CN115812128A - 用于对轴进行支承的径向箔轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对轴(13)进行支承的径向箔轴承(1)，所述径向箔轴承包括套筒状轴承壳体(2)，所述轴承壳体具有分布在所述轴承壳体(2)的内周(3)上的至少三个箔组(4，5，6)，每个箔组覆盖轴承壳体(2)的所述内周(3)的一部分，并且每个箔组包括弹性波箔(7)和顶箔(8)，所述波箔抵靠所述轴承壳体(2)的所述内周(3)搁置，所述顶箔的下侧部搁置在所述波箔(7)上并且顶侧部形成用于所述轴(13)的轴承表面。***凹槽(9，10)设置在轴承壳体(2)的内周(3)上，***凹槽平行于轴承的旋转轴线延伸、从内部向外倾斜地突出到轴承壳体(2)中、并且容纳端部边缘(11，12)，所述端部边缘在每种情况下在周向方向上界定了波箔(7)和顶箔(8)，并且所述端部边缘以可自由移动的方式切向地布置在***凹槽(9，10)中。根据本发明，在波箔的沿周向方向延伸的侧边缘(14，15)上，波箔(7)至少在一些位置处分别具有变窄部分(16，17)，变窄部分减小了所述箔的轴向宽度(B)，并且通过变窄部分，波箔(7)的径向弹簧刚度能够在波箔的侧边缘(14，15)的区域中减小。

Description

用于对轴进行支承的径向箔轴承

技术领域

本发明涉及根据形成权利要求1的前序部分的特征的径向箔轴承，特别地该径向箔轴承可以有利地用于无油存储例如用于供机动车辆等中的燃料电池用的涡轮压缩机中的以高速运行的轻负载轴。

背景技术

箔轴承是流体动力学或空气动力学轴承，其中，在空载状态下，对旋转轴进行支承的轴承表面由薄且耐磨的顶箔形成，该顶箔又由布置在顶箔与轴承壳体之间的弹性波箔支承。在轴承运行期间，在轴与对轴进行承载的顶箔之间形成流体动力学或空气动力学膜。轴与顶箔之间的直接运动接触仅发生在启动和停止过程中。

例如从DE 10 2015 224 869 A1已知一种用于对轴进行支承的普通径向箔轴承。该箔轴承包括套筒状轴承壳体，该轴承壳体具有均匀分布在轴承壳体的内周上的三个箔组，每个箔组覆盖轴承壳体的内周的一部分，每个箔组包括弹性波箔和顶箔，波箔抵靠轴承壳体的内周搁置，顶箔的下侧部搁置在波箔上并且顶侧部形成用于轴的轴承表面，其中，平行于轴承的旋转轴线延伸并从内部向外倾斜地突出到轴承壳体中的***凹槽布置在内周上，***凹槽用于容纳端部边缘，端部边缘各自在周向方向上界定了顶箔和波箔并且能够在***凹槽中切向地自由移动。

然而，在空气动力学径向箔轴承的情况下，实践表明，在轴承运行期间，形成在轴与顶箔之间并且旨在对轴进行支承的空气动力学膜不具有一致的厚度。已经发现的是，由轴旋转引起的空气压力在轴承横截面的中央是轴向最大的，并且在那里足以将弹性的波箔压缩成使得可以在顶箔与轴之间产生所需的较小的距离。另一方面，由轴旋转引起的空气压力朝向顶箔的连接至环境空气压力的两个侧边缘连续地下降并且因此在侧边缘的正下方不再足以压缩波箔，该波箔被设计成具有一致的径向弹簧刚度。因此，在顶箔的侧边缘处不会出现顶箔与轴之间所需的距离，使得在这些点处可能出现所谓的边缘延伸，这可能导致顶箔与轴之间的不期望的接触，从而导致轴承损坏甚至轴承故障。

