CN215634427U - 具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承，包括由外至内依次同轴、且预紧装配的轴承座、波箔和顶箔。将径向箔片动压空气轴承设置非等刚度的多瓣式的波箔，这种非等刚度的波箔结构，所带来的的好处是，能够有效的降低整机在工作时的振动，提高了轴系运行的稳定性，延长了整机使用寿命。

Description

具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承

技术领域

本实用新型涉及空气轴承领域，尤其涉及一种具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承。

背景技术

箔片空气轴承与传统高速轴承相比，具有结构简单、转速高、摩擦功耗低、耐高低温、稳定性好和维护方便等优点，在高速旋转机械领域具有广阔的应用前景。

一般来说，径向箔片动压空气轴承由一个顶箔与一个波箔构成，波箔置于轴承座内孔中并且沿圆周方向与轴承座内孔壁贴合，顶箔置于波箔内并且沿圆周方向与波箔贴合，顶箔与波箔沿圆周方向均不闭合，为开口结构，其中一端称之为自由端，另一端称之为固定端，波箔可对顶箔提供弹性支撑。

由于空气轴承的结构中，轴承的刚度和阻尼与轴系的匹配，是一个非常困难的问题，往往很难达到理想的匹配来保证轴系及其稳定运行，因此对于一个确定的轴系，轴承刚度和阻尼都是一个范围，这就会导致尽管轴系可以稳定运行，但振动还是存在的，为进一步减小这种振动，提高空压机的使用寿命，还需进一步研究改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够降低整机振动的、具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承，包括由外至内依次同轴、且预紧装配的轴承座、波箔和顶箔，其特征在于：

轴承座，其内壁上沿轴向开设有定位卡槽，所述定位卡槽具有至少三个，多个定位卡槽环向均布设置；

顶箔，由多段顶箔单体环向拼接构成，所述顶箔单体具有平滑的内表面，其包括置于定位卡槽内的凸棱，所述凸棱在定位卡槽内能够环向及径向移动，于凸棱的两侧均环向延伸有连接段，相接的两顶箔单体中的连接段相搭接；

波箔，具有多段波箔单体，每一段波箔单体置于两凸棱之间，所述波箔单体的一端为固定端，另一端为活动端、并能够环向延伸，由承载区至远离承载区方向设置的波箔单体的刚度依次递减，且对称位于承载区两侧的两块波箔单体的刚度相同。

进一步的技术方案在于：由承载区至远离承载区方向设置的波箔单体的厚度依次递减，且对称位于承载区两侧的两块波箔单体的厚度相同。

进一步的技术方案在于：每段顶箔单体上的两连接段为一整块弧形板，所述凸棱焊接于弧形板外侧的中部。

进一步的技术方案在于：所述波箔单体的固定端具有径向向外的固定翻边，所述固定翻边置于定位卡槽内。

进一步的技术方案在于：所述顶箔的内壁上设有耐磨层。

进一步的技术方案在于：所述耐磨层为二硫化钼涂层或聚四氟乙烯涂层。

进一步的技术方案在于：所述耐磨层的厚度为0.02～0.03mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

将径向箔片动压空气轴承设置非等刚度的多瓣式的波箔，这种非等刚度的波箔结构，所带来的的好处是，能够有效的降低整机在工作时的振动，提高了轴系运行的稳定性，延长了整机使用寿命。

并且，顶箔采用拼接的形式后，顶箔的内表面变得不再圆滑，每一段顶箔单体的末端在整个环形面上会有一个小台阶，这些小台阶会辅助形成楔形间隙，对轴系运行的稳定性有帮助。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本公开的径向箔片动压空气轴承的结构示意图；

图2是本公开的轴承座的结构示意图；

图3是本公开的波箔与顶箔配合的结构示意图(隐去了一块波箔单体)；

图4是本公开的波箔单体的结构示意图；

图5是本公开的顶箔单体的结构示意图；

图6是本公开的顶箔的另一形式的结构示意图；

图7是本公开的顶箔单体的另一形式的结构示意图。

具体实施方式

下面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的一部分实施例，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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1～图5所示，具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承，包括由外至内依次同轴、且预紧装配的轴承座1、波箔2和顶箔3。

波箔2为弹性支承构件，用于对平箔进行弹性支撑，波箔2包括多个波形段和连接两波形段的平直段，波形段向内侧鼓起，其波谷与顶箔3接触，平直段与轴承座1内壁接触。当转子高速运转时，由于顶箔3和转子间楔形压缩气膜力的周期性作用，在气膜作用力下波箔2会发生微小弹性变形，与顶箔3和轴承座1内表面发生微滑动，为轴承高速运转提供足够的阻尼，保证转子运转的稳定性。

本公开的径向箔片动压空气轴承通过将波箔设置为非等刚度的多瓣式结构，以提高整机运行的稳定性。在轴承座1的内壁上沿轴向开设有定位卡槽11，定位卡槽11具有至少三个，多个定位卡槽11环向均布设置。

为适应波箔结构的变化，顶箔3同样不再是一体的结构，而是由多段顶箔单体30环向拼接构成。每一顶箔单体30具有平滑的内表面，其包括置于定位卡槽11内的凸棱31，所述凸棱31在定位卡槽内能够环向及径向移动，于凸棱31的两侧均环向延伸有连接段，相接的两顶箔单体30中的连接段相搭接。其中，每段顶箔单体30上的两连接段为一整块弧形板，所述凸棱31焊接于弧形板外侧的中部。并且，顶箔3采用拼接的形式后，顶箔3的内表面变得不再圆滑，每一段顶箔单体30的末端在整个环形面上会有一个小台阶，这些小台阶会辅助形成楔形间隙，对轴系运行的稳定性有帮助。

