專利名稱：內(nèi)裝金屬顆粒的高阻尼箔片動(dòng)壓氣體軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體軸承，特別是一種箔片空隙內(nèi)裝有金屬顆粒的高阻尼箔片動(dòng)壓氣體軸承。
背景技術(shù)：
氣體軸承具有速度高、精密度高、耐高溫、摩擦損耗小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)最近幾十年的迅速發(fā)展，氣體軸承已經(jīng)在高速支承、高精密支承等領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。目前氣體軸承已經(jīng)發(fā)展出多種類型，主要分為動(dòng)壓型和靜壓型。動(dòng)壓型中又有箔片式、人字槽式和側(cè)傾瓦式等多種結(jié)構(gòu)。其中箔片氣體軸承憑借其優(yōu)異性能得到了廣泛的關(guān)注和研究。在箔片 氣體軸承中，箔片是主要的支承結(jié)構(gòu)，它應(yīng)該具有一定的剛度和阻尼，使軸承相應(yīng)獲得一定的承載能力和緩和沖擊振動(dòng)的能力?，F(xiàn)有的箔片軸承已經(jīng)具有一定的剛度值，其承載能力較最初的結(jié)構(gòu)已經(jīng)提高了三到四倍。然而軸承的阻尼值卻沒(méi)有大的提高，這導(dǎo)致軸承的臨界轉(zhuǎn)速較低，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易失穩(wěn)甚至卡死。為了提高氣體軸承的可靠性，本發(fā)明在箔片軸承的基礎(chǔ)上提出了一種提高氣體軸承阻尼的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了尋求能夠顯著提高氣體軸承阻尼和氣體軸承可靠性的方法，提供了一種新型箔片軸承結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)可以在一定程度上解決箔片動(dòng)壓氣體軸承阻尼較低、容易失穩(wěn)的問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案箔片氣體軸承的基本組成部分為套箔、彈性箔片和軸承基體，套箔和彈性箔片在一端固定在一起并且同時(shí)固定在軸承套上。箔片內(nèi)部存在空隙，在這些空隙內(nèi)填入金屬顆粒并將其密封起來(lái)。本發(fā)明提出的技術(shù)方案意在箔片空隙內(nèi)填入金屬顆粒并且將其密封起來(lái)，利用增加軸承內(nèi)部摩擦面積的方法增加軸承阻尼。在軸承工作時(shí)，除了箔片之間以及箔片與軸承基體之間的摩擦，箔片和金屬顆粒之間以及金屬顆粒之間也會(huì)產(chǎn)生摩擦，這樣就大大增加了軸承內(nèi)部的摩擦面積，增強(qiáng)了軸承吸收沖擊振動(dòng)能量的能力，從而使軸承阻尼增大，達(dá)到提高氣體軸承可靠性的目的。除此之外，密集的金屬顆粒自身具有一定的剛度，這就在增加軸承阻尼的同時(shí)增加了軸承剛度，提高了軸承的綜合性能。這種方案適用于箔片動(dòng)壓徑向氣體軸承。在徑向氣體軸承中，套箔為雙層柱狀殼體結(jié)構(gòu)，彈性箔片為波浪形箔片并位于套箔殼體內(nèi)部，它們?cè)谝欢斯潭ㄔ谝黄?。金屬顆粒填充在套箔殼體內(nèi)部的空隙內(nèi)，在軸承兩側(cè)用擋板把金屬顆粒密封起來(lái)。軸承一側(cè)的密封擋板為圓環(huán)形，其內(nèi)邊緣與套箔內(nèi)層相接，外邊緣用螺釘固定在軸承套上，覆蓋在箔片開口的部分外凸，凸起恰好完全擋在箔片開口外側(cè)。軸承另一側(cè)的密封擋板也為圓環(huán)形，其內(nèi)邊緣與套箔內(nèi)層相接，但外邊緣與套箔外層相接，擋板整體外凸，凸起恰好完全擋在箔片開口外側(cè)。