CN215444764U - 动压气体径向轴承、压缩机、空调及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动压气体径向轴承、压缩机及车辆。动压气体径向轴承包括壳体、至少两个弹性支撑结构和至少两个波箔，其中，壳体包括具有中心轴线的轴孔。轴孔的孔壁包括在周向上顺次设置的至少两个楔形槽，在绕中心轴线旋转的旋转方向上，楔形槽的深度逐渐减小。至少两个弹性支撑结构对应设置在至少两个楔形槽内。至少两个波箔，对应安装在至少两个弹性支撑结构上。当本实用新型的动压气体径向轴承在受到冲击载荷时，该弹性支撑结构参与变形，吸收部分振动冲击，避免动压气体径向轴承的高压气膜区发生变形，保证动压气体径向轴承工作所需的楔形收敛区，以保证该动压气体径向轴承在受到冲击载荷时的动压效应。

Description

动压气体径向轴承、压缩机、空调及车辆

技术领域

本实用新型涉及一种动压气体径向轴承、压缩机、空调及车辆。

背景技术

氢燃料电池汽车具有动力性能高、加氢快、续航里程长等优势，作为新能源汽车具有较大的发展潜力。空压机为燃料电池系统提供高压气源，常见的有离心式空气压缩机、螺杆式空气压缩机和涡旋式空气压缩机等。与螺杆式空气压缩机相比，离心式空气压缩机转速和能效均较高，能提供高压比的气源，能显著提升燃料电池电堆的功率密度和整体性能。

箔片动压气体径向轴承属于动压滑动轴承的一种，具有摩擦损耗小、高转速、高温稳定性好、不需要润滑油等优点，非常适合应用在高转速的离心式空气压缩机上。

实用新型内容

发明人发现现有技术中的箔片动压气体径向轴承在受到冲击载荷时，无法对转子进行支撑，针对该问题，本实用新型提供一种动压气体径向轴承、压缩机、空调及车辆，以提高动压气体径向轴承在受到冲击载荷时的动压效应。

本实用新型第一方面提供一种动压气体径向轴承，包括：

壳体，包括具有中心轴线的轴孔，轴孔的孔壁包括在周向上顺次设置的至少两个楔形槽，在绕中心轴线旋转的旋转方向上，楔形槽的深度逐渐减小；

至少两个弹性支撑结构，对应设置在至少两个楔形槽内；和

至少两个波箔，对应安装在至少两个弹性支撑结构上。

在一些实施例中，弹性支撑结构的刚度大于波箔的刚度。

在一些实施例中，弹性支撑结构为楔形结构，弹性支撑结构的底面与楔形槽的底面贴合，且弹性支撑结构的厚度与楔形槽的深度相同，以使得在绕中心轴线旋转的旋转方向上，弹性支撑结构的顶面与中心轴线的距离不变。

在一些实施例中，弹性支撑结构包括绕中心轴线旋转的旋转方向上的第一端和第二端，第一端的厚度大于第二端的厚度，且第一端的厚度与第二端的厚度之间的差值的范围为[0.05mm，0.2mm]。

在一些实施例中，弹性支撑结构包括橡胶。

在一些实施例中，动压气体径向轴承包括三个弹性支撑结构和三个波箔，轴孔的孔壁包括三个楔形槽，三个弹性支撑结构对应设置在三个楔形槽内，三个波箔对应设置在三个弹性支撑结构上。

