CN214247993U - 一种分体式独立箔片空气轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分体式独立箔片空气轴承，包括轴承座和箔片环，所述箔片环包括水母形多刚度箔片和多个拱形多刚度箔片，水母形多刚度箔片多包括承载部和两个对称设置的形变支撑部，拱形多刚度箔片包括拱形承载部和两个对称设置的拱形承载支撑部，轴承座上设有插槽，水母型多刚度箔片和拱形多刚度箔片与插槽卡接。水母形多刚度箔片处于箔片环最底部，且水母形多刚度箔片以轴承座垂直方向直径为中心对称布置。相比与传统的一体式箔片环，本新设计的独立式箔片环，具有良好的形变空间，箔片环的形状跟随中心转子以及空气膜的转移而变形迅速，箔片环不容易和转子发生碰撞，提高箔片轴承的寿命，扩大轴承使用的场景。

Description

一种分体式独立箔片空气轴承

技术领域

本发明涉及使用箔片式轴承领域，具体地为一种分体式独立箔片空气轴承。

背景技术

空气轴承在工业领域中有着广泛地应用。常规的机械接触式滚动轴承转速越高，对轴承精度，润滑等要求越高，使用寿命越短。空气轴承把主轴在空气中悬浮起来，没有机械接触，使用清洁空气作为润滑剂，磨损程度降到了最低，因而其可以提供极高的径向和轴向旋转精度，在高速、低摩擦、高温、低温及有辐射性的场合，显示了独具的优越性。

但是不同的应用场景对空气轴承的要求差异很大，移动式机械由于有外加振动与非移动式机械运行工况差异比较大，特别是车用领域，道路的不平度所引起的车辆振动会通过轮胎、车身给空气轴承一个较强的外部激励。这种激励比较复杂，其载荷谱由道路状态、车辆状态以及车辆运行状态相关。这种激励往往造成空气轴承箔片与轴之间的间隙变化，造成轴承承载气膜变化、波动、破碎，进而使空气轴承损伤乃至失效。

本发明所要解决的问题移动式旋转机械因其运行时工况差异较大，因道路环境恶劣、人为因素等工作时受到的外激振动传导至在现有的箔片式轴承中，这种外激振动的振动加速度变化范围大，振动频率变化也非常大，振动加速度的最大值往往超过现有箔片轴承的最大承载力。而箔片本身是由一种非常细薄的弹性金属片构成，这种金属片非常容易受振动力影响而产生形变。细薄的箔片在外激振动下变形导致“气膜形成边界”变形，这种变形沿旋转轴周向不均匀，造成气膜变化、波动、破碎，不能维持连续、规则、稳定的结构，进而导致轴不能正常旋转。需要从结构设计、箔片刚度等方面确保气膜边界变形符合流体动力学要求，确保气膜正常高效工作。

发明内容

本实用新型的目的是为了改进现有的箔片轴承应激反应差，易损坏的问题，提供了一种分体式独立箔片空气轴承，多刚度箔片系统来适应不同工况下的受激振动，以使箔片围绕不断振动的轴产生均匀变形，使气膜能够规则、连续并且跟随旋转轴移动，确保轴承系统工作稳定。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种分体式独立箔片空气轴承，包括轴承座和箔片环，所述箔片环包括水母形多刚度箔片和若干个拱形多刚度箔片，所述水母形多刚度箔片多包括承载部和两个对称设置的形变支撑部，拱形多刚度箔片包括拱形承载部和两个对称设置的拱形承载支撑部，所述轴承座上设有插槽，水母型多刚度箔片和拱形多刚度箔片与插槽卡接。所述水母形多刚度箔片处于箔片环最底部，且水母形多刚度箔片以轴承座垂直方向直径为中心对称布置。相比与传统的一体式箔片环，本新设计的独立式箔片环，具有良好的形变空间，箔片环的形状跟随中心转子以及空气膜的转移而变形迅速，箔片环不容易和转子发生碰撞，提高箔片轴承的寿命，扩大轴承使用的场景。

作为优选，在水母形多刚度箔片中：形变支撑部截面为类S型，形变支撑部包括依次连接的第一刚度支撑部、第一形变弯部、第二刚度支撑部、第二形变弯部和插脚部，所述第一刚度支撑部和第二刚度支撑部的刚度大于第一形变弯部和第二形变弯部的刚度。

