置有支撑组件，所述支撑组件包括支撑拱箔和支撑箔，所述支撑拱箔，为所述顶箔提供弹性支撑，其沿所述轴承座内周面周向交替地形成支撑拱和支撑底，其中所述支撑拱支撑在所述顶箔的下面，所述支撑底抵靠在所述支撑箔的上面；所述支撑箔包括基底，所述基底上形成与所述支撑拱一一对应的支撑臂，且所述支撑臂从所述基底向上倾斜伸入其对应的支撑拱中抵在所述支承拱的曲面下；所述顶箔的一端和与其同侧的所述支撑箔、支撑拱箔的一端被共同固定在所述轴承座的内周面上，形成固定端；所述顶箔的另一端和与其同侧的所述支撑箔、支撑拱箔的另一端形成自由端；所述支撑臂从所述基底向所述固定端方向倾斜形成一张角，以使支撑臂沿预设支撑方向对所述支撑拱进行支撑。

可选的，每一对应设置的支撑臂和支撑拱形成一支撑单元，所述支撑单元的支撑位置由所述支撑臂长度、支撑臂张角与所述支撑拱曲面的半径约束，调节所述支撑臂长度、支撑臂张角与所述支撑拱曲面的半径，可调节所述支撑臂的支撑位置及支撑特性。

可选的，所述支撑臂长度L≤2d，其中d为支撑拱的半弦长；所述支撑臂张角θ满足100°＜θ＜180°；所述支撑拱曲面的半径δ≤R，其中R为支撑拱半径。

可选的，所述支撑臂张角θ的范围为135°＜θ＜180°，所述支撑拱曲面的半径δ＝R。

可选的，所述支撑拱采用圆弧形结构，其拱顶与所述顶箔抵靠。

可选的，所述支撑臂支撑所述支撑拱的一端形成一向下弯折的支撑弧面，所述支撑弧面具有与所述支撑拱的弧度相适配的弧度。

可选的，在所述自由端侧，所述支撑拱箔的另一端和所述顶箔的另一端共同固定在所述轴承座的内周面上，但与所述固定端间隔一距离。

此外，本实用新型第二方面还公开了一种氢燃料电场发动机用超高速无油空气压缩机，其采用上述任意一种径向箔片轴承。

有益效果：

本实用新型通过在轴承的支撑拱箔下增加一层可自由设计的支撑箔的方式使得支撑箔可以辅助增加支撑拱箔的基础刚度，增加其基础承载力，并且在轴承运行过程中支撑箔同样可以辅助增加支撑拱箔的径向支撑刚度和阻尼以及周向的支撑刚度和阻尼，进而提高轴承的运行稳定性。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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的附图。

图1示出一种现有的弹性箔片式动压轴承示意图；

图2示出本实用新型一实施例的具有可调节功能的径向箔片轴承示意图；

图3示出本实用新型一实施例的径向箔片轴承中支撑组件示意图；

图4示出本实用新型一实施例的支撑箔的展开示意图；

图5示出本实用新型一实施例的支撑箔的展开后的主示意图；

图6示出本实用新型一实施例的支撑箔的部分结构示意图；

图7示出本实用新型一实施例的支撑组件的受力分析图。

图中：1-自由端；2-固定端；3-支撑拱箔；301-支撑拱；302-支撑底；4-支撑箔；基底-400；401-支撑臂；402-支撑曲面；5-顶箔；6-轴承座。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。此外本申请所述的内外是相对轴承内外，两个部件之间的上下关系是按照轴承径向受力方向设定的，朝向圆心侧的为上面，远离圆心侧的为下面。

目前现有的弹性箔片动压轴承多由支撑拱箔、顶箔和轴承座三部分构成，其轴承刚度是由固定端到自由端逐渐降低的，靠近自由端的地方其承载力很弱或几乎不具备承载能力；整个轴承的刚度和阻尼主要由支撑拱的参数以及箔片与箔片以及箔片与轴承座之间摩擦提供，一旦加工成型以上属性就基本确定了，整个轴承的刚度和阻尼的设计不具备可调节性。本实用新型设计出了一种可调节的大刚度阻尼径向箔片轴承，其才用的是在配合支撑拱箔，在轴承座和支撑拱箔之间加设支撑箔，并利用支撑箔上的支撑臂辅助增加支撑拱箔的基础刚度，增加其基础承载力，并且在轴承运行过程中支撑箔同样可以辅助增加支撑拱箔的径向支撑刚度和阻尼以及周向的支撑刚度和阻尼，进而提高轴承的运行稳定性。改进后的径向箔片轴承具有更广的应用前景。

为进一步阐述本实用新型的技术方案，现结合图1-7所示，提供如下具体实施例。为方便对本实施例中支撑拱箔3和支撑箔4及其上的支撑臂进行描述，将整个支撑结构进行了展开处理，如图3-6所示。

