CN216642802U - 具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承，包括由外至内依次同轴、且预紧装配的轴承座、波箔和顶箔，波箔环向分为独立的三段波箔段，三段波箔段对应的中心角依次为50°～70°、170°～190°、110°～130°，每一段波箔段于轴向上被分割为等宽的两节或多节波箔节，同一波箔段上的多节波箔节的一端通过连接段连接为一体，连接段与轴承座间固定。采用多段非均布波箔形式的波箔以后，在风机调试过程及后续批产机型中，振动冲击情况均得到了有效抑制。
Description
技术领域
本实用新型涉及空气轴承领域，尤其涉及一种具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承。
背景技术
如图1所示，常见的径向箔片动压空气轴承由一个顶箔03与一个波箔02构成，波箔02置于轴承座01内孔中并且沿圆周方向与轴承座01内孔壁贴合，顶箔03置于波箔02内并且沿圆周方向与波箔02贴合，顶箔03与波箔02沿圆周方向均不闭合，为开口结构，波箔02可对顶箔03提供弹性支撑。该种结构形式的径向动压空气轴承，结构简单，加工起来也很方便，因此在工程中曾广泛应用，尤其是在空气悬浮鼓风机、氢燃料电池空压机、涡轮增压器、ACM等高速流体机械行业内，均有广泛应用。
随着与空气轴承相关的空浮产品的逐渐发展，径向动压空气轴承的结构形式也出现了一些新的变化，这些结构上的变化，其目的主要有：(1)提高轴承的承载能力，以使轴承的应用范围更广泛；(2)提高轴系运行的稳定性，以提高产品的使用寿命。
产品调试过程中将整周式波箔变为分段式，一般采用3段式、4段式、5段式或者更多，且每段波箔与每段波箔长度、结构等均一致，通过这种更改，发现的确可以提高整机运行的稳定性，这可以理解为：波箔变成分段式以后，波箔在受力变形时，较整体式波箔变形更容易，因此可以提供更多的阻尼来消耗振动带来的能量，从而在一定程度上抑制振动，稳定轴系。
在后续产品调试过程中，某个型号的风机采用整周式波箔结构，整机振动冲击较大，后改用这种波箔3段式均布的动压空气轴承，亦无改善，冲击振动现象，依旧存在。因此通过均布的多段式波箔这种结构变更来提高轴系运行的稳定性，在工程实际应用中似乎并不是万能的，也即对于一套确定的轴承-轴系系统，如果仅依靠将这种整周式的波箔改为这种均布的分段式结构来提高轴系运行的稳定性，是不一定成功的。
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具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承，能够稳定的提高轴承整体的阻尼效果，从而提高轴系运行稳定性。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承，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：所述波箔环向分为独立的三段波箔段，三段波箔段对应的中心角依次为50°～70°、170°～190°、110°～130°，每一段波箔段于轴向上被分割为等宽的两节或多节波箔节，同一波箔段上的多节波箔节的一端通过连接段连接为一体，所述连接段与轴承座间固定。
进一步的技术方案在于，还包括位于轴承座和波箔之间的波箔垫片，所述连接段焊接于波箔垫片上，所述波箔垫片环向的一端与轴承座固定，另一端沿轴承座内圆周壁延伸形成自由端。
进一步的技术方案在于，所述波箔垫片与顶箔的形状相同，一端均具有向离心方向弯折形成的第一折弯部，所述波箔垫片与顶箔的第一折弯部重叠并置于轴承座上的插槽内，所述第一折弯部位于插槽内无环向位移空间。
进一步的技术方案在于，所述轴承座的内壁上具有多个径向开设的插槽，所述连接段上还具有向离心方向弯折形成的第二折弯部，所述第二折弯部插入对应的插槽内，所述第二折弯部位于插槽内无环向位移空间。
进一步的技术方案在于，所述轴承座的两端面上具有外扩的环形槽，于环形槽内设有一与其过盈配合的弹性挡圈，所述弹性挡圈能够限制波箔和顶箔产生轴向位移。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
