CN108350933B - 推力箔片轴承 - Google Patents

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Abstract

推力箔片轴承(20)具有箔片保持架(21)和多个箔片(22)，多个箔片(22)沿周向并列地安装于箔片保持架(21)的端面(21a)上。各箔片(22)具有：上箔片部(22a)，其具有轴承面；延伸部(22b)，其设置于上箔片部(22a)的周向一侧；以及下箔片部(22c)，其设置于上箔片部(22a)的周向另一侧。各箔片(22)的延伸部(22b)配设于在周向一侧相邻的其他箔片(22)的背后。各箔片(22)的下箔片部(22c)配设于在周向另一侧相邻的其他箔片(22)的上箔片部(22a)与箔片保持架(21)的端面(21a)之间。

Description

推力箔片轴承
技术领域
本发明涉及箔片轴承，尤其涉及在推力方向上支承轴的推力箔片轴承。
背景技术
在箔片轴承中，由针对弯曲而言刚性低并且具有挠性的薄膜(箔片)构成轴承面，允许轴承面的挠曲并且支承载荷。在轴旋转时，在轴与箔片的轴承面之间形成流体膜(例如空气膜)，以非接触的方式支承轴。
在例如下述的专利文献1～3中示出在推力方向上支承轴的推力箔片轴承。该推力箔片轴承在圆盘状的箔片保持架的端面的周向多个部位安装了多个箔片(上箔片)。各箔片的轴旋转方向后方侧的端部固定于箔片保持架的端面，轴旋转方向先行侧的端部为自由端。当轴旋转时，在各箔片的轴承面与设置于轴的止推环(推力滑道)的端面之间形成推力轴承间隙，通过该推力轴承间隙的流体膜而在推力方向上以非接触的方式支承轴。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭61-36725号公报
专利文献2：日本实开昭61-38321号公报
专利文献3：日本特开昭63-195412号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的专利文献1～3所示的推力箔片轴承中，通过在上箔片的背后配设凸起箔片，而对上箔片赋予半径方向上的弹性。由此，各上箔片的轴承面与止推环之间的间隙(推力轴承间隙)被自动调整成与流体膜的压力对应的适当的宽度。但是，通过像这样设置凸起箔片，构件数变多，成本变高。
并且，在上述的推力箔片轴承中，上箔片的轴旋转方向先行侧的端部为自由端，因此在由于某种原因而导致轴向反方向旋转的情况下，各箔片的自由端向上卷起而与轴接触，有可能导致箔片损伤。
鉴于以上这样的情况，本发明要解决的课题在于，降低推力箔片轴承的成本，并且防止轴反向旋转时的箔片的损伤。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明提供推力箔片轴承，其具有箔片保持架和多个箔片，多个所述箔片沿周向并列地安装于所述箔片保持架的端面上，该推力箔片轴承在推力方向上支承向周向一方相对旋转的轴，其中，各箔片具有：上箔片部，其具有轴承面；延伸部，其设置于所述上箔片部的周向一侧；以及下箔片部，其设置于所述上箔片部的周向另一侧，各箔片的所述延伸部配设于在周向一侧相邻的其他箔片的背后，各箔片的所述下箔片部配设于在周向另一侧相邻的其他箔片的所述上箔片部与所述箔片保持架的端面之间。
