CN219570610U - 一种多段预紧式径向动压空气轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多段预紧式径向动压空气轴承，包括由外至内依次预紧装配的轴承座、波箔和顶箔，轴承座的内壁上环向布有多个卡槽；波箔至少具有环向间隔布置的两段，每段波箔整体呈折线形，位于两卡槽之间，每段波箔的固定端向离心方向弯折形成第一折段，活动端沿着轴承座内圆周壁延伸，第一折段位于一个卡槽内，波箔上波形的高度由固定端向活动端渐小。每段波箔的外形主轮廓呈曲折连线，可以确保顶箔与波箔在装配后在不同位置处接触更均匀，顶箔与波箔之间的预紧力也更均匀，利于库伦摩擦阻尼的产生，从而消耗振动能量，每段波箔是非等高的，使轴承自带楔形间隙，均有助于轴系运行的稳定性。

Description

一种多段预紧式径向动压空气轴承

技术领域

本实用新型涉及空气轴承技术领域，尤其涉及一种多段预紧式径向动压空气轴承。

背景技术

箔片空气轴承是一种采用空气作为润滑介质的自作用式动压空气轴承，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，逐渐在空气悬浮离心鼓风机、电子涡轮增压器以及氢燃料电池用压缩机等领域得到进一步的应用发展，在未来的高速旋转机械领域具有广阔的应用前景。

现有的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。箔片动压空气轴承在承受载荷时，波箔在承载区会发生弹性变形，通过顶箔自由端沿圆周方向的自由移动与波箔的变形相匹配来保证轴承可以稳定承载，提高轴系运行的稳定性。

传统径向动压空气轴承在较低转速范围内(0～120000rpm)，拥有较好的轴系运行稳定性，这一点可以从实际监测轴系运行的轴心轨迹数据得出，通常轴心轨迹的数值范围在0～0.15mm左右，因此具有广泛的应用场景。但是由于开发机型的需求(机型向高速小型化方向发展)，轴系转速需要进一步提高时，该种结构的空气轴承表现出一定的约束性，轴心运行稳定性较差，主要表现在轴心轨迹数值偏大(＞0.2mm～0.4mm)，这给空压机的运行带来很大的风险，而且在实际测试过程中，拆检测试以后的空压机，经常会出现轴承偏磨、蹭轮等现象，导致整机出现故障，无法保证整机寿命甚至无法运行等。尽管可以通过提高轴系动平衡等级来缓解该现象，使轴心轨迹数值略有减小，但轴系运行不稳的问题无法从根本上解决。

在中国实用新型专利CN202123134496.6中公开了具有多段非均布波箔的径向动压空气轴承，其中公开了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，对轴系运行的稳定性具有帮助。但是自由状态下波箔的外形主轮廓呈圆弧状态，当顶箔与波箔预紧贴合后，顶箔与波箔不同位置处接触面积小、不均匀，使得顶箔与波箔之间的预紧力不均匀，不利于库伦摩擦阻尼的产生，从而消耗振动能量有限，轴系运行的稳定性并没有得到很好的改善。

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多段预紧式径向动压空气轴承，以提高轴系运行的稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种多段预紧式径向动压空气轴承，包括由外至内依次预紧装配的轴承座、波箔和顶箔，其特征在于:

所述轴承座的内壁上环向布有多个卡槽；

所述波箔至少具有环向间隔布置的两段，每段波箔整体呈折线形，位于两卡槽之间，每段波箔的固定端向离心方向弯折形成第一折段，活动端沿着轴承座内圆周壁延伸，所述第一折段位于一个卡槽内，所述波箔上波形的高度由固定端向活动端渐小。

进一步的技术方案在于：所述第一折段在卡槽内具有径向及环向的自适应位移量。

进一步的技术方案在于：所述第一折段的末端弯折有与其呈直角的第二折段，所述第二折段朝向波箔的活动端。

进一步的技术方案在于：所述顶箔为整段式结构，其固定端向离心方向弯折形成固定折段，活动端沿轴承座内圆周壁延伸，并靠近固定端后向离心方向弯折形成活动折段，所述固定折段和活动折段分别插入两个卡槽内，并相互靠近的贴在卡槽的内壁上，所述活动折段具有径向及环向的位移量。

进一步的技术方案在于：所述顶箔为分段式结构，其数量与波箔的数量相同，位于两两卡槽之间，每段顶箔的固定端向离心方向弯折形成固定折段，活动端沿轴承座内圆周壁延伸，并向离心方向弯折形成活动折段，所述固定折段和活动折段分别插入两个卡槽内，并贴在卡槽的内壁上，所述活动折段具有径向及环向的位移量。