如图1所示，本实用新型提供了一种径向箔片轴承，包括轴承座6和沿轴承座6内周面设置的顶箔5，以及沿轴承座6内周面设置在轴承座6和顶箔5之间的支撑组件。

支撑组件包括支撑拱箔3和支撑箔4，支撑拱箔3，为顶箔5提供弹性支撑，其沿轴承座内周面周向交替地形成支撑拱301和支撑底302，其中支撑拱301支撑在顶箔5的下面，支撑底302抵靠在支撑箔4的上面；支撑箔4包括基底400，基底上形成与支撑拱301一一对应的支撑臂401，且支撑臂401从基底向上倾斜伸入其对应的支撑拱301中抵在支承拱的曲面下；顶箔5的一端和与其同侧的支撑箔4、支撑拱301箔3的一端被共同固定在轴承座的内周面上，形成固定端；顶箔5的另一端和与其同侧的支撑箔4、支撑拱301箔3的另一端分开形成自由端；支撑臂401从基底向固定端方向倾斜形成一张角，以使支撑臂401沿预设支撑方向对支撑拱301进行支撑。

在本实施例中，支撑箔4的一端、支撑拱箔3的一端和顶箔5的一端被一同固定在轴承座6的内周面上，以形成固定端2；支撑箔4的另一端、支撑拱箔3的另一端和顶箔5的另一端一同沿轴承座6的内周面自由延伸布置，以形成自由端1。此时，支撑箔4、支撑拱箔3和顶箔5在一端固定在一起，三者拥有共同的固定端2，并进一步固定在轴承座6上，其固定方式可以采用焊接等。也可以采用支撑箔4、支撑拱箔3和顶箔5一体成型，然后在焊接在轴承座6上。而在由固定端2至自由端1的延伸设置时，保证支撑箔、支撑拱箔和顶箔(除固定端外)均相对自由，可以在受到外力时产生一定的相对移动。

根据轴承实际运行的状态对整个轴承不同区域进行刚度和阻尼的设计。此时，支撑臂401采用得是朝着自由端1至固定端2的方向倾斜设置，以使支撑臂401沿预设支撑方向对支撑拱301进行支撑，优选：支撑臂401与支撑箔4所成的支撑臂张角θ的范围为100°＜θ＜180°。当支撑拱箔3在受力后上面的拱形单元(支撑拱)会受力变形，由于固定端2无法提供位移空间，故而只能朝向自由端1滑移变形。为增大了靠近自由端1的刚度和阻尼，提高靠近自由端1的承载力，使得轴承获得更大的可承载区域，本实施例采用支撑臂401的支撑方向朝向固定端2，支撑方向朝向固定端2可以有效的抑制或减少这种滑移变形。

每一对应设置的支撑臂401和支撑拱301形成一支撑单元，支撑单元的支撑位置由支撑臂长度、支撑臂张角与支撑拱曲面的半径约束，通过调节支撑臂长度、支撑臂张角与支撑拱曲面的半径，可实现对支撑臂401的支撑位置及支撑特性的优化调整。需要说明的是，关于支撑臂张角、支撑臂长度、支撑拱曲面的半径的具体数值可通过CAE软件去仿真结果，即：结合实际所需设计条件去仿真、确定给出各参数。

可选的，为了不让支撑臂与支撑拱箔发生干涉，支撑臂长度L≤2d(d为支撑拱的半弦长)；支撑拱曲面的半径δ≤R(R为支撑拱半径)；支撑臂401与支撑箔4所成的支撑臂张角θ的范围为100°＜θ＜180°。进一步的，为了让支撑拱更好的贴合支撑拱箔内壁提供支撑，支撑拱301曲面的半径δ＝R(R为支撑拱半径)；为了在支撑拱箔的滑移方向上提供更大的分力，支撑臂张角θ的范围在135°＜θ＜180°。支撑拱301在采用拱形结构时，其拱顶与顶箔5抵靠，此时形成的线接触。需要说明的是，支撑拱301与顶箔5之间还可以适应性的改成面接触，即支撑拱301上抵靠顶箔5的一面设计为与其匹配的弧形，增大接触面积，更利于支撑。

