具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的動壓氣體徑向軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承結(jié)構(gòu)，包括軸承座以及固定在軸承座上的箔片元件，其特征在于，箔片元件的頂層為光滑的金屬平箔片，中間層為耐高溫的粘彈性箔片，底層為具有泡狀突起的金屬箔片，泡狀突起高度沿軸向逐漸變化；箔片元件的纏繞方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明軸承結(jié)構(gòu)簡單、易于加工裝配，粘彈性箔片可以改善泡狀突起的應(yīng)力集中狀況，同時能吸收轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)運(yùn)行時的振動和沖擊，抑制轉(zhuǎn)子振幅的增大；底層箔片可削弱軸頸傾斜對氣膜間隙帶來的不利影響，降低軸承表面損傷的可能性，不僅明顯提高箔片動壓氣體軸承的運(yùn)行可靠性，而且還能提高箔片動壓氣體軸承的承載力。
【專利說明】具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的動壓氣體徑向軸承
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械用的、具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]箔片動壓氣體軸承有著轉(zhuǎn)速高、壽命長、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械(如透平膨脹機(jī)、透平壓縮機(jī)、渦輪增壓機(jī)等)上有著廣泛的應(yīng)用。目前常用的箔片動壓氣體軸承結(jié)構(gòu)為波箔型箔片軸承，其制作工藝復(fù)雜、加工水平要求高、資金投入巨大，再加上波箔軸承應(yīng)用的場合為高科技以及軍工產(chǎn)品，其研究結(jié)果和設(shè)計準(zhǔn)則鮮有報導(dǎo)。為開發(fā)適應(yīng)于國內(nèi)加工水平、結(jié)構(gòu)簡單、易于制造的箔片動壓氣體軸承，西安交通大學(xué)提出了一種具有徑向支撐的動壓氣體徑向軸承結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了相關(guān)試驗研究，該軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，試驗結(jié)果表明這種箔片動壓氣體徑向軸承結(jié)構(gòu)非常簡單、具有較高的穩(wěn)定性，但是和其他箔片動壓氣體徑向軸承相比，承載力稍顯不足。特別是當(dāng)載荷超過一定限度，底層箔片的泡狀突起很容易把頂層箔片頂破，對頂層箔片造成機(jī)械損傷，或者底層箔片的泡狀突起被頂層箔片壓扁，從而嚴(yán)重影響了該動壓氣體軸承的承載性能。此外，由于軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在裝配過程中，不可避免會出現(xiàn)軸頸傾斜，使得徑向軸承遠(yuǎn)離止推盤的部分與轉(zhuǎn)子之間的間隙減小，增加了該部分軸承損傷的可能性，箔片元件破壞的情況以及軸頸傾斜分別如圖2、圖3所示。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了開發(fā)應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、承載力較高的箔片動壓氣體徑向軸承，在現(xiàn)有箔片動壓氣體軸承的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體徑向軸承。本發(fā)明的技術(shù)解決方案:具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體徑向軸承，包括軸承座、定位銷和支承箔片元件，其特征在于，軸承座裝有支承箔片，該支承箔片有三層結(jié)構(gòu):頂層是一層光滑的金屬箔片，為軸承提供支承表面；中間是一層能耐高溫的粘彈性橡膠片；底層是一層具有泡狀突起的金屬箔片，為軸承提供結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)阻尼。底層箔片的泡狀突起的高度在圓周方向上是一致的，而在軸向上并非均勻，其中靠近止推盤的泡狀突起高度較低，遠(yuǎn)離止推盤的泡狀突起高度較高?？商娲募夹g(shù)方案:底層箔片也可以是具有波紋狀結(jié)構(gòu)的金屬箔片(波箔)或者能夠為軸承提供結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)阻尼的其他形式的金屬箔片。本發(fā)明的技術(shù)效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本新型軸承具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造等優(yōu)點(diǎn)。底層箔片對轉(zhuǎn)子的軸向支承力通過粘彈性箔片傳遞給頂層箔片，能夠顯著改善泡狀突起(或波紋突起)處的應(yīng)力集中狀況，一方面明顯提高頂層箔片和底層箔片運(yùn)行可靠性，另一方面，也能提高箔片動壓氣體軸承的承載力。此外，粘彈性猜片能夠有效吸收轉(zhuǎn)子_軸承系統(tǒng)運(yùn)打時振動和沖擊，抑制轉(zhuǎn)子振幅的增大，從而大大提升高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械(如微型透平膨脹機(jī)、微型透平壓縮機(jī)等)的運(yùn)行穩(wěn)定性。在軸承傾斜的情況下，底層箔片的泡狀突起高度在軸向上的變化，可以遠(yuǎn)離止推盤的支承箔片可以產(chǎn)生更大變形，有利于軸向氣膜間隙的大小更加均勻一致，削弱軸頸傾斜對氣膜間隙帶來的不利影響，減低軸承表面損傷的可能性，從而提升該軸承運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1-具有徑向支承的動壓氣體軸承:(a)頂層平箔片，(b)底層泡狀突起箔片，(C)為整個動壓氣體軸承的剖視圖，(d)泡狀突起剖視圖