作为优选，所述承载部长度为水母形多刚度箔片长度的20%～60%。

作为优选，在水母形多刚度箔片中：承载部和形变支撑部之间设有连接主弯部，所述连接主弯部长度为水母形多刚度箔片长度的3%～5%。

作为优选，第一刚度支撑部的长度为水母形多刚度箔片长度的5%～10%。

作为优选，第二刚度支撑部的长度为水母形多刚度箔片长度的5%～10%。

作为优选，各拱形多刚度箔片包括拱形承载部和两个对称设置的拱形形变支撑部，拱形形变支撑部包括拱形形变部和拱形支撑部。

作为优选，所述箔片环内圈为圆形。

作为优选，水母形多刚度箔片为双层叠加结构，所述水母形多刚度箔片厚度为拱形多刚度箔片的两倍。由于在受到外界振激的作用下，环形气膜受到破坏，转轴首先会在重力的影响下开始下坠，增加底部的水母形多刚度箔片环的压力负担，相比与周向的其他拱形多刚度箔片，底部的水母形多刚度箔片环还要额外承受转轴的重力，同时增加水母形多刚度箔片环的刚度，整体上在受激后形变量减少，恢复的更加快速，减少摩擦撞击损坏。延长整体使用寿命，双层这样的结构设计确保了在不同的振动力下面箔片环变形均匀、规则、连续，进而保证气膜的稳定。

箔片刚度的分配既要考虑不同载荷下的变形幅度，也需要考虑不同的振动频率，以使箔片环有良好的跟随性，保证气膜能够随着轴的振动均匀分布。

本发明具备的有益技术效果是：分体式独立箔片环在受到外界振激后，具有良好的形变空间，箔片环的形状跟随中心转子以及空气膜的转移而变形迅速，箔片环有良好的跟随性，保证气膜能够随着轴的振动均匀分布，箔片环不容易和转子发生碰撞，提高箔片轴承的寿命，扩大空气轴承使用的场景。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是水母形多刚度箔片的结构示意图；

图3是拱形多刚度箔片的结构示意图；

图4是分体式独立箔片空气轴承正常工作气域图；

图5是分体式独立箔片空气轴承受到外激振动后的结构图；

图6是分体式独立箔片空气轴承受到外激振动后的气域图；

图7是分体式独立箔片空气轴承承受激振动前后的对比图；

图中：箔片环1、水母形多刚度箔片11、承载部111、形变支撑部112、第一刚度支撑部1121、第一形变弯部1122、第二刚度支撑部1123、第二形变弯部1124、插脚部1125、连接主弯部113、拱形多刚度箔片12、拱形承载部121、拱形形变部122、拱形支撑部123、轴承座2、插槽20、轴3、气域4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。

实施例

如图1所示：一种分体式独立箔片空气轴承，包括轴承座2和箔片环1，箔片环1包括水母形多刚度箔片11和五个拱形多刚度箔片12，水母型多刚度箔片11和拱形多刚度箔片12与插槽20卡接。

如图2所示：水母形多刚度箔片11多包括承载部111和两个对称设置的形变支撑部112，在水母形多刚度箔片11中：形变支撑部截面为类S型，形变支撑部112包括依次连接的第一刚度支撑部1121、第一形变弯部1122、第二刚度支撑部1123、第二形变弯部1124和插脚部1125，第一刚度支撑部和第二刚度支撑部的刚度大于第一形变弯部和第二形变弯部的刚度。水母形多刚度箔片11处于箔片环最底部，且水母形多刚度箔片以轴承座垂直方向直径为中心对称布置。

承载部111长度为水母形多刚度箔片11长度的50%。

在水母形多刚度箔片11中：承载部和形变支撑部12之间设有连接主弯部113，连接主弯部长度为水母形多刚度箔片11长度的3%，第一刚度支撑部1121的长度为水母形多刚度箔片11长度的10%。

第二刚度支撑部1123的长度为水母形多刚度箔片11长度的10%。

箔片环1内圈为圆形。水母形多刚度箔片11为双层叠加结构，水母形多刚度箔片厚度为拱形多刚度箔片12的两倍。由于在受到外界振激的作用下，环形气膜受到破坏，转轴首先会在重力的影响下开始下坠，增加底部的水母形多刚度箔片环的压力负担，相比与周向的其他拱形多刚度箔片，底部的水母形多刚度箔片环还要额外承受转轴的重力，同时增加水母形多刚度箔片环的刚度，整体上在受激后形变量减少，恢复的更加快速，减少摩擦撞击损坏。延长整体使用寿命，双层这样的结构设计确保了在不同的振动力下面箔片环变形均匀、规则、连续，进而保证气膜的稳定。