這種方案也適用于箔片動(dòng)壓止推氣體軸承。止推氣體軸承內(nèi)的箔片呈幾片扇形，它們均勻分布在軸承基體邊緣。各塊箔片的結(jié)構(gòu)與徑向氣體軸承的箔片結(jié)構(gòu)相似。套箔為一扁平狀扇形殼體結(jié)構(gòu)，彈性箔片為一層波浪形箔片并裝在套箔殼體內(nèi)部。金屬顆粒填充在套箔殼體內(nèi)腔中，在軸承內(nèi)、外側(cè)用兩塊擋板把金屬顆粒密封起來(lái)。軸承內(nèi)、外側(cè)的兩片密封擋板為貼在軸承內(nèi)孔壁和外壁的柱形擋板，擋板一側(cè)與套箔頂層相接，另一側(cè)用螺釘固定在軸承基體上，其覆蓋在箔片開口的部分外凸，凸起恰好完全擋在箔片開口外側(cè)。與現(xiàn)有氣體軸承結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明提出的軸承結(jié)構(gòu)可以將軸承的阻尼值提高109^30%，剛度也有所提高。它在 一定程度上解決了氣體軸承可靠性差的問(wèn)題。


圖I為箔片動(dòng)壓徑向氣體軸承裝配示意圖。圖2為箔片動(dòng)壓徑向氣體軸承主要零件示意圖。圖3為箔片動(dòng)壓止推氣體軸承裝配示意圖。圖4為箔片動(dòng)壓止推氣體軸承重要零件示意圖。圖I-圖4中1-軸承套；2_左側(cè)密封擋板；3_套箔；4_彈性箔片；5_金屬顆粒；6-右側(cè)密封擋板；7_扇形套箔；8-內(nèi)擋板；9_外擋板；10_軸承基體；11_扇形彈性箔片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖I所示為箔片動(dòng)壓徑向氣體軸承示意圖。在徑向軸承中，套箔由一塊箔片對(duì)折后卷曲而成，形成柱形殼體結(jié)構(gòu)，其開口端為固定端，對(duì)折處為自由端，對(duì)折處呈圓角過(guò)渡，沿周向一端的開口與彈性箔片連接，另一端密封，其形狀如圖2中b所示；彈性箔片為波浪形，波峰和波谷間距恰好等于套箔殼體內(nèi)間隙厚度，其固定端有一較短的平箔片用來(lái)和套箔連接，其形狀如圖2中a所示。彈性箔片恰好能夠裝在套箔的殼體內(nèi)腔中，它們?cè)谔撞拈_口端一起焊接在軸承套上。套箔在軸承兩側(cè)的縫隙通過(guò)兩塊擋板密封。因?yàn)閮蓚?cè)縫隙為環(huán)形，擋板也為環(huán)形，但是為了保證裝配的可行性，兩塊擋板的結(jié)構(gòu)并不形同。一側(cè)擋板的截面形狀為半圓環(huán)形，如圖2中d所示，它的內(nèi)、外邊緣分別與套箔的內(nèi)、外層焊接在一起；另一側(cè)擋板外邊緣通過(guò)螺釘直接固定在軸承套上，內(nèi)邊緣起密封作用的部分截面形狀也為半圓環(huán)形，內(nèi)、外邊緣也分別與套箔的內(nèi)、外層焊接在一起，其形狀如圖2中c所示。擋板的截面形狀為半圓環(huán)形是為了保證軸承在工作時(shí)箔片能夠沿徑向自由變形。箔片周向邊緣外側(cè)不能由擋板密封，可以把能夠沿徑向變形的擋片焊接在箔片上進(jìn)行密封。這樣就在箔片內(nèi)部形成一個(gè)密封腔體，在腔體內(nèi)部根據(jù)需要填充金屬顆粒，就能獲得所需的阻尼性能。圖3所示為箔片動(dòng)壓止推氣體軸承示意圖。在止推軸承中，套箔和彈性箔片的結(jié)構(gòu)與徑向軸承中的箔片結(jié)構(gòu)相似。套箔由一塊扇形箔片對(duì)折而成，形成扁平狀扇形殼體結(jié)構(gòu)，其開口端為固定端，對(duì)折處為自由端，開口端外側(cè)箔片與內(nèi)測(cè)箔片有一定角度從而形成楔形，對(duì)折處呈圓角過(guò)渡。彈性箔片亦為波浪形，波峰和波谷間距恰好等于套箔殼體內(nèi)間隙厚度，其固定端有一較短的平箔片以便和套箔連接。