CN114909319A - 转轴组件、转子组件和压缩机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种转轴组件、转子组件和压缩机。该转轴组件包括气体动压轴承结构和转轴,所述气体动压轴承结构包括平箔、波箔和轴承座,所述波箔设在所述平箔和所述轴承座之间;所述转轴穿设于所述平箔中;所述转轴包括与所述平箔接触的轴段,所述轴段中部的外周壁上设有凹槽,所述凹槽的槽深至少包括有第一深度值和第二深度值。本申请通过在转轴与气体动压轴承所接触的区域外周上开凹槽,在凹槽的槽深含有不同深度值时,在泵吸效应下增加楔形效应,增大了轴承中间区域的气膜厚度,减少高压润滑气膜端泄问题,这样在无需改进气体动压轴承的平箔情况下,能够明显提高气体动压轴承的承载力。
Description
技术领域
本申请属于压缩机技术领域,具体涉及一种转轴组件、转子组件和压缩机。
背景技术
气体动压轴承结构利用楔形效应,在高转速条件下将气体吸入楔形区域内,高压气体堆积在轴承表面,提供气膜压力支撑起转子。常见的气体动压径向轴承结构包括平箔、波箔和轴承座,波箔设在轴承座和平箔之间,平箔上设有凸沿,通过凸沿卡在轴承座的凹槽内。在转子高速转动时,转子与平箔之间形成气膜压力,平箔与波箔片产生弹性形变,从而使气膜间隙增大,为轴承提供刚度和承载力。
气体动压轴承结构具有高精度、无污染、高速和结构简单等优点,国内外已经得到广泛应用,如用在航空发动机无油透平、低温膨胀机以及飞机的空气循环机等高速旋转机械中。但是,现有平箔表面为平面结构特征,气膜在轴向上分布均匀,使得轴承运转过程中出现中间部分产生的气膜压力与两端产生的气膜压力差距小,导致气体动压轴承承载力小的问题。
现有技术中提高气膜承载力的主要方式有改善径向轴承箔片的气膜刚度提高承载力,通过使平箔片厚度沿轴向变化,使轴承中间区域气膜厚度增大两端气膜厚度减小,从而减少轴承两端润滑气体的端泄,提高润滑气体压力,提高轴承承载力,但是平箔片薄且环槽深度浅,加工困难,加工成本高,不利于量产。
发明内容
因此,本申请提供一种转轴组件、转子组件和压缩机,能够解决现有技术中为克服气体动压轴承承载力小而改进平箔片所带来加工难的问题。
为了解决上述问题,本申请提供一种转轴组件,包括:
气体动压轴承结构和转轴,所述气体动压轴承结构包括平箔、波箔和轴承座,所述波箔设在所述平箔和所述轴承座之间;所述转轴穿设于所述平箔中;
所述转轴包括与所述平箔接触的轴段,所述轴段中部的外周壁上设有凹槽,所述凹槽的槽深至少包括有第一深度值和第二深度值。
可选地,所述凹槽包括弧形槽,所述弧形槽的宽度方向为所述转轴的轴向。
可选地,所述弧形槽的宽度为所述轴段轴向长度的1/2~3/4。
可选地,所述弧形槽的深度为0.15~0.2mm。
可选地,所述弧形槽的延伸方向为所述轴段的周向,所述弧形槽整体构成环形,所述环形与所述轴段的轴线重合。
可选地,所述弧形槽的两侧与所述轴段两端为圆弧过渡设置。
可选地,所述凹槽包括沿所述轴段外周设置的环形槽,以及设在所述环形槽底部的人字槽;所述人字槽设有多个,沿所述环形槽的周向方向均匀分布;所述人字槽包括同一端交汇在一起的两个斜槽,两个所述斜槽沿所述环形槽周向方向延伸设置,且相对于所述转轴的轴向为倾斜设置。
可选地,所述斜槽的交汇端的槽深大于另一端的槽深。
可选地,所述环形槽的宽度为所述轴段轴向长度的1/2~3/4,槽深为0.05~0.1mm。
可选地,所述人字槽设有20~30个;和/或,两个所述斜槽的夹角为130°~140°;和/或,所述人字槽在交汇处的宽度为1.5~2.0mm,深度为0.015~0.02mm。
根据本申请的另一方面,提供了一种转子组件,包括如上所述的转轴组件。
根据本申请的再一方面,提供了一种压缩机,包括如上所述的转轴组件或如上所述的转子组件。
本申请提供的一种转轴组件,包括:气体动压轴承结构和转轴,所述气体动压轴承结构包括平箔、波箔和轴承座,所述波箔设在所述平箔和所述轴承座之间;所述转轴穿设于所述平箔中;所述转轴包括与所述平箔接触的轴段,所述轴段中部的外周壁上设有凹槽,所述凹槽的槽深至少包括有第一深度值和第二深度值。
本申请通过在转轴与气体动压轴承所接触的区域外周上开凹槽,在凹槽的槽深含有不同深度值时,在泵吸效应下增加楔形效应,增大了轴承中间区域的气膜厚度,减少高压润滑气膜端泄问题,这样在无需改进气体动压轴承的平箔情况下,能够明显提高气体动压轴承的承载力。
附图说明
图1为本申请实施例的转轴组件的结构示意图;
图2为本申请实施例的转轴的部分结构示意图;