这样，通过在各箔片的上箔片部与箔片保持架之间配设其他箔片的下箔片部，从而使上箔片部搭在下箔片部上而弯曲。当轴向周向一方相对旋转时，在像上述那样弯曲的上箔片部的轴承面与设置于轴的止推环的端面之间形成楔状的推力轴承间隙。此时，通过使上箔片部的弯曲部进行弹性变形而调整推力轴承间隙的大小。这样，通过利用上箔片部的弯曲部对箔片赋予弹性，而不需要配设凸起箔片，因此削减箔片轴承的构件数而降低成本。
并且，在上述的箔片轴承中，设置于各箔片的周向一侧的延伸部配设于在周向一侧相邻的其他箔片的背后。由此，即使在轴朝向反方向(周向另一侧)相对旋转的情况下，各箔片的周向一方的端部(延伸部)也不会卷起，因此能够防止箔片的损伤。
在上述的箔片轴承中，例如通过将各箔片的延伸部***于形成在箔片保持架的内周面上的凹部中，能够将多个箔片安装于箔片保持架。
并且，在上述的箔片轴承中，在各箔片的上箔片部与下箔片部的周向之间设置有***口，能够将各箔片的延伸部***于在周向一侧相邻的其他箔片的***口中。在该情况下，通过使各箔片的上箔片部和下箔片部与***到各箔片的***口中的其他箔片的延伸部在周向上卡合，能够将多个箔片在周向上相互定位。
并且，在上述的箔片轴承中，也可以在各箔片中设置有固定于箔片保持架的固定部。固定部例如形成为从上箔片部向外径侧或者内径侧延伸。
例如，当将固定部设置于上箔片部的周向上的整个区域时，阻碍上箔片部(轴承面)的变形，有可能不容易形成楔状的推力轴承间隙。因此，固定部优选仅设置在箔片的周向一部分，具体而言，优选设置在例如上箔片部中的没有被其他箔片的下箔片部支承的周向区域。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够降低推力箔片轴承的成本，并且防止轴反向旋转时对箔片的损伤。
附图说明
图1是本发明的实施方式的推力箔片轴承的剖视图。
图2A是上述推力箔片轴承的立体图。
图2B是将图2A的推力箔片轴承的一部分的箔片去除而示出的立体图。
图3是设置于上述推力箔片轴承的箔片的俯视图。
图4是上述推力箔片轴承的周向剖视图。
图5是其他的实施方式的箔片的俯视图。
图6是具有图5的箔片的推力箔片轴承的俯视图。
图7是其他的实施方式的箔片的俯视图。
图8是具有图7的箔片的推力箔片轴承的俯视图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式的推力箔片轴承进行说明。
如图1所示，推力箔片轴承20通过在与设置于轴2的止推环3之间形成的流体膜而在推力方向上支承轴2。本实施方式的推力箔片轴承20是使用空气来作为压力产生流体的空气动压轴承。如图2A和2B所示，推力箔片轴承20具有圆盘状的箔片保持架21以及安装于箔片保持架21的端面21a的多个箔片22。另外，以下，将轴2的旋转方向先行侧(图2A和2B的箭头方向先行侧)称为“周向一侧”，将轴2的旋转方向后方侧(图2A和2B的箭头方向后方侧)称为“周向另一侧”。
箔片保持架21由金属或者树脂形成。作为形成箔片保持架21的金属，列举出例如烧结金属或熔制材料(例如钢材)。箔片保持架21形成具有供轴2***的内孔21b的中空圆盘状。在箔片保持架21的一个端面21a上安装有多个箔片22，箔片保持架21的另一个端面21c固定于未图示的壳体。在箔片保持架21的一个端面21a中的沿周向分离的多个位置形成有半径方向槽21d来作为用于安装箔片22的端部的凹部(参照图2B)。各半径方向槽21d的两端分别在箔片保持架21的内周面和外周面上开口。另外，也可以在半径方向槽21d的一端或两端设置有与箔片22卡合而限制箔片22的半径方向移动的卡定部。卡定部能够与箔片保持架21一体或分体设置。