箔片刚度的分配既要考虑不同载荷下的变形幅度，也需要考虑不同的振动频率，以使箔片环有良好的跟随性，保证气膜能够随着轴的振动均匀分布。

如图3所示：各拱形多刚度箔片12包括拱形承载部121和两个对称设置的拱形形变支撑部，拱形形变支撑部包括拱形形变部122和拱形支撑部123。拱形承载部121的长度为L1占整体长度的60%，拱形形变部122和拱形支撑部123的长度分别占整体长度的10%。

综上：拱形承载部刚度为K1、拱形支撑部刚度为K3、以及承载部111、第一刚度支撑部1121、第二刚度支撑部1123和插脚部1125的刚度均为高刚度材料，而第一形变弯部、第二形变弯部和拱形形变部122为低刚度，高韧性，形变能力强的材料，在实际投入生产之前，箔片中各个部分的刚度，既要计算不同载荷下的变形幅度，也需要计算不同的振动频率，最终确定刚度范围，使得箔片环有良好的跟随性，保证气膜能够随着轴的振动均匀分布。

如图4所示：为分体式独立箔片空气轴承正常工作气域图；可以看出箔片与箔片间并无互相挤压，箔片与箔片依次连接共同组成了一个在轴附近圆形，但在箔片间呈尖角的气域4，轴3在越接近圆形的气域中工作越稳定，因此在后期生产中可以通过工艺改变箔片形状、刚度，使尖角区域更小。

如图5所示：为分体式独立箔片空气轴承受到外激振动后的结构图；可以看出轴明显向下位移，此时轴上方空间变大，上方的两个拱形多刚度箔片在自身作用力下向轴鼓起；左右两侧的拱形多刚度箔片及轴下方的水母形多刚度箔片受到压力向两侧及下方位移。

如图6所示：为分体式独立箔片空气轴承受到外激振动后的气域图；在受到外激振动后气膜仍然能保持近圆形状，并且在挤压下下方的两个水母形多刚度箔片的插脚部更为靠近，尖角状的气隙更为狭小，但是相反的，上部的拱形多刚度箔片由于受到的压力减小，尖角状气隙变大。

如图7所示：为分体式独立箔片空气轴承承受激振动前后的对比图；如图重所示，虚线是正常工作时箔片与轴的位置，实线是受激振动后箔片与轴的位置。

本实施例中，分体式独立箔片环在受到外界振激后，具有良好的形变空间，箔片环的形状跟随中心转子以及空气膜的转移而变形迅速，箔片环有良好的跟随性，保证气膜能够随着轴的振动均匀分布，箔片环不容易和转子发生碰撞，提高箔片轴承的寿命，扩大空气轴承使用的场景。

当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于：包括轴承座（2）和箔片环（1），所述箔片环（1）包括水母形多刚度箔片（11）和若干个拱形多刚度箔片（12），所述水母形多刚度箔片（11）多包括承载部（111）和两个对称设置的形变支撑部（112），所述轴承座（2）上设有插槽（20），水母型多刚度箔片（11）和拱形多刚度箔片（12）与插槽（20）卡接，所述水母形多刚度箔片（11）处于箔片环最底部，且水母形多刚度箔片以轴承座垂直方向直径为中心对称布置。

2.根据权利要求1所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于，在水母形多刚度箔片（11）中：形变支撑部截面为类S型，形变支撑部（112）包括依次连接的第一刚度支撑部（1121）、第一形变弯部（1122）、第二刚度支撑部（1123）、第二形变弯部（1124）和插脚部（1125），所述第一刚度支撑部和第二刚度支撑部的刚度大于第一形变弯部和第二形变弯部的刚度。

3.根据权利要求1所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于，所述承载部（111）长度为水母形多刚度箔片（11）长度的20%～60%。

4.根据权利要求2所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于，在水母形多刚度箔片（11）中：承载部和形变支撑部（12）之间设有连接主弯部（113），所述连接主弯部长度为水母形多刚度箔片（11）长度的3%～5%。

5.根据权利要求2所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于，所述第一刚度支撑部（1121）的长度为水母形多刚度箔片（11）长度的5%～10%。

6.根据权利要求2所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于，所述第二刚度支撑部（1123）的长度为水母形多刚度箔片（11）长度的5%～10%。

7.根据权利要求1所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于：各拱形多刚度箔片（12）包括拱形承载部（121）和两个对称设置的拱形形变支撑部，拱形形变支撑部包括拱形形变部（122）和拱形支撑部（123）。

8.根据权利要求1所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于，所述箔片环（1）内圈为圆形。

9.根据权利要求1所述的一种分体式独立箔片空气轴承，其特征在于，所述水母形多刚度箔片（11）为双层叠加结构，所述水母形多刚度箔片厚度为拱形多刚度箔片（12）的两倍。

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