发明目的

基于已知现有技术的解决方案的所述缺点，本发明因此基于设计径向箔轴承的目的，其中，有效地避免了由边缘延伸导致的顶箔与轴之间的不期望的接触，并且其中，在轴承运行期间，在轴与顶箔之间形成的空气动力学膜具有一致的厚度。

发明内容

根据本发明，该目的在根据权利要求1的前序部分的径向箔轴承中实现成使得波箔在其沿周向方向延伸的侧边缘处具有至少一个局部变窄部分，变窄部分减小了波箔的轴向宽度，并且通过该变窄部分，波箔的径向弹簧刚度可以在其侧边缘的区域中减小。

根据本发明设计的径向箔轴承的优选实施方式和有利发展在从属权利要求2至7中进行描述。

因此，根据权利要求2在根据本发明设计的径向箔轴承中提供了布置在波箔的两个侧边缘处的变窄部分，并且两个变窄部分设计为呈圆形区段的形状并且是彼此对称的并且具有相同的深度和相同的长度。已经证明这种设计特别适用于径向箔轴承，在所述径向箔轴承中，径向负载是一致的并且在很大程度上排除了待被支承的轴的未对准。

根据权利要求3，根据本发明设计的径向箔轴承的替代性实施方式是，波箔的两个侧边缘处的变窄部分也呈圆形区段的形式，但彼此不对称，所述变窄部分具有不同的深度以及相同或不同的长度。已经证明具有相同长度但不同深度的变窄部分的不对称设计特别适用于径向箔轴承，待被支承的轴的不对准在这种径向箔轴承中是预期的，或者待被支承的轴的翘曲通过这种径向箔轴承将被抵消。

根据权利要求4，根据本发明设计的径向箔轴承的另一替代性实施方式可以是，波箔的两侧边缘处的变窄部分在周向方向上不对称并且具有相同的深度和相同的长度。在周向方向上不对称意味着变窄部分偏离圆形区段的形状，而是具有弯曲的或弓形的轮廓。这种变窄部分在需要抵消特定负载方向或负载位置的应用中可能是有利的。

作为根据本发明设计的径向箔轴承的有利发展，根据权利要求5和6还提出的是，波箔的两个侧边缘处的变窄部分在周向方向上要么从每个波箔的第一个波峰延伸至最后一个波峰、要么仅从第二个波峰延伸至倒数第二个波峰。对变窄部分的这些优选长度的选择取决于降低波箔的轴向弹簧刚度的期望程度。在具有更大的轴承壳体内径以及相应更长的波箔和顶箔的径向箔轴承的情况下，小于上述范围的变窄部分长度也是可能的。

最后，根据权利要求6，根据本发明设计的径向箔轴承的另一有利实施方式是，变窄部分的深度被定尺寸成使得波箔在两个变窄部分的最深点之间的宽度介于波箔在其端部边缘处的轴向宽度的0.75％与0.95％之间。在该范围内，可以确保的是，波箔在其侧边缘区域中的轴向弹簧刚度的降低程度既不太高也不太低。然而，代替变窄部分，也可以将所有的波箔设计成比相关的顶箔在轴向上更窄，尽管在这种情况下需要将波箔以特别的方式、例如通过焊接固定在轴承壳体中。

因此，根据本发明设计的径向箔轴承具有优于从现有技术已知的径向箔轴承的优点，即、根据本发明设计的径向箔轴承的波箔由于这些波箔在其侧边缘处具有减小了它们的轴向宽度的局部变窄部分的设计而具有减小的径向弹簧刚度，使得由轴旋转引起的空气压力在连接至环境空气压力的顶膜的两个侧边缘处也足以将波箔压缩成使得在顶箔与轴之间可以产生所需的较小的距离。因此，在这些点处将不再出现之前导致轴承损坏或轴承故障的所述边缘延伸。