箔片22由富有弹性并且加工性良好的金属形成，例如由钢或铜合金形成。箔片22是通过对厚度为20μm～200μm左右的金属箔片施加冲压加工或放电加工而形成的。在像本实施方式那样使用空气来作为流体膜的空气动压轴承中，由于在气氛中不存在润滑油，因此优选作为金属箔片而使用不锈钢或青铜制成的材料。
如图3所示，各箔片22具有：上箔片部22a；设置于上箔片部22a的周向一侧的延伸部22b；以及设置于上箔片部22a的周向另一侧的下箔片部22c。
上箔片部22a呈扇形。上箔片部22a的一方的面作为在轴向上与止推环3的端面3a对置的轴承面发挥功能(参照图4)。在本实施方式中，各箔片22中的与止推环3的端面3a直接对置的面全部由上箔片部22a构成。即，各箔片22的延伸部22b和下箔片部22c配设于其他箔片22的上箔片22a的背后，在止推环3侧不露出(参照图2)。
延伸部22b从上箔片部22a向周向一侧延伸。在图示例中，延伸部22b设置于各箔片22的半径方向两端(内径端和外径端)。
下箔片部22c从上箔片部22a向周向另一侧延伸。图示例的下箔片部22c的半径方向宽度与上箔片部22a的半径方向宽度相等。除此之外，可以使下箔片部22c与上箔片部22a的半径方向宽度稍微不同，例如也可以使下箔片部22c的半径方向宽度比上箔片部22a的半径方向宽度稍小。
在上箔片部22a与下箔片部22c的边界设置有供相邻的箔片22的延伸部22b***的***口22d。***口22d设置在与延伸部22b相同的半径方向位置，在图示例中设置于箔片22的半径方向两端。各***口22d的半径方向宽度比***到各***口22d的延伸部22b的半径方向宽度稍大。各***口22d分别在箔片22的半径方向端部开口。
各箔片22的延伸部22b***于在周向一侧相邻的箔片22的***口22d中，配设于相邻的箔片22的上箔片部22a的背后(参照图4)。并且，各箔片22的延伸部22b***于箔片保持架21的一个端面21a的半径方向槽21d中。另一方面，各箔片22的下箔片部22c配设于在周向另一侧相邻的箔片22的上箔片部22a与箔片保持架21的一个端面21a之间。由此，上箔片部22a中的周向一侧的区域被其他箔片22的下箔片部22c从背后支承，周向另一侧的区域没有被其他箔片22的下箔片部22c支承，而与箔片保持架21的一个端面21a接触。
当轴2和止推环3向周向一方(图4的箭头方向)旋转时，在推力箔片轴承20的各箔片22的上箔片部22a的轴承面与止推环3的端面3a之间形成有推力轴承间隙T。此时，上箔片部22a中的周向一侧的区域搭在相邻的箔片的下箔片部22c上而弯曲，由此推力轴承间隙T呈随着朝向周向一侧(轴旋转方向先行侧)而变窄的楔状。通过向这样的楔状的推力轴承间隙T的窄幅侧压入空气，而提高推力轴承间隙T的空气膜的压力，通过该压力而在推力方向上以非接触的方式支承轴2和止推环3。
此时，借助各箔片22的上箔片部22a的弯曲部分所具有的弹性(挠性)，而使各箔片22的轴承面根据载荷或轴2的旋转速度、周围温度等运转条件而任意地变形，因此将推力轴承间隙T自动调整成与运转条件对应的适当宽度。因此，即使在高温、高速旋转这样的严酷的条件下，也能够将推力轴承间隙T管理成最佳宽度，能够稳定地支承轴2。这样，在上述的推力箔片轴承20中，通过使各箔片22的上箔片部22a搭在其他箔片22的下箔片部22c上而弯曲，从而能够对上箔片部22a赋予弹性，因此不需要用于对箔片22赋予弹性的其他的构件(凸起箔片等)，能够削减构件数。