與徑向軸承中箔片結(jié)構(gòu)的不同之處在于套箔為一扁平狀扇形殼體結(jié)構(gòu)且在箔片一側(cè)存在一個(gè)坡度，彈性箔片為波浪形箔片但是被切成扇形，如圖4中a和b所示。本例中軸承中共有5塊套箔和5塊彈性箔片，彈性箔片裝在套箔內(nèi)腔中，它們均勻分布在軸承基體邊緣。在軸承內(nèi)、外側(cè)也有密封擋片，這兩塊擋片的結(jié)構(gòu)基本相同，如圖4中c和d所示，它們都是柱形擋板，分別貼在軸承內(nèi)孔壁和外壁。擋板一側(cè)與套箔頂層相接，另一側(cè)用螺釘固定在軸承基體上，其覆蓋在箔片開口的部分外凸，凸起恰好完全擋在箔片開口外側(cè)，凸起的兩邊緣分別與套箔的上、下兩層箔片焊接在一起形成密封。凸起的作用是為了保證軸承在工作時(shí)箔片能夠沿軸向自由變形。跟徑向軸承一樣，箔片周向邊緣外側(cè)不能由擋板密封，可以把能夠沿軸向變形的擋片焊接在箔片上進(jìn)行密封。這樣就在箔片內(nèi)部形成一個(gè)密封腔體，在腔體內(nèi)部根據(jù)需要填充金屬顆粒，就能獲得所需的阻尼性能。另外，根據(jù)氣膜內(nèi)部壓力的分布情況，填充的金屬顆粒的密度也可以不同氣膜壓力大的位置，金屬顆粒密度可以適當(dāng)增大，反之可以適當(dāng)減小。金屬顆粒的密度可以通過(guò)混裝不同直徑的金屬顆粒進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于軸承工作時(shí)主要由下部箔片承載，所以可以只在下半部分箔片內(nèi)的縫隙內(nèi)填充金屬顆粒。這兩個(gè)實(shí)例中所用金屬顆粒都是直徑在0. Ol-Imm之間的球形顆粒，并且采用耐·高溫金屬材料。金屬顆粒的直徑越小，其增加阻尼的效果越好，但是如果金屬顆粒過(guò)小會(huì)使軸承剛度過(guò)大，因此應(yīng)該根據(jù)具體情況選用恰當(dāng)規(guī)格的金屬顆粒。除了以上提出的實(shí)例，金屬顆粒填入軸承內(nèi)部的位置以及密封方法會(huì)隨著箔片結(jié)構(gòu)的不同有所變化。例如當(dāng)彈性箔片為鼓泡箔片時(shí)，鼓泡內(nèi)部可以填充金屬顆粒，然后僅對(duì)鼓泡進(jìn)行密封就可以達(dá)到增大軸承阻尼的效果。以上所舉實(shí)例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例，大凡依本發(fā)明權(quán)利要求及發(fā)明說(shuō)明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利覆蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種箔片動(dòng)壓氣體軸承，基本組成部分為套箔、彈性箔片和軸承基體，其特征在于套箔和彈性箔片之間，彈性箔片和軸承套之間具有空隙，在空隙內(nèi)密封裝入金屬顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的箔片動(dòng)壓氣體軸承，其特征在于軸承為徑向軸承，由套箔、彈性箔片和軸承套組成，套箔為雙層殼體結(jié)構(gòu)，彈性箔片位于套箔雙層箔片之間的空隙內(nèi)，二者在一端固定在一起，在套箔形成的殼體空隙內(nèi)部填入金屬顆粒，箔片在軸承兩側(cè)的開口通過(guò)擋板密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的箔片動(dòng)壓氣體軸承，其特征在于軸承為推力軸承，由套箔、彈性箔片和軸承基體組成，套箔為雙層殼體結(jié)構(gòu)，彈性箔片位于套箔雙層箔片之間的空隙內(nèi)，二者均為扇形且在一端固定在一起，在套箔形成的殼體空隙內(nèi)部填入金屬顆粒，箔片在軸承內(nèi)外側(cè)的開口通過(guò)擋板密封，這樣的若干塊箔片結(jié