附图说明

下面参照附图更详细地解释根据本发明设计的径向箔轴承的优选实施方式。在附图中：

图1示出了根据本发明设计的对轴进行承载的径向箔轴承的侧视图；

图2示出了根据本发明设计的具有部分断开的顶箔的径向箔轴承的立体图；

图3示出了根据本发明的径向箔轴承的具有对称变窄部的波箔的两个方案；

图4示出了根据本发明的径向箔轴承的具有不对称变窄部的波箔的两个方案；

图5示出了根据本发明的径向箔轴承的具有缩短变窄部的波箔的两个方案；

图6示出了根据本发明的径向箔轴承的具有在周向方向上呈不对称的变窄部的波箔的实施方式。

具体实施方式

图1清楚地示出了用于对轴13进行支承的径向箔轴承1，该径向箔轴承包括套筒状轴承壳体2，该轴承壳体具有分布在轴承壳体2的内周3上的至少三个箔组4、5、6，所述至少三个箔组中的每个箔组覆盖轴承壳体2的内周3的一部分。如还可以在图2中观察到的，这些箔组4、5、6各自包括抵靠轴承壳体2的内周3搁置的弹性波箔7、以及顶箔8，该顶箔的下侧部搁置在波箔7上并且顶侧部形成用于轴13的轴承表面。在轴承壳体2的内周3上布置有六个***凹槽9、10，所述***凹槽平行于轴承的旋转轴线延伸并且从内侧向外倾斜地突出到轴承壳体2中，所述***凹槽用于容纳端部边缘11、12，所述端部边缘各自在周向方向上界定了波箔7和顶箔8，并且端部边缘切向地布置在***凹槽9、10中以便能够自由地移动。

此外，从图2中可以观察到的是，波箔7在其沿周向方向延伸的侧边缘14、15处具有至少一个局部变窄部分16、17，从而减小了波箔的轴向宽度B，通过所述变窄部分，波箔7的径向弹簧刚度可以在波箔的侧边缘14、15的区域中减小。这旨在确保的是，由轴13的旋转引起的空气压力在顶箔8的连接至环境空气压力的两个侧边缘处也是足够的，从而能够将相关的波箔7压缩成使得在顶箔8与轴13之间产生所需的较小的距离，并且在这些点处将不再存在之前导致轴承损坏或轴承故障的边缘延伸。

在图3中所示的波箔7的优选的第一实施方式中，变窄部分16、17布置在波箔7的两个侧边缘14、15处，并且两个变窄部分16、17均设计为呈圆形区段的形状并且彼此对称，因为所述两个变窄部分具有相同的深度T_T1、T_T2和相同的长度T_L1、T_L2。所示出的用于不同径向箔轴承的两个波箔7之间的唯一区别在于，左侧所示的波箔7中的变窄部分的深度T_T1、T_T2大于右侧所示的波纹箔7中的变窄部分的深度。

图4所示的波箔7的替代性第二实施方式与图3所示的实施方式的不同之处在于，波箔7的两个侧边缘14、15处的变窄部分16、17也设计为呈圆形区段的形状，但是彼此不对称。可以清楚地观察到，变窄部分16、17具有不同的深度T_T1、T_T2、但具有相同的长度T_L1、T_L2，左侧所示的波箔7的深度T_T1、T_T2也大于右侧所示的波箔7的深度。

另外，在图6中可以观察到波箔7的第三替代性实施方式。该实施方式的特征在于，波箔7的两个侧边缘14、15处的变窄部分16、17在周向方向上是不对称的，但是具有相同的深度T_T1、T_T2和相同的长度T_L1、T_L2。在该实施方式中，变窄部分16、17明显偏离圆形区段的形状，而是具有弯曲或弓形轮廓。

最后，从附图中还可以观察到的是，波箔7的两个侧边缘14、15处的变窄部分16、17在周向方向上要么如图3和图4中所示出的那样从每个波箔7的第一个波峰W₁延伸至最后一个波峰W₅、要么如图5和图6中所示出的那样仅从每个波箔7的第二个波峰W₂延伸至倒数第二个波峰W₄。对变窄部分的这些优选长度T_L1、T_L2的选择取决于降低波箔7的轴向弹簧刚度的期望程度。另外，变窄部分的深度T_T1、T_T2应该总是定尺寸成使得波箔7在两个变窄部分16、17的最深点之间的宽度介于波箔7在它们的端部边缘11、12处的轴向宽度B的0.75％与0.95％之间。