特别是在图示例中，通过将各箔片22的延伸部22b***于箔片保持架21的半径方向槽21d中，而使上箔片部22a的周向一端附近相对于箔片保持架21的端面21a倾斜。由此，容易使上箔片部22a中的包含周向一侧的端部在内的区域以向止推环3侧(图中上方)***的方式弯曲，因此容易形成楔状的推力轴承间隙，并且能够提高上箔片部22a的弹性。
另外，在轴2向周向一方旋转时，由于与伴随着轴2的旋转而流动的流体(空气)的摩擦而将各箔片22向旋转方向先行侧压入，碰到箔片保持架21的半径方向槽21d的里部。由此，进行箔片22的止转，使箔片22相对于箔片保持架21在周向上定位。
并且，在上述的推力箔片轴承20中，各箔片22的周向一端(延伸部22b)配设在其他箔片22的上箔片部22a的背后，没有与止推环3的端面3a直接对置。由此，即使在轴2由于某种原因而朝向与图4的箭头相反的方向旋转的情况下，各箔片22的周向一端不会卷起，防止箔片22的损伤。
并且，在上述的推力箔片轴承20中，各箔片22的上箔片部22a以周向中间部***的方式弯曲。因此，在轴2反向旋转时，在比上箔片部22a的顶部靠周向一侧的位置形成有朝向反向旋转方向侧(与图4的箭头相反侧)而间隙宽度逐渐变窄的楔状的推力轴承间隙T’。该推力轴承间隙T’的周向宽度不会变得那样大，但通过将伴随着轴2的反向旋转而流动的空气向推力轴承间隙T’的窄幅侧压入，也能够稍微得到以使反向旋转的止推环3浮起的方式进行支承的力。因此，上述的推力箔片轴承20能够在某种程度上允许轴2的反向旋转。
并且，各箔片22没有完全固定于箔片保持架21，能够相对于箔片保持架21移动。因此，在轴2的旋转中，由于形成在推力轴承间隙T中的空气膜的影响将箔片22向箔片保持架21按压，与之相伴地在各箔片22与箔片保持架21之间，尤其是在各箔片22的上箔片部22a和下箔片部22c的外径面与箔片保持架21的一个端面21a之间产生微小滑动。能够通过基于该微小滑动的摩擦能量而使轴2的振动衰减。
另外，在轴2停止之前或起动之后的低速旋转时，各箔片22的轴承面与止推环3的端面3a接触滑动，因此也可以在它们中的任意一方或者双方形成DLC膜、氮化钛铝膜、二硫化钨膜或二硫化钼膜等低摩擦化覆膜。并且，为了调整因箔片22与箔片保持架21之间的微小滑动而产生的摩擦力，也可以在它们中的任意一方或者双方形成上述的低摩擦化覆膜。
本发明不限于上述的实施方式。以下，对本发明的其他的实施方式进行说明，但省略与上述的实施方式重复的点的说明。
图5所示的箔片22在下箔片部22c的周向另一侧的缘具有朝向周向一侧而半径方向宽度逐渐变窄的缺口部22c1。在使用了这样的箔片22的推力箔片轴承20中，如图6所示，使其他箔片22的上箔片部22a搭在各箔片22的下箔片部22c上，由此在上箔片部22a中形成沿着缺口部22c1的台阶。由此，沿着上箔片部22a流动的流体沿着上述的台阶流动而聚集在上箔片部22a的半径方向中央侧(参照虚线箭头)，增加了压力提高效果。
另外，在图5和图6中，缺口部22c1形成为圆弧状，但不限于此，也可以使缺口部22c1呈椭圆弧状、U字形状、V字形状等。或者，也可以使下箔片部22c的周向另一侧的缘整体呈朝向周向一侧而向内径侧倾斜的螺旋状。
在以上的实施方式中，示出了各箔片22整体能够相对于箔片保持架21相对移动的情况，但不限于此，也可以将各箔片22的一部分固定于箔片保持架21。例如，也可以如图7所示，设置有从箔片22的上箔片部22a向外径侧突出的固定部22e，将该固定部22e固定于箔片保持架21的端面21a。例如如图8所示，固定部22e被环状的固定部件23和箔片保持架21从轴向两侧夹持，从而将该固定部22e固定于箔片保持架21。通过螺栓或焊接等适当的方法将固定部件23固定于箔片保持架21。另外，固定部22e在箔片保持架21上的固定不限于使用固定部件23的方法，也可以通过例如焊接或粘接等而将固定部22e直接固定于箔片保持架21。