波箔2具有多段波箔单体20，每一段波箔单体20置于两凸棱31之间，所述波箔单体20的一端为固定端，端具有径向向外的固定翻边21，所述固定翻边21置于定位卡槽11内，波箔单体20的另一端为活动端、并能够环向延伸，发生形变。多段波箔单体20的刚度不同，由承载区至远离承载区方向设置的波箔单体20的刚度依次递减，且对称位于承载区两侧的两块波箔单体20的刚度相同。如图1所示，以5段波箔单体20为例，A1处为承载区，各处的波箔单体20中刚度的大小关系为A1＞A2＝A2’＞A3＝A3’。

波箔的刚度可以通过调整波箔的原材料厚度来实现。由承载区至远离承载区方向设置的波箔单体20的厚度依次递减，且对称位于承载区两侧的两块波箔单体20的厚度相同。

波箔的刚度还可以通过调整波箔的波拱形状来实现。多段波箔单体20的厚度相同，波高相同，由承载区至远离承载区方向设置的波箔单体20的波距依次递增。

将径向箔片动压空气轴承设置非等刚度的多瓣式的波箔，这种非等刚度的波箔结构，所带来的的好处是能够有效的降低整机在工作时的振动，提高了轴系运行的稳定性，延长了整机使用寿命。

另外，由于现有的空气轴承的结构中，顶箔是均匀一致的，这样在运行时，由于轴向两端空气压力为大气压，即常压，而中心压力较高，这就容易造成端部泄漏的问题，造成承载区压力一定程度的降低，从而降低了整体的承载能力。

因此，本公开的径向箔片动压空气轴承中，通过加强楔形效应，以提高轴承的使用性能。具体的，如图6和图7所示，在每段顶箔单体30上，于凸棱31两侧的连接段分别为连接段一32和连接段二33，于连接段二33轴向的中部开设有楔形的豁口34。相接的两顶箔单体30中，一顶箔单体30的连接段二33搭接于另一顶箔单体30的连接段一32的外侧，且连接段一32将连接段二33上的豁口34完全覆盖住，能够形成有效的气膜来提供承载。

该空气轴承中的顶箔3，打破了传统顶箔3厚度均匀一致的结构，将顶箔3在厚度方向上分为叠加的两片连接段，并在一片连接段上开设有一个类似于V型或者U型的豁口34，上方的顶箔在受到气膜压力作用时，会向下凹陷，形成一个类似簸箕的结构，可以有效存储气体，以减小气体的端泄，这样轴系在运转时，高速流体会有向轴向的中心靠拢的趋势，从而有效解决了气体端泄的问题，提高了轴承的承载能力。另外，由于顶箔3可以沿圆周方向双向的小范围自由移动，使在运动初始时，具有随转子转动的微小调节量，进一步提高了轴承的自适应性和稳定性。

为减小转子启动转矩，降低磨损，提高使用寿命，在顶箔3的内壁上设有耐磨层，耐磨层为二硫化钼涂层或聚四氟乙烯涂层，可采用喷涂的方式层次耐摩擦，耐磨层的厚度为0.02～0.03mm。

以上仅是本实用新型的较佳实施例，任何人根据本实用新型的内容对本实用新型作出的些许的简单修改、变形及等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.具有非等刚度的多瓣式径向箔片动压空气轴承，包括由外至内依次同轴、且预紧装配的轴承座(1)、波箔(2)和顶箔(3)，其特征在于：

轴承座(1)，其内壁上沿轴向开设有定位卡槽(11)，所述定位卡槽(11)具有至少三个，多个定位卡槽(11)环向均布设置；

顶箔(3)，由多段顶箔单体(30)环向拼接构成，所述顶箔单体(30)具有平滑的内表面，其包括置于定位卡槽(11)内的凸棱(31)，所述凸棱(31)在定位卡槽内能够环向及径向移动，于凸棱(31)的两侧均环向延伸有连接段，相接的两顶箔单体(30)中的连接段相搭接；

波箔(2)，具有多段波箔单体(20)，每一段波箔单体(20)置于两凸棱(31)之间，所述波箔单体(20)的一端为固定端，另一端为活动端、并能够环向延伸，由承载区至远离承载区方向设置的波箔单体(20)的刚度依次递减，且对称位于承载区两侧的两块波箔单体(20)的刚度相同。

2.根据权利要求1所述的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：由承载区至远离承载区方向设置的波箔单体(20)的厚度依次递减，且对称位于承载区两侧的两块波箔单体(20)的厚度相同。

3.根据权利要求1所述的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：每段顶箔单体(30)上的两连接段为一整块弧形板，所述凸棱(31)焊接于弧形板外侧的中部。

4.根据权利要求1所述的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：所述波箔单体(20)的固定端具有径向向外的固定翻边(21)，所述固定翻边(21)置于定位卡槽(11)内。

5.根据权利要求1所述的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：所述顶箔(3)的内壁上设有耐磨层。

6.根据权利要求5所述的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：所述耐磨层为二硫化钼涂层或聚四氟乙烯涂层。

7.根据权利要求6所述的径向箔片动压空气轴承，其特征在于：所述耐磨层的厚度为0.02～0.03mm。

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