在一些实施例中，动压气体径向轴承还包括顶箔，顶箔沿周向延伸，且顶箔的一端固定设置在壳体上，顶箔的另一端自由设置，且顶箔搭接在波箔的顶面上。

本实用新型第二方面提供一种压缩机，包括转子和上述动压气体径向轴承，动压气体径向轴承用于支撑转子。

本实用新型第三方面提供一种空调，包括上述压缩机。

本实用新型第四方面提供一种车辆，包括上述压缩机。

基于本实用新型提供的各方面，动压气体径向轴承包括壳体、至少两个弹性支撑结构和至少两个波箔，其中，壳体包括具有中心轴线的轴孔。轴孔的孔壁包括在周向上顺次设置的至少两个楔形槽，在绕中心轴线旋转的旋转方向上，楔形槽的深度逐渐减小。至少两个弹性支撑结构对应设置在至少两个楔形槽内。至少两个波箔，对应安装在至少两个弹性支撑结构上。本实用新型的动压气体径向轴承在壳体与波箔之间设置弹性支撑结构，当该动压气体径向轴承在受到冲击载荷时，该弹性支撑结构参与变形，吸收部分振动冲击，避免动压气体径向轴承的高压气膜区发生变形，保证动压气体径向轴承工作所需的楔形收敛区，以保证该动压气体径向轴承在受到冲击载荷时的动压效应。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为相关技术的动压气体径向轴承的结构示意图。

图2为图1中Ⅰ部分的局部放大结构示意图。

图3和图4为图1示出的动压气体径向轴承的动压效应原理图。

图5为本实用新型实施例的动压气体径向轴承的结构示意图。

图6为图5中Ⅱ部分的局部放大结构示意图。

图7为图5中壳体的立体结构示意图。

图8为图7所示的壳体的主视图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

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，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1所示，相关技术的动压气体径向轴承包括壳体1、顶箔3、波箔4和固定销5。其中，波箔4为具有波形的弹性箔片，一端紧固在壳体1上，另一端自由设置。图1示出的动压气体径向轴承在圆周上有多个波箔4图中示出三个。工作时，通过波箔4波形的弹性变化产生支撑力，为轴承提供主要刚度和部分阻尼。顶箔3为长筒形的箔片，一端通过固定销5紧固在壳体1上，另一端自由设置，而且在径向上，顶箔3一面均匀地搭接在波箔4的每个波纹的顶端，通过与波箔4的接触产生的摩擦力，为轴承提供另一部分阻尼。

该动压气体径向轴承的工作原理为动压效应，如图1至图4所示，转子2设置在壳体1的轴孔内，且转子2在重力作用下相对轴承发生偏心，进而与轴承内表面形成图1所示的楔形收敛区6和楔形发散区7。当转子2沿旋转方向RD做高速旋转运动时，不断将具有一定粘度的气体带入楔形收敛区6，如图2至图4所示，由于楔形收敛区6的容积有限，而且沿着旋转方向，容积越来越小，故在楔形收敛区6内沿着旋转方向形成了压力值逐渐升高的气膜梯度，如图2所示的低压气膜区8和高压气膜区9，其中主要由高压气膜区9承担载荷。当高压气膜区9足以平衡转子2的载荷时，转子2与轴承完全分离，上述气膜产生的过程称为动压效应。相反的，对于楔形发散区7来说，由于沿着旋转方向，楔形发散区7的容积越来越大，故气膜压力值逐渐减小，无法支撑转轴。

由上述原理和轴承结构可知，在该动压气体径向轴承工作时，通过楔形收敛区的动压效应形成高压气膜来对转子进行支撑，因此要避免让轴承工作在楔形发散区。

当上述动压气体径向轴承被用在氢燃料电池汽车上时，会存在如下问题。当汽车行驶在凹凸不平的道路时将发生强烈震动，此时，动压气体径向轴承同步受到冲击载荷。高压气膜区9的气膜压力本身就大于低压气膜区8的气膜压力，故高压气膜区9对应波箔4的波形在径向方向上的变形要大于低压气膜区8对应的波箔的波形变形，再加上此时所受到的冲击载荷，有可能使得高压气膜区9对应波箔4发生大变形，从而使得图2中高压气膜区9处的楔形间隙大于低压气膜区8处的楔形间隙，那么就使得本来为收敛形状的楔形收敛区6变为发散形状，不能形成高压气膜，而无法对转子进行支撑。