在图7和图8所示的实施方式中，固定部22e设置在上箔片部22a的周向另一侧的端部附近，尤其设置在上箔片部22a中的没有被其他箔片22的下箔片部22c从背后支承的周向区域内。在该情况下，上箔片部22a中的周向一侧的区域(被下箔片部22c支承的区域)的变形不容易被固定部22e阻碍，因此容易使上箔片部22a像图4所示那样弯曲，从而能够可靠地形成楔状的推力轴承间隙T。
另外，固定部22e也可以设置于上箔片部22a的内径侧。但是，上箔片部22a的外径侧的周向长度比内径侧长，因此能够充分地确保供固定部22e设置的区域。并且，固定部22e也可以设置于上箔片部22a的外径侧和内径侧双方。但是，在该情况下，箔片22几乎无法相对于箔片保持架21移动，因此通过箔片22与箔片保持架21的滑动所产生的振动衰减效果会变小。因此，为了得到充分的振动衰减效果，优选仅在上箔片部22a的外径侧或内径侧中的一方设置固定部22e。
关于本发明的箔片轴承的应用对象，例如能够作为对燃气轮机的轮机轴进行支承的轴承、或对涡轮增压机(增压器)的转子进行支承的轴承而良好地使用。并且，本发明的箔片轴承不限于燃气轮机或涡轮增压机等涡轮机，能够作为限制油的使用的车辆用轴承或工业设备用轴承而广泛使用。
并且，以上说明的各箔片轴承是使用空气来作为压力产生流体的空气动压轴承，但不限于此，作为压力产生流体也可以使用其他气体、或者也可以使用水或油等液体。
并且，在以上的说明中，示出了推力箔片轴承20是固定侧、轴2是旋转侧的情况，但不限于此，在推力箔片轴承20是旋转侧、轴2是固定侧的情况下或在推力箔片轴承20和轴2双方旋转的情况下，都可以应用本发明。
标号说明
2：轴；3：止推环；20：推力箔片轴承；21：箔片保持架；21d：半径方向槽(凹部)；22：箔片；22a：上箔片部；22b：延伸部；22c：下箔片部；22d：***口；22e：固定部；23：固定部件；T：推力轴承间隙。

Claims (4)

1.一种推力箔片轴承，其具有箔片保持架和多个箔片，多个所述箔片沿周向并列地安装于所述箔片保持架的端面上，该推力箔片轴承在推力方向上支承向周向一方相对旋转的轴，其中，
各箔片具有：
上箔片部，其具有轴承面；
延伸部，其设置于所述上箔片部的周向一侧；以及
下箔片部，其设置于所述上箔片部的周向另一侧，
各箔片的所述延伸部配设于在周向一侧相邻的其他箔片的背后，
各箔片的所述下箔片部配设于在周向另一侧相邻的其他箔片的所述上箔片部与所述箔片保持架的端面之间，
在各箔片上设置有被固定于所述箔片保持架的固定部，
所述固定部设置在所述上箔片部中的没有被其他箔片的所述下箔片部支承的周向区域中。
2.根据权利要求1所述的推力箔片轴承，其中，
各箔片的所述延伸部被***于形成在所述箔片保持架的内周面上的凹部中。
3.根据权利要求1或2所述的推力箔片轴承，其中，
在各箔片的所述上箔片部与所述下箔片部的周向之间设置有***口，
各箔片的所述延伸部被***于在周向一侧相邻的其他箔片的所述***口中。
4.根据权利要求1或2所述的推力箔片轴承，其中，
所述固定部从所述上箔片部向外径侧或者内径侧延伸。
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