图3为本申请实施例的轴承座的结构示意图;
图4为本申请实施例的波箔的结构示意图;
图5为本申请实施例的平箔的结构示意图;
图6为本申请实施例的转轴的另一结构示意图。
附图标记表示为:
1、转轴;11、弧形槽;12、环形槽;13、人字槽;2、平箔;21、平箔开口;22、平箔凸沿;3、波箔;31、波箔开口;32、波箔凸沿;33、拱形部;34、平顶部;4、轴承座;41、通槽;5、楔形区域。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通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,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合参见图1至图6所示,根据本申请的实施例,一种转轴组件,包括:
气体动压轴承结构和转轴1,所述气体动压轴承结构包括平箔2、波箔3和轴承座4,所述波箔3设在所述平箔2和所述轴承座4之间;所述转轴1穿设于所述平箔2中;
所述转轴1包括与所述平箔2接触的轴段,所述轴段中部的外周壁上设有凹槽,所述凹槽的槽深至少包括有第一深度值和第二深度值。
本申请通过在转轴1与气体动压轴承所接触的区域外周上开凹槽,在凹槽的槽深含有不同深度值时,在泵吸效应下增加楔形区域5效应,增大了轴承中间区域的气膜厚度,减少高压润滑气膜端泄问题,这样在无需改进气体动压轴承的平箔2情况下,能够明显提高气体动压轴承的承载力。
本申请在与气体动压轴承接触的转轴1区域中段开梯度槽,来增加该区域的气膜厚度,减小高压气膜的端泄,进而提高气体动压径向箔片轴承的承载力与稳定性。
在一些实施例中,凹槽包括弧形槽11,所述弧形槽11的宽度方向为所述转轴1的轴向。
在转轴1外周面设置弧形槽11,弧形槽11的宽度方向为转轴1的轴向,表明弧形槽11的延伸方向为转轴1的周向;此时转轴1和平箔2之间形成楔形区域5;在转轴1高速转动时,转轴1表面和平箔2内表面间会发生高速相对运动,环境中的气体由于粘性作用被带入楔形间隙,利用动压效应形成高压气膜从而支撑转轴1。
在一些实施例中,弧形槽11的宽度为所述轴段轴向长度的1/2~3/4。优选地,弧形槽11的深度为0.15~0.2mm。优选地,弧形槽11的延伸方向为所述轴段的周向,所述弧形槽11整体构成环形,所述环形与所述轴段的轴线重合。优选地,弧形槽11的两侧与所述轴段两端为圆弧过渡设置。
转轴1上的弧形槽11开在转轴1与平箔2的接触区域中段,弧形槽11宽度约占接触区域宽度的1/2~3/4之间,弧形槽11槽深由两边向中间逐渐变大,槽深最深达0.15~0.2mm之间,弧形槽11周向整周分布,槽起始位置做圆角处理。
整个转轴组件可以看作是具有自适应弹性的波箔3、平箔2和弧形槽11提供的动压气膜组成的串联支撑结构。转速增大到一定值时,转轴1的弧形槽11使得转轴1与平箔2之间形成楔形高压气膜,使转轴1处于气体悬浮状态,支撑转轴1基本无摩擦运行。
变槽深的弧形槽11在泵吸效应的情况下增加了楔形效应,减少高压气体端泄,进而提高了轴承的承载力。
在一些实施例中,凹槽包括沿所述轴段外周设置的环形槽12,以及设在所述环形槽12底部的人字槽13;所述人字槽13设有多个,沿所述环形槽12的延伸方向均匀分布;所述人字槽13包括同一端交汇在一起的两个斜槽,两个所述斜槽沿所述环形槽12延伸方向延伸设置,且相对于所述转轴1的轴向为倾斜设置。
还可将凹槽设置为环形槽12结合人字槽13的组合结构,先在与平箔2接触的转轴1外周面中段开环形槽12,再在环形槽12底面上设置人字槽13,以形成梯度槽结构,整体构成楔形结构,来改变轴承气膜厚度。
在一些实施例中,斜槽的交汇端的槽深大于另一端的槽深。
优选地,将人字槽13的槽深设为由两侧向中间的逐渐加深的结构,使得楔形区域5更为明显,轴承承载力得到提升。
在一些实施例中,环形槽12的宽度为所述轴段轴向长度的1/2~3/4,槽深为0.05~0.1mm。优选地,人字槽13设有20~30个;和/或,两个所述斜槽的夹角为130°~140°;和/或,所述人字槽13在交汇处的宽度为1.5~2.0mm,深度为0.015~0.02mm。
转轴1的环形槽12开在转轴1与平箔2的接触区域,环形槽12宽度约占接触区域宽度的1/2~3/4之间,环形槽12槽深在0.05~0.1mm之间。环形槽12内周向分布20~30个人字槽13,人字槽13呈“八”字形,人字槽13的左右槽等距分布。人字槽13的夹角在130°~140°之间,人字槽13顶面开槽宽度在1.5~2.0mm之间,槽深在0.015~0.02mm之间,槽深从两端凸台向顶点位置处逐渐加深。变槽深的人字槽13在环形槽12的泵压效应的情况下增加了楔形效应,减少高压气体端泄,进而提高了轴承的承载力。