进一步的技术方案在于：所述固定折段和活动折段与对应波箔的第一折段贴合设于同一卡槽内。

进一步的技术方案在于：所述固定折段在卡槽内具有径向及环向的自适应位移量。

进一步的技术方案在于：所述顶箔的内壁上设有耐磨层。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

第一，每段波箔在装入轴承座以后，波箔并没有与轴承座内壁贴合，而是处于一种分离的状态，波箔与轴承座内壁没有贴合，这么做的好处是，当装入顶箔以后，波箔会与顶箔处于一种预紧贴合状态，当顶箔与波箔发生现对滑动时，会有更明显的库伦摩擦阻尼，从而消耗振动能量，有助于轴系运行的稳定性。

第二，每段波箔的外形主轮廓并非一个圆弧状态，而是由多条线段首尾依次相接组成的曲折连线，这么做的好处是，当顶箔与波箔贴合时，可以确保顶箔与波箔在装配后在不同位置处接触更均匀，顶箔与波箔之间的预紧力也更均匀，且顶箔与波箔接触面积更大，这均有利于库伦摩擦阻尼的产生，从而消耗振动能量，有助于轴系运行的稳定性。

第三，每段波箔是非等高的，波箔自由端处的波高较小，固定端附近波箔高度较高，整体高度由自由端向固定端逐渐增加，使轴承自带楔形间隙，常有利于动压气膜的形成，而且由于波箔为多段结构，因此圆周方向会产生多个气膜，多个气膜会包覆着轴系，相当于在圆周方向给轴系增加了约束，进一步提高轴系运行的稳定性。

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是本实用新型的一种结构示意图(顶箔为整段式结构)；

图2是本实用新型的另一种结构示意图(顶箔为分段式结构)；

图3是本实用新型中顶箔装入轴承座内的结构示意图(未装配顶箔)

图4是本实用新型中波箔的结构示意图；

图5是本实用新型中整段式顶箔的结构示意图；

图6是本实用新型中分段式顶箔的结构示意图。

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6所示，一种多段预紧式径向动压空气轴承，包括由外至内依次预紧装配的轴承座1、波箔2和顶箔3。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。

轴承座1的内壁上环向布有多个卡槽101。

如图4所示，波箔2呈分段式，至少具有环向间隔布置的两段，优选的为三段波箔2围构成一环形，每段波箔2位于两卡槽101之间，每段波箔2的固定端向离心方向弯折形成第一折段201，活动端沿着轴承座1内圆周壁延伸，第一折段201位于一个卡槽101内。

每段波箔2上具有多个波拱和连接两波拱的平直段，波拱向内侧鼓起，与顶箔3接触，平直段与轴承座1内壁接触，使波箔2能够预紧装配于轴承座1和顶箔3之间。每段波箔2在装入轴承座1以后，未装顶箔3之前，波箔2并没有与轴承座1内壁贴合，而是处于一种分离的状态，波箔2与轴承座1内壁没有贴合，这么做的好处是，当装入顶箔3以后，波箔2会与顶箔3处于一种预紧贴合状态，当顶箔3与波箔2发生现对滑动时，会有更明显的库伦摩擦阻尼，从而消耗振动能量，有助于轴系运行的稳定性。

每段波箔2整体呈折线形，由多条线段首尾依次相接组成的曲折连线，其外形主轮廓并非一个圆弧状态，当顶箔3与波箔2贴合时，可以确保顶箔3与波箔2在装配后在不同位置处接触更均匀，顶箔3与波箔2之间的预紧力也更均匀，且顶箔3与波箔2接触面积更大，这均有利于库伦摩擦阻尼的产生，从而消耗振动能量，有助于轴系运行的稳定性。

每段波箔2是非等高的，波箔2上波形的高度由固定端向活动端渐小。即波箔2自由端处的波高较小，固定端附近波箔2高度较高，整体高度由自由端向固定端逐渐增加。顶箔3预紧安装后，顶箔3沿径向向外撑，由于波箔2存在高度差，顶箔3会紧紧的与波箔2的固定端紧紧贴合，而与波箔2的自由端间具有楔形间隙，使得轴承在波箔2自由端处自带楔形间隙，常有利于动压气膜的形成，而且由于波箔2为多段结构，因此圆周方向会产生多个气膜，多个气膜会包覆着轴系，相当于在圆周方向给轴系增加了约束，进一步提高轴系运行的稳定性。