采用多段非均布波箔形式的波箔以后，在风机调试过程及后续批产机型中，振动冲击情况均得到了有效抑制。波箔采用分段式的结构可以打破随轴一起运行的气体速度的一致性，可以有效抑制高速气流带来的扰动，对轴系运行有帮助，非等长度的波箔分布，又导致轴承刚度分布不均匀，这种不均匀的刚度分布，带来了更好的阻尼效果，消耗了更多的振动能量，从而抑制了轴系的振动。
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是现有技术中径向箔片动压空气轴承的结构示意图；
图2是本公开的多段非均布波箔的径向动压空气轴承的一结构示意图；
图3是本公开的波箔的一平面结构示意图；
图4是本公开的波箔的一轴侧结构示意图；
图5是本公开的波箔垫片的轴侧结构示意图；
图6是本公开的具体实施例二中波箔垫片与波箔固定的结构
图7是本公开的多段非均布波箔的径向动压空气轴承的另一结构示意图；
图8是本公开的波箔的另一平面结构示意图；
图9是现有技术中径向箔片动压空气轴承的频谱图；
图10是本公开的径向箔片动压空气轴承的频谱图。
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2～图8所示，径向动压空气轴承，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具有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，所述平直段与轴承座1内壁接触，使波箔2预紧装配于轴承座1和顶箔3之间。顶箔3环向的一端具有向离心方向弯折形成的第一折弯部41，第一折弯部41置于轴承座1上的插槽内，顶箔3环向的另一端沿轴承座1内圆周壁延伸形成自由端，在轴承座1的两端面上具有外扩的环形槽，于环形槽内设有一与其过盈配合的弹性挡圈，所述弹性挡圈能够限制波箔2和顶箔3产生轴向位移，实现对波箔2和顶箔3的轴向定位。
其中，轴承座1通过机加工制作而成，波箔2及顶箔3采用激光切割下料及模具液压成型、卷圆机卷圆加工而成。波箔2为弹性支承构件，用于对顶箔3进行弹性支撑。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。
实施例一
为了提高轴系运行的稳定性，在本公开的具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承中，如图2、3、5所示，波箔2在环向上分为独立的三段波箔段21，三段波箔段21对应的中心角依次为50°～70°、170°～190°、110°～130°，每一段波箔段21于轴向上被分割为等宽的两节或多节波箔节22，保证波箔2与顶箔3间的预紧状态，在轴承座1和波箔2之间还设有波箔垫片4，所述波箔节22的一端焊接于波箔垫片4上，所述波箔垫片4环向的一端与轴承座1固定，另一端沿轴承座1内圆周壁延伸形成自由端，从而使连接段23与轴承座1间通过波箔垫片4实现固定。
波箔垫片4与顶箔3的形状相同，一端均具有向离心方向弯折形成的第一折弯部41，所述波箔垫片4与顶箔3的第一折弯部41重叠并置于轴承座1上的插槽内，所述第一折弯部41位于插槽内无环向位移空间，具有径向位移的空间，以提供弹性形变的能力。
实施例二
为了提高轴系运行的稳定性，在本公开的具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承中，如图2～6所示，波箔2在环向上分为独立的三段波箔段21，三段波箔段21对应的中心角依次为50°～70°、170°～190°、110°～130°，每一段波箔段21于轴向上被分割为等宽的两节或多节波箔节22，保证波箔2与顶箔3间的预紧状态，为了便于波箔2的装配，同一波箔段21上的多节波箔节22的一端通过连接段23连接为一体，在轴承座1和波箔2之间还设有波箔垫片4，所述连接段23焊接于波箔垫片4上，所述波箔垫片4环向的一端与轴承座1固定，另一端沿轴承座1内圆周壁延伸形成自由端，从而使连接段23与轴承座1间通过波箔垫片4实现固定。