鉴于此，本实用新型实施例提供一种动压气体径向轴承，以提高动压气体径向轴承在受到冲击载荷时的动压效应。

参考图5至图8，在一些实施例中，动压气体径向轴承包括壳体1、至少两个弹性支撑结构10和至少两个波箔4，其中，壳体1包括具有中心轴线的轴孔。轴孔的孔壁包括在周向上顺次设置的至少两个楔形槽11，在绕中心轴线旋转的旋转方向RD上，楔形槽11的深度逐渐减小。至少两个弹性支撑结构10对应设置在至少两个楔形槽内11。至少两个波箔4，对应安装在至少两个弹性支撑结构10上。

该动压气体径向轴承在壳体1与波箔4之间设置弹性支撑结构10，当该动压气体径向轴承在受到冲击载荷时，该弹性支撑结构10参与变形，吸收部分振动冲击，避免动压气体径向轴承的高压气膜区发生变形，保证动压气体径向轴承工作所需的楔形收敛区，以保证该动压气体径向轴承在受到冲击载荷时的动压效应。

为了使动压气体径向轴承在正常工作状态时弹性支撑结构10不起作用，在一些实施例中，弹性支撑结构10的刚度大于波箔4的刚度。当动压气体径向轴承工作在非振动环境时例如安装有该动压气体径向轴承的车辆行驶在平坦路面上，弹性支撑结构10不起作用，保证动压气体径向轴承的正常工作；当动压气体径向轴承工作在振动环境时例如安装有该动压气体径向轴承的车辆行驶在凹凸不平的路面上，弹性支撑结构10参与变形，吸收部分振动冲击。

在此对上述描述中所提到的楔形槽11的深度进行进一步的说明，如图7所示，在开设楔形槽11之前，壳体1的轴孔的内表面为绕中心轴线的回转表面A。此处所说的楔形槽11的深度指的是楔形槽11的底面与壳体1的轴孔的回转表面A之间的径向距离。换一种说法，“在绕中心轴线旋转的旋转方向RD上，楔形槽11的深度逐渐减小”也可以描述为“在绕中心轴线旋转的旋转方向RD上，楔形槽11的底面与中心轴线之间的距离逐渐减小”。

图7和图8示例性地示出该壳体1的轴孔的内表面上设置三个楔形槽11。相邻的楔形槽11之间的回转表面A上设置有轴向贯通槽。

在一些实施例中，参考图6，弹性支撑结构10为楔形结构。弹性支撑结构10的底面与楔形槽11的底面贴合，且弹性支撑结构10的厚度与楔形槽11的深度相同，以使得在绕中心轴线旋转的旋转方向RD上，弹性支撑结构10的顶面与中心轴线的距离不变。也就是说，弹性支撑结构10的截面形状与楔形槽11的截面形状相同，进而使得弹性支撑结构10可形状匹配地设置在楔形槽11内，进而使得楔形收敛区进口处的变形能力高于楔形收敛区出口处的变形能力，当轴承受到冲击载荷时，进一步提升动压效应，从而提高气膜压力，起到支撑转子的作用。

而且此处所说的弹性支撑结构10的厚度指的是在径向方向上弹性支撑结构10的顶面到其底面的距离。如图5和图6所示，在将弹性支撑结构10安装到楔形槽11内后，弹性支撑结构10的顶面与回转表面A平齐。

参考图6，在一些实施例中，弹性支撑结构10包括绕中心轴线旋转的旋转方向RD上的第一端和第二端。第一端的厚度D1大于第二端的厚度D2，且第一端的厚度D1与第二端的厚度D2之间的差值的范围为[0.05mm，0.2mm]。由于D1大于D2，所以弹性支撑结构10在楔形收敛区进口处的变形能力高于楔形收敛区出口处，故当轴承在受到冲击载荷时，楔形收敛区进口处的可变形量更大，进一步提升了楔形收敛区6的动压效应，从而提高气膜压力，相当于提高了轴承支撑转子的能力。

在一些实施例中，弹性支撑结构10在周向上的延伸长度与波箔4在周向上的延伸长度相同。

在一些实施例中，弹性支撑结构10为具有弹性变形能力的片状零件，设置在波箔4和壳体1之间，对波箔4上的所有波形进行支撑。由于橡胶具有良好的阻尼作用，可吸收振动冲击，因此，在一些实施例中，弹性支撑结构10包括橡胶。