)構(gòu)沿周向均勻分布在軸承基體邊緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的箔片動(dòng)壓氣體軸承，其特征在于在箔片空隙內(nèi)填充金屬顆粒，金屬顆粒為球形顆粒，采用耐高溫金屬材料，其直徑在0. Ol-Imm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箔片動(dòng)壓徑向氣體軸承，其特征在于套箔由一塊箔片對(duì)折后卷曲而成，形成柱形殼體結(jié)構(gòu)，其開口端為固定端，對(duì)折處為自由端，對(duì)折處呈圓角過(guò)渡。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的箔片動(dòng)壓止推氣體軸承，其特征在于套箔由一塊扇形箔片對(duì)折而成，形成扁平狀扇形殼體結(jié)構(gòu)，其開口端為固定端，對(duì)折處為自由端，開口端外側(cè)箔片與內(nèi)測(cè)箔片有一定角度從而形成楔形，對(duì)折處呈圓角過(guò)渡。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的箔片動(dòng)壓氣體軸承，其特征在于彈性箔片為波浪形，波峰和波谷間距恰好等于套箔殼體內(nèi)間隙厚度，其固定端有一較短的平箔片。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箔片動(dòng)壓徑向氣體軸承，其特征在于軸承一側(cè)的密封擋板為圓環(huán)形，其內(nèi)邊緣與套箔內(nèi)層相接，外邊緣用螺釘固定在軸承套上，覆蓋在箔片開口的部分外凸，凸起的徑向尺寸與箔片高度相同，恰好完全擋在箔片開口外側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的箔片動(dòng)壓徑向氣體軸承，其特征在于軸承另一側(cè)的密封擋板為圓環(huán)形，其內(nèi)邊緣與套箔內(nèi)層相接，外邊緣與套箔外層相接，擋板整體外凸，恰好完全擋在箔片開口外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的箔片動(dòng)壓止推氣體軸承，其特征在于軸承內(nèi)、外側(cè)的兩片密封擋板為貼在軸承內(nèi)孔壁和外壁的柱形擋板，擋板一側(cè)與套箔頂層相接，另一側(cè)用螺釘固定在軸承基體上，其覆蓋在箔片開口的部分外凸，凸起部分恰好完全擋在箔片開口外側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)裝耐高溫金屬顆粒的高阻尼箔片動(dòng)壓氣體軸承，基本結(jié)構(gòu)為套箔、彈性箔片軸承基體，其特征在于，在箔片之間或者箔片自身的空隙內(nèi)裝入耐高溫金屬顆粒并將其密封起來(lái)，軸承工作時(shí)金屬顆粒發(fā)生摩擦，吸收振動(dòng)沖擊的能量，從而使軸承阻尼增加。與現(xiàn)有箔片氣體軸承結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明充分利用箔片內(nèi)部的空隙，采用裝入金屬顆粒的方法提高軸承的阻尼，在一定程度上解決了氣體軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易失穩(wěn)的問(wèn)題，提高了氣體軸承的可靠性。
文檔編號(hào)F16C17/12GK102954102SQ20121043402
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者馮凱, 謝永強(qiáng) 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)