附图标记说明

1 径向箔轴承

2 轴承壳体

3 2的内周

4 箔组

5 箔组

6 箔组

7 波箔

8 顶箔

9 ***凹槽

10 ***凹槽

11 7的端部边缘

12 8的端部边缘

13 轴

14 7的侧边缘

15 7的侧边缘

16 14处的变窄部分

17 15处的变窄部分

B 7的轴向宽度

T_T1 14处的变窄部分的深度

T_T2 15处的变窄部分的深度

T_L1 14处的变窄部分的长度

T_L2 15处的变窄部分的长度

W₁ 7的第一个波峰

W₂ 7的第二个波峰

W₄ 7的倒数第二个波峰

W₅ 7的最后一个波峰

Claims (7)

1.一种用于对轴(13)进行支承的径向箔轴承(1)，所述径向箔轴承包括套筒状轴承壳体(2)，所述轴承壳体具有分布在所述轴承壳体(2)的内周(3)上的至少三个箔组(4，5，6)，每个箔组覆盖所述轴承壳体(2)的所述内周(3)的一部分，每个箔组包括弹性波箔(7)和顶箔(8)，所述波箔抵靠所述轴承壳体(2)的所述内周(3)搁置，所述顶箔的下侧部搁置在所述波箔(7)上并且顶侧部形成用于所述轴(13)的轴承表面，其特征在于，所述波箔(7)在所述波箔的沿周向方向延伸的侧边缘(14，15)处具有至少一个局部变窄部分(16，17)，所述变窄部分减小了所述波箔的轴向宽度(B)，通过所述变窄部分，所述波箔(7)的径向弹簧刚度能够在所述波箔的所述侧边缘(14，15)的区域中减小。

2.根据权利要求1所述的径向箔轴承(1)，其特征在于，所述变窄部分(16，17)布置在所述波箔(7)的两个侧边缘(14，15)处，并且两个变窄部分(16，17)被设计为呈圆形区段的形式且是彼此对称的并且具有相同的深度(T_T1，T_T2)和相同的长度(T_L1，T_L2)。

3.根据权利要求1所述的径向箔轴承(1)，其特征在于，变窄部分(16，17)布置在所述波箔(7)的两个侧边缘(14，15)处，并且两个变窄部分(16，17)被设计为呈圆形区段的形式且是彼此不对称的并且具有不同的深度(T_T1，T_T2)以及相等或不相等的长度(T_L1，T_L2)。

4.根据权利要求1所述的径向箔轴承(1)，其特征在于，变窄部分(16，17)布置在所述波箔(7)的两个侧边缘(14，15)处，并且两个变窄部分(16，17)被设计成在所述周向方向上是不对称的并且具有相同的深度(T_T1，T_T2)和相同的长度(T_L1，T_L2)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的径向箔轴承(1)，其特征在于，所述波箔(7)的两个侧边缘(14，15)处的所述变窄部分(16，17)在所述周向方向上从每个波箔(7)的第一个波峰(W₁)延伸至最后一个波峰(W₅)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的径向箔轴承(1)，其特征在于，所述波箔(7)的两个侧边缘(14，15)处的所述变窄部分(16，17)在所述周向方向上仅从每个波箔(7)的第二个波峰(W₂)延伸至倒数第二个波峰(W₄)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的径向箔轴承(1)，其特征在于，所述变窄部分的深度(T_T)被定尺寸成使得所述波箔(7)在两个变窄部分(16，17)的最低点之间的宽度介于所述波箔(7)在所述波箔的端部边缘(11，12)处的轴向宽度(B)的0.75％与0.95％之间。

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