由于弹性支撑结构10需要安装在耐高温的动压气体径向轴承上，弹性支撑结构10还要具有耐高温性能。例如，弹性支撑结构10可以是氟橡胶、丁晴橡胶等。

在一些实施例中，参考图5，动压气体径向轴承还包括顶箔3，顶箔3沿周向延伸，且顶箔3的一端固定设置在壳体1上，顶箔3的另一端自由设置，且顶箔3搭接在波箔4的顶面上。

在图5示出的实施例中，该动压气体径向轴承包括一个顶箔3，该顶箔3搭接在三个波箔4的顶面上。在其他附图未示出的实施例中，动压气体径向轴承还可以包括至少两个顶箔，该至少两个顶箔与至少两个波箔对应设置。

在一些实施例中，本实用新型实施例还提供一种压缩机，包括转子2和上述动压气体径向轴承，上述动压气体径向轴承支撑转子2。

本实用新型实施例还提供一种空调，包括上述压缩机。

本实用新型实施例还提供一种车辆，包括上述压缩机。

下面根据图5至图8对本实用新型具体实施例的动压气体径向轴承的结构进一步说明。

如图5和图6所示，本实施例的动压气体径向轴承包括壳体1、顶箔3、波箔4、固定销5、楔形收敛区6、楔形发散区7、低压气膜区8、高压气膜区9和弹性支撑结构10。

如图7和图8所示，壳体1具有轴孔。具体地，壳体1为回转类的空心零件。壳体1的轴孔的内壁包括在周向上设置的多个轴向贯通槽，轴向贯通槽用于装配和固定顶箔3或波箔4。具体地，如图7所示，三个第一轴向贯通槽12用于安装固定波箔4的一端。第二轴向贯通槽13用于安装固定顶箔3的一端。

而且如图7和图8所示，壳体1的轴孔的内壁还包括楔形槽11，用于装配和定位弹性支撑结构10，弹性支撑结构10通过冷装装配前放在液氮里，温度降低至-50℃装配到壳体1的楔形槽11内，提高了整个轴承组件的结构紧凑。

如图5和图6所示，波箔4的一端安装在第一轴向贯通槽12内，另一端自由设置，且波箔4设置在弹性支撑结构10上，顶箔3搭接在波箔4的顶面上，且顶箔3的表面与转子2之间形成配合间隙，即如图5示出的楔形收敛区6和楔形发散区7。工作时，转子2在电磁场的作用下做高速旋转运动，不断将气体带进上述楔形收敛区6和楔形发散区7，形成如图6示出的高压气膜区9和低压气膜区8。

本实施例的动压气体径向轴承通过在波箔4与壳体1之间设置弹性支撑结构10，对波箔4进行支撑，当该动压气体径向轴承工作在大振动环境时，弹性支撑结构10可以发生变形吸收振动冲击，避免高压气膜区9处的波箔4发生大的变形，保证动压气体径向轴承正常工作时所需的楔形收敛结构。

在变形能力上，较好的设计方案是弹性支撑结构10的刚度大于波箔4的刚度，这样设计的好处是当动压气体径向轴承运行在非振动环境或者小振动环境时，弹性支撑结构10基本不参与变形，此时轴承运行在设计的楔形收敛区6中，未偏离设计工况。而当气体径向轴承运行在大振动环境时，由于轴承受到大冲击载荷，载荷达到了弹性支撑结构10的变形范围，此时弹性支撑结构10参与变形，所以综上，弹性支撑结构10的结构刚度大于波箔4的结构刚度的设计可以使得轴承工作在振动和非振动双环境。