更近一步的，第一折段201的末端弯折有与其呈直角的第二折段202，第二折段202朝向波箔2的活动端。使得波箔2在装配后倾斜，不易从轴承座1上脱落。

顶箔3可以为整段式结构，如图5所示，便于安装。顶箔3的固定端向离心方向弯折形成固定折段301，活动端沿轴承座1内圆周壁延伸，并靠近固定端后向离心方向弯折形成活动折段302，固定折段301和活动折段302分别插入两个卡槽101内，并相互靠近的贴在卡槽101的内壁上，活动折段302具有径向及环向的位移量。

顶箔3也可以为分段式结构，如图6所示，其数量与波箔2的数量相同，位于两两卡槽101之间，与分段式的波箔2相匹配，顶箔3之间相互独立，且因为波箔2高度不一致，更有利于楔形间隙的形成。每段顶箔3的固定端向离心方向弯折形成固定折段301，活动端沿轴承座1内圆周壁延伸，并向离心方向弯折形成活动折段302，固定折段301和活动折段302分别插入两个卡槽101内，并贴在卡槽101的内壁上，活动折段302具有径向及环向的位移量。固定折段301和活动折段302与对应波箔2的第一折段201贴合设于同一卡槽101内，减少轴承上卡槽101的设置量。

现有的从径向箔片动压空气轴承的安装方式来看，固定端被完全约束到轴承座1上，沿圆周方向或者轴向均无法自由移动。但是在本公开的多段预紧式径向动压空气轴承中，第一折段201在卡槽101内具有径向及环向的自适应位移量，固定折段301在卡槽101内具有径向及环向的自适应位移量，即波箔2和顶箔3的固定端可以具有一定的活动量。环向的自适应间隙为0.5～1.5mm优选值为1mm，由于顶箔3和波箔2的固定端也可以沿圆周方向小范围自由移动，使在运动初始时，固定端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。

为了减小转子启动转矩，降低磨损，提高轴承的使用寿命，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，可采用喷涂的方式形成。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 (8)

1.一种多段预紧式径向动压空气轴承，包括由外至内依次预紧装配的轴承座(1)、波箔(2)和顶箔(3)，其特征在于:

所述轴承座(1)的内壁上环向布有多个卡槽(101)；

所述波箔(2)至少具有环向间隔布置的两段，每段波箔(2)整体呈折线形，位于两卡槽(101)之间，每段波箔(2)的固定端向离心方向弯折形成第一折段(201)，活动端沿着轴承座(1)内圆周壁延伸，所述第一折段(201)位于一个卡槽(101)内，所述波箔(2)上波形的高度由固定端向活动端渐小。

2.根据权利要求1所述的多段预紧式径向动压空气轴承，其特征在于：所述第一折段(201)在卡槽(101)内具有径向及环向的自适应位移量。

3.根据权利要求1所述的多段预紧式径向动压空气轴承，其特征在于：所述第一折段(201)的末端弯折有与其呈直角的第二折段(202)，所述第二折段(202)朝向波箔(2)的活动端。

4.根据权利要求1所述的多段预紧式径向动压空气轴承，其特征在于：所述顶箔(3)为整段式结构，其固定端向离心方向弯折形成固定折段(301)，活动端沿轴承座(1)内圆周壁延伸，并靠近固定端后向离心方向弯折形成活动折段(302)，所述固定折段(301)和活动折段(302)分别插入两个卡槽(101)内，并相互靠近的贴在卡槽(101)的内壁上，所述活动折段(302)具有径向及环向的位移量。

5.根据权利要求1所述的多段预紧式径向动压空气轴承，其特征在于：所述顶箔(3)为分段式结构，其数量与波箔(2)的数量相同，位于两两卡槽(101)之间，每段顶箔(3)的固定端向离心方向弯折形成固定折段(301)，活动端沿轴承座(1)内圆周壁延伸，并向离心方向弯折形成活动折段(302)，所述固定折段(301)和活动折段(302)分别插入两个卡槽(101)内，并贴在卡槽(101)的内壁上，所述活动折段(302)具有径向及环向的位移量。

6.根据权利要求5所述的多段预紧式径向动压空气轴承，其特征在于：所述固定折段(301)和活动折段(302)与对应波箔(2)的第一折段(201)贴合设于同一卡槽(101)内。

7.根据权利要求4或5所述的多段预紧式径向动压空气轴承，其特征在于：所述固定折段(301)在卡槽(101)内具有径向及环向的自适应位移量。

8.根据权利要求1所述的多段预紧式径向动压空气轴承，其特征在于：所述顶箔(3)的内壁上设有耐磨层。