波箔垫片4与顶箔3的形状相同，一端均具有向离心方向弯折形成的第一折弯部41，所述波箔垫片4与顶箔3的第一折弯部41重叠并置于轴承座1上的插槽内，所述第一折弯部41位于插槽内无环向位移空间，具有径向位移的空间，以提供弹性形变的能力。
实施例三
为了提高轴系运行的稳定性，在本公开的具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承中，如图7和图8所示，波箔2在环向上分为独立的三段波箔段21，三段波箔段21对应的中心角依次为50°～70°、170°～190°、110°～130°，每一段波箔段21于轴向上被分割为等宽的两节或多节波箔节22，保证波箔2与顶箔3间的预紧状态，为了便于波箔2的装配，同一波箔段21上的多节波箔节22的一端通过连接段23连接为一体，在轴承座1的内壁上具有多个径向开设的插槽，所述连接段23上还具有向离心方向弯折形成的第二折弯部231，第二折弯部231插入对应的插槽内，所述第二折弯部231位于插槽内无环向位移空间，具有径向位移的空间，从而使连接段23与轴承座1间实现固定。
本公开的具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承中，采用多段非均布波箔2形式的波箔2以后，在风机调试过程及后续批产机型中，振动冲击情况均得到了有效抑制。波箔2采用分段式的结构可以打破随轴一起运行的气体速度的一致性，可以有效抑制高速气流带来的扰动，对轴系运行有帮助，非等长度的波箔2分布，又导致轴承刚度分布不均匀，这种不均匀的刚度分布，带来了更好的阻尼效果，消耗了更多的振动能量，从而抑制了轴系的振动。
如图9和图10所示，横坐标带表转速或者频率，纵坐标带表加速度(也即振动的幅值)，wn代表工作转速，也称之为基频、工频或者一倍频。其余相称之为二倍频、三倍频、四倍频等。图9现有技术中径向箔片动压空气轴承的频谱图中，倍频、杂频以及分频均在频谱图上出现，整个频谱图杂乱无序，带表高速流体机械在运行时运动情况极其不稳定。图10本技术中的频谱图光滑平整，主要以一倍频为主，高速流体机械在运行时，整机运行稳定。
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 (5)
1.具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承，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：所述波箔(2)环向分为独立的三段波箔段(21)，三段波箔段(21)对应的中心角依次为50°～70°、170°～190°、110°～130°，每一段波箔段(21)于轴向上被分割为等宽的两节或多节波箔节(22)，同一波箔段(21)上的多节波箔节(22)的一端通过连接段(23)连接为一体，所述连接段(23)与轴承座(1)间固定。
2.根据权利要求1所述的径向动压空气轴承，其特征在于，还包括位于轴承座(1)和波箔(2)之间的波箔垫片(4)，所述连接段(23)焊接于波箔垫片(4)上，所述波箔垫片(4)环向的一端与轴承座(1)固定，另一端沿轴承座(1)内圆周壁延伸形成自由端。
3.根据权利要求2所述的径向动压空气轴承，其特征在于，所述波箔垫片(4)与顶箔(3)的形状相同，一端均具有向离心方向弯折形成的第一折弯部(41)，所述波箔垫片(4)与顶箔(3)的第一折弯部(41)重叠并置于轴承座(1)上的插槽内，所述第一折弯部(41)位于插槽内无环向位移空间。
4.根据权利要求1所述的径向动压空气轴承，其特征在于，所述轴承座(1)的内壁上具有多个径向开设的插槽，所述连接段(23)上还具有向离心方向弯折形成的第二折弯部(231)，所述第二折弯部(231)插入对应的插槽内，所述第二折弯部(231)位于插槽内无环向位移空间。
5.根据权利要求1所述的径向动压空气轴承，其特征在于，所述轴承座(1)的两端面上具有外扩的环形槽，于环形槽内设有一与其过盈配合的弹性挡圈，所述弹性挡圈能够限制波箔(2)和顶箔(3)产生轴向位移。
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