进一步的，本专利的弹性支撑结构10沿着旋转方向设置为楔形结构，在轴承壳体侧，楔形结构与楔形槽11匹配；在转子侧，楔形结构与轴承的楔形收敛区6匹配；弹性支撑结构10在结构上表现为图6所示的楔形收敛区进口处的厚度为D1，楔形收敛区出口处的厚度为D2，D1应大于D2，一般取值0.05mm≤D1-D2≤0.20mm。由于D1大于D2，所以弹性支撑结构10在楔形收敛区进口处的变形能力高于楔形收敛区出口处，故当轴承在受到冲击载荷时，楔形收敛区进口处的可变形量更大，进一步提升了楔形收敛区6的动压效应，从而提高气膜压力，相当于提高了轴承支撑转子的能力。

与波箔分布匹配，本实施例的弹性支撑结构10在圆周上也为多处均布图中示意为三处，因为该动压轴承在楔形收敛区6的气膜压力大于楔形发散区7的气膜压力，压力差将会驱动轴承工作时发生涡动即转子除了围绕自身中心轴线“公转”外，还沿着轴承的中心轴线“自转”，一般“自转”速度为“公转”的0.4～0.5倍，“自转”现象称为转子涡动，转子涡动时，楔形收敛区6和楔形发散区7也随着变化，所以沿着圆周方向多处均布弹性支撑结构10，可以适应转子的涡动特性。

综上可知，本实施例的动压气体径向轴承设置了楔形结构的弹性支撑结构，提高轴承在受到冲击载荷时的动压效应。而且该动压气体径向轴承能兼顾车辆的非振动工况和振动工况。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种动压气体径向轴承，其特征在于，包括：

壳体(1)，包括具有中心轴线的轴孔，所述轴孔的孔壁包括在周向上顺次设置的至少两个楔形槽(11)，在绕所述中心轴线旋转的旋转方向(RD)上，所述楔形槽(11)的深度逐渐减小；

至少两个弹性支撑结构(10)，对应设置在所述至少两个楔形槽(11)内；和

至少两个波箔(4)，对应安装在所述至少两个弹性支撑结构(10)上。

2.根据权利要求1所述的动压气体径向轴承，其特征在于，所述弹性支撑结构(10)的刚度大于所述波箔(4)的刚度。

3.根据权利要求1所述的动压气体径向轴承，其特征在于，所述弹性支撑结构(10)为楔形结构，所述弹性支撑结构(10)的底面与所述楔形槽(11)的底面贴合，且所述弹性支撑结构(10)的厚度与所述楔形槽(11)的深度相同，以使得在绕所述中心轴线旋转的旋转方向(RD)上，所述弹性支撑结构(10)的顶面与所述中心轴线的距离不变。

4.根据权利要求3所述的动压气体径向轴承，其特征在于，所述弹性支撑结构(10)包括绕所述中心轴线旋转的旋转方向上的第一端和第二端，所述第一端的厚度大于所述第二端的厚度，且所述第一端的厚度与所述第二端的厚度之间的差值的范围为[0.05mm，0.2mm]。

5.根据权利要求1所述的动压气体径向轴承，其特征在于，所述弹性支撑结构(10)包括橡胶。

6.根据权利要求1所述的动压气体径向轴承，其特征在于，所述动压气体径向轴承包括三个所述弹性支撑结构和三个所述波箔，所述轴孔的孔壁包括三个所述楔形槽，所述三个弹性支撑结构对应设置在所述三个楔形槽内，所述三个波箔对应设置在所述三个弹性支撑结构上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的动压气体径向轴承，其特征在于，所述动压气体径向轴承还包括顶箔(3)，所述顶箔(3)沿周向延伸，且所述顶箔(3)的一端固定设置在所述壳体(1)上，所述顶箔(3)的另一端自由设置，且所述顶箔(3)搭接在所述波箔(4)的顶面上。

8.一种压缩机，包括转子(2)和支撑所述转子(2)的动压气体径向轴承，其特征在于，所述动压气体径向轴承为根据权利要求1至7中任一项所述的动压气体径向轴承，在所述压缩机运行时，所述转子(2)沿所述旋转方向(RD)转动。

9.一种空调，其特征在于，包括如权利要求8所述的压缩机。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求8所述的压缩机。

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