圖2-被破壞的箔片元件；(a)被頂破的頂層平箔片，(b)壓壞的底層泡狀突起箔片 圖3-軸頸傾斜現(xiàn)象(虛線為傾斜后的軸頸位置)
圖4-具有粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體徑向軸承的箔片元件:(a)底層箔片軸向剖視圖(hl〈h2〈h3)，(b)支承箔片元件組合圖
圖5-具有粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體徑向軸承裝配圖:(a)徑向剖視圖，(b)軸向剖視
圖
其中，I為頂層平箔片，2為粘彈性橡膠片，3為底層泡狀突起箔片，4為定位銷，5為轉(zhuǎn)子，6為軸承座,7為止推盤,8為徑向軸承。
【具體實(shí)施方式】
[0005]本發(fā)明公開了一種用于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體徑向軸承，該軸承由軸承座、支承箔片元件和定位銷構(gòu)成。如圖4所示，該軸承的箔片元件有三層結(jié)構(gòu):即頂層具有光滑表面的金屬平箔片1，中間是耐高溫的粘彈性橡膠箔片2，底層是具有泡狀突起結(jié)構(gòu)的金屬箔片3，箔片元件為軸承提供結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)阻尼。如圖4(b)所示，制作支承箔片元件時，首先把粘彈性橡膠箔片2固定在頂層平箔片I上，然后將頂層平箔片I和底層泡狀突起箔片3 —同和定位銷4通過焊接或膠接等方式固定在元件一端，最后把整個支承箔片元件纏繞成圓圈，通過定位銷4固定在軸承座上即可完成該軸承的裝配工作，如圖5所示。軸承裝配需注意兩點(diǎn):(1)要使泡狀突起高度較小的箔片部分靠近止推盤(2)支承箔片的纏繞方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械(如高速透平膨脹機(jī)、高速透平壓縮機(jī))工作時，如圖5所示，轉(zhuǎn)子5相對于徑向軸承做高速轉(zhuǎn)動，由于氣體的粘性和可壓縮性，不斷有氣體進(jìn)入氣膜間隙較小的區(qū)域產(chǎn)生動壓效應(yīng)，使得間隙內(nèi)的氣體壓力大于環(huán)境壓力，一方面能為轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)提供承載力，另一方面也使箔片元件產(chǎn)生變形以及各箔片元件的相對位移。箔片元件的變形和位移，能夠吸收多余的能量，抑制轉(zhuǎn)子振幅的增大，從而能使整個轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)保持良好的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，包括軸承座和固定在軸承座上的箔片元件；箔片元件的頂層為具有光滑表面的金屬平箔片1，中間層為粘彈性箔片2，底層是為軸承提供結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)阻尼的金屬箔片3。
2.如權(quán)利要求1所述的具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，所述的粘彈性箔片2為耐高溫的粘彈性橡膠箔片。
3.如權(quán)利要求1所述的具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，所述的底層金屬箔片3為具有泡狀突起的金屬箔片，并且泡狀突起的高度在軸向上是逐漸變化的，越靠近止推盤7，泡狀突起的高度越?。慌轄钔黄鸶叨鹊淖兓梢蕴峁┹S向可變剛度，削弱軸頸傾斜對氣膜間隙帶來的不利影響，降低軸承表面損傷的可能性。
4.如權(quán)利要求1所述的具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，所述的箔片元件中，底層的金屬箔片對轉(zhuǎn)子的承載力通過粘彈性箔片2傳遞給金屬平箔片1，粘彈性箔片2的加入可以改善金屬箔片的突起處的應(yīng)力集中狀況。
5.如權(quán)利要求1所述的具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，所述的箔片元件中，粘彈性箔片2吸收轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)運(yùn)行時振動和沖擊，抑制轉(zhuǎn)子振幅的增大。
6.如權(quán)利要求1所述的具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，所述的箔片元件纏繞成圓形，并通過定位銷4與軸承座6相連接，箔片元件纏繞的方向與轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)的方向相反。
7.如權(quán)利要求6所述的具有軸向可變剛度和粘彈性結(jié)構(gòu)的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，當(dāng)轉(zhuǎn)子5相對于箔片動壓氣體徑向軸承做高速轉(zhuǎn)動時，不斷有氣體進(jìn)入較小的氣膜間隙區(qū)域產(chǎn)生動壓效應(yīng)，使得該區(qū)域內(nèi)的氣體壓力大于環(huán)境壓力。
【文檔編號】F16C27/00GK103867571SQ201410026771
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】周權(quán), 侯予, 陳汝剛 申請人:周權(quán)