而对于气体动压轴承结构而言,平箔2和波箔3均采用耐高温合金箔片制备而来,气体动压轴承在工作状态中,平箔2因楔形结构吸入高速气体,在平箔2平顶部34形成高压润滑气膜,为转轴1提供承载力。
平箔2整体为带有平箔开口21的环形结构,在平箔开口21一侧上设有平箔凸沿22;平箔凸沿22左侧表面与轴承座4上通槽41的左侧内表面贴合,而通槽41的右侧表面与波箔凸沿32的左侧表面贴合以固定平箔2的周向位移。平箔2外表面与波箔3的拱形部33相切,其末端应完全覆盖波箔3的拱形末端。平箔2内表面为主要承载区,转轴1高速旋转时,平箔2与转轴1间的高压润滑气膜为气体动压轴承提供承载力。
波箔3整体也为带有波箔开口31的环形结构,由平顶部34、拱形部33、波箔凸沿32及波箔开口31组成。平顶部34与轴承座4内表面贴合,拱形部33的顶点与平箔2的外表面相切。波箔凸沿32设于平箔凸沿22的右侧表面及轴承座4上通槽41右侧内表面之间,且与通槽41右侧内表面相贴合,以固定波箔3的周向移动。波箔3的相邻拱形部33顶点的距离在3-5mm之间,拱形部33的个数在25-30个之间。转轴1转动时,在摩擦力矩作用下,波箔3受平箔2传递的压力发生从自由端到固定端的变形,最终导致转轴1与平箔2之间形成楔形区域5。
轴承座4整体为环形结构,内表面安装固定径向轴承,内表面上方开有轴向贯通的通槽41,通槽41的宽度窄,刚好能够嵌入平箔凸沿22和波箔凸沿32,确保平箔2和波箔3不会发生周向位移。
根据本申请的另一方面,提供了一种转子组件,包括如上所述的转轴组件。
根据本申请的再一方面,提供了一种压缩机,包括如上所述的转轴组件或如上所述的转子组件。
本领域的技术人员容易理解的是,在不冲突的前提下,上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。
Claims (12)
1.一种转轴组件,其特征在于,包括:
气体动压轴承结构和转轴(1),所述气体动压轴承结构包括平箔(2)、波箔(3)和轴承座(4),所述波箔(3)设在所述平箔(2)和所述轴承座(4)之间;所述转轴(1)穿设于所述平箔(2)中;
所述转轴(1)包括与所述平箔(2)接触的轴段,所述轴段中部的外周壁上设有凹槽,所述凹槽的槽深至少包括有第一深度值和第二深度值。
2.根据权利要求1所述的转轴组件,其特征在于,所述凹槽包括弧形槽(11),所述弧形槽(11)的宽度方向为所述转轴(1)的轴向。
3.根据权利要求2所述的转轴组件,其特征在于,所述弧形槽(11)的宽度为所述轴段轴向长度的1/2~3/4。
4.根据权利要求3所述的转轴组件,其特征在于,所述弧形槽(11)的深度为0.15~0.2mm。
5.根据权利要求4所述的转轴组件,其特征在于,所述弧形槽(11)的延伸方向为所述轴段的周向,所述弧形槽(11)整体构成环形,所述环形与所述轴段的轴线重合。
6.根据权利要求2-5任一项所述的转轴组件,其特征在于,所述弧形槽(11)的两侧与所述轴段两端为圆弧过渡设置。
7.根据权利要求1所述的转轴组件,其特征在于,所述凹槽包括沿所述轴段外周设置的环形槽(12),以及设在所述环形槽(12)底部的人字槽(13);所述人字槽(13)设有多个,沿所述环形槽(12)的周向方向均匀分布;所述人字槽(13)包括同一端交汇在一起的两个斜槽,两个所述斜槽沿所述环形槽(12)周向方向延伸设置,且相对于所述转轴(1)的轴向为倾斜设置。
8.根据权利要求7所述的转轴组件,其特征在于,所述斜槽的交汇端的槽深大于另一端的槽深。
9.根据权利要求8所述的转轴组件,其特征在于,所述环形槽(12)的宽度为所述轴段轴向长度的1/2~3/4,槽深为0.05~0.1mm。
10.根据权利要求7-9任一项所述的转轴组件,其特征在于,所述人字槽(13)设有20~30个;和/或,两个所述斜槽的夹角为130°~140°;和/或,所述人字槽(13)在交汇处的宽度为1.5~2.0mm,深度为0.015~0.02mm。
11.一种转子组件,其特征在于,包括如权利要求1-10任一项所述的转轴组件。
12.一种压缩机,其特征在于,包括如权利要求1-10任一项所述的转轴组件或如权利要求11所述的转子组件。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220816 |