支撑单元的受力分析如图7所示，支撑单元在承受负载力G后会使底层支撑拱箔3产生沿径向方向上的形变，同时会沿周向方向产生滑移，滑移方向由固定端2指向自由端1，支撑臂对支撑拱301产生的支撑力为F，而支撑拱箔3与支撑箔4之间存在摩擦力Ff，由于摩擦力Ff的累积效应会使得越靠近自由端1的方向支撑拱的刚度和阻尼越低，而增加支撑箔4后，支撑箔4的支撑臂对支撑拱的支撑力Fz和支撑曲面与支撑拱之间的摩擦力F_M产生的合力可以有效的辅助增加支撑拱从固定端2到自由端1方向的阻力，从而达到增大支撑拱的刚度和阻尼的效果。而支撑箔4的单个支撑单元的尺寸由其参数支撑臂长度L；支撑臂张角θ；支撑曲面曲率半径δ确定，通过调节这些参数可以达到调节支撑箔4的支撑特性，包括支撑力、支撑刚度以及系统的阻尼大小，从而达到整个轴承的刚度和阻尼的可调节，设计者可以根据轴承实际运行的状态对整个轴承不同区域进行刚度和阻尼的设计进而得到最理想的轴承性能。

由此本实用新型实施例采用在轴承的支撑拱箔下增加一层可自由设计的支撑箔的方式使得支撑箔可以辅助增加支撑拱箔的基础刚度，增加其基础承载力，并且在轴承运行过程中支撑箔同样可以辅助增加支撑拱箔的径向支撑刚度和阻尼以及周向的支撑刚度和阻尼，进而提高轴承的运行稳定性。本实施例中，支撑箔4的制作需要根据其对应着的支撑拱箔3中支撑拱301位置来预先进行切割，再用模具将切割好的箔片进行冲压成型，完成支撑臂401及支撑曲面402的加工。

由此本实用新型的提供的径向箔片轴承本实用新型通过使整个轴承的不同区域的刚度和阻尼都实现可调节进而提升整个轴承的承载能力，可承载区间以及轴承运行稳定性。其优点包括：1、增大靠近自由端的刚度和阻尼，提高靠近自由端的承载力，使得轴承获得更大的可承载区域；2、根据轴承实际运行的状态对整个轴承不同区域进行刚度和阻尼的设计。本实用新型弹性箔片气体动压轴承大刚度、大阻尼、可调节。

该径向箔片轴承可以适用于氢燃料电场发动机用超高速无油空气压缩机等，并具有广阔的应用前景。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (8)

1.一种径向箔片轴承，包括轴承座和沿所述轴承座内周面设置的顶箔，其特征在于，在所述轴承座内周面和顶箔之间还设置有支撑组件，所述支撑组件包括支撑拱箔和支撑箔，

所述支撑拱箔，为所述顶箔提供弹性支撑，其沿所述轴承座内周面周向交替地形成支撑拱和支撑底，其中所述支撑拱支撑在所述顶箔的下面，所述支撑底抵靠在所述支撑箔的上面；

所述支撑箔包括基底，所述基底上形成与所述支撑拱一一对应的支撑臂，且所述支撑臂从所述基底向上倾斜伸入其对应的支撑拱中抵在所述支撑拱的曲面下；

所述顶箔的一端和与其同侧的所述支撑箔、支撑拱箔的一端被共同固定在所述轴承座的内周面上，形成固定端；所述顶箔的另一端和与其同侧的所述支撑箔、支撑拱箔的另一端形成自由端；

所述支撑臂从所述基底向所述固定端方向倾斜形成一张角，以使支撑臂沿预设支撑方向对所述支撑拱进行支撑。

2.根据权利要求1所述的径向箔片轴承，其特征在于，每一对应设置的支撑臂和支撑拱形成一支撑单元，所述支撑单元的支撑位置由所述支撑臂长度、支撑臂张角与所述支撑拱曲面的半径约束，调节所述支撑臂长度、支撑臂张角与所述支撑拱曲面的半径，可调节所述支撑臂的支撑位置及支撑特性。

3.根据权利要求2所述的径向箔片轴承，其特征在于，所述支撑臂长度L≤2d，其中d为支撑拱的半弦长；所述支撑臂张角θ满足100°＜θ＜180°；所述支撑拱曲面的半径δ≤R，其中R为支撑拱半径。

4.根据权利要求3所述的径向箔片轴承，其特征在于，支撑臂张角θ的范围为135°＜θ＜180°，所述支撑拱曲面的半径δ＝R。

5.根据权利要求4所述的径向箔片轴承，其特征在于，所述支撑拱采用圆弧形结构，其拱顶与所述顶箔抵靠。

6.根据权利要求5所述的径向箔片轴承，其特征在于，所述支撑臂支撑所述支撑拱的一端形成一向下弯折的支撑弧面，所述支撑弧面具有与所述支撑拱的弧度相适配的弧度。

7.根据权利要求1所述的径向箔片轴承，其特征在于，在所述自由端侧，所述支撑拱箔的另一端和所述顶箔的另一端共同固定在所述轴承座的内周面上，但与所述固定端间隔一距离。

8.一种氢燃料电场发动机用无油空气压缩机，其特征在于：其采用权利要求1-7任一项所述的径向箔片轴承。

Images