CN115992846A - 一种双旋向箔片气体动压轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双旋向箔片气体动压轴承，涉及径向气体动压轴承技术领域，解决了现存径向气体动压轴承只能单向旋转，无法双向旋转的技术难题。该发明装置包括：主箔片、辅助支撑箔片、轴承套、挡板和螺钉。多个主箔片均布在轴承套内且相互搭接，共同作用形成多段弧形的轴承支持面，代替了传统气体动压轴承的顶箔作用；辅助支撑箔片放置方向与主箔片的方向相反，连续穿过多个主箔片上的多个槽孔，与主箔片形成相互交叉的箔片组件，具有一定的支撑刚度和阻尼以支撑转子载荷；挡板的内径小于轴承套的内径，经螺钉固定在轴承套上，约束箔片组件的轴向运动，允许箔片组件的周向运动；轴承套用于支撑箔片组件，也可以被轴承座代替。相比于传统气体动压轴承，本发明允许转子双向旋转，稳定性高，支撑结构简单、加工价格低、易安装和维护。
Description
技术领域
本发明涉及径向气体动压轴承技术领域，具体涉及一种双旋向箔片气体动压轴承。
背景技术
气体动压轴承是一种利用环境气体作为润滑介质的动压轴承，高速转子拖动周围环境气体进入转子与轴承支持面包围的楔形空间，形成动压效应，产生高压气膜，支撑转子载荷，消除滑动轴承中油润滑***，具有无油润滑、低耗能、高效率输出等优点，被广泛应用于微型燃气轮机、无油涡轮增压器、燃料电池空压机、空气制冷机等高性能机械设备中。
目前，应用最广泛的径向气体动压轴承是波箔型气体动压轴承和多叶型气体动压轴承，前者的轴承支持面即顶箔一端固定，一端自由搭在箔片上，后者的轴承支持面即叶片一端固定，一端自由搭在相邻叶片上，两种轴承支持面结构特性都只允许转子朝单个方向旋转，无法反向转动，否则无法形成有效的动压效应以及导致轴承支持面贴合转子而被磨损烧毁。此外，气体动压轴承诱发的次同步振动稳定性问题是限制气体动压轴承的向更高速发展的原理性制约难题，目前仍未很好的解决，原因是转子表面的高速转动与轴承支持面的零速转动导致中间气膜存在梯度速度，该梯度速度在某一速度时刻会自动激励转子***，引起转子次同步共振，影响***稳定性。
发明内容
针对上述的技术不足，本发明专利申请提供了一种双旋向箔片气体动压轴承,以解决现有径向箔片气体动压轴承只能方向旋转和***稳定性差的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述技术目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种双旋向箔片气体动压轴承，包括轴承套、挡板、螺钉、所述轴承套支撑由多个主箔片和多个辅助支撑箔片组成的箔片组件。
所述主箔片统一朝一个方向放置且均布在轴承套内，一端与轴承套接触，另一端搭接相邻的主箔片上，多个主箔片依次搭接，包围形成多段弧形的轴承支持面，与转子外表面配合后在圆周方向产生多个容纳气体的放大域和收敛域，多个收敛域内气体的动压效应产生高压气膜，以支撑转子重量。所述主箔片（3）的数量与其周向长度，也影响了气体收敛域的数量。
所述主箔片沿圆周方向上开有多个槽孔，槽孔的宽度略大于所述辅助支撑箔片的宽度，槽孔的数量与所述主箔片接触所述辅助支撑箔片的数量一致；所述槽孔边线处作圆角处理，避免应力集中。
所述辅助支撑箔片放置的方向一致且与主箔片的放置方向相反，单个辅助支撑箔片依次穿过多个所述主箔片上多个槽孔，与主箔片形成相互交叉的结构，该交叉结构在受载后可以产生一定的变形，具有弹性刚度，同时所述辅助支撑箔片通过该交叉结构限制所述主箔片移动，实现转子双向旋转时主箔片不脱离辅助支撑箔片。
所述辅助支撑箔片的一端与轴承套接触，另一端与主箔片的端部下表面接触，对主箔片的端部起到支撑作用，辅助支撑箔片的数量与主箔片的数量无固定关系，根据实际需要确定数量多少。
所述主箔片表面镀层处理，减小表面与转子之间的摩擦力；所述辅助支撑箔片和所述轴承套表面镀层处理，使箔片组件与轴承套的摩擦力较小。
所述主箔片和辅助支撑箔片需进行一定的热处理和毛刺处理，保证材料具有一定的弹性刚度和相对移动。
所述挡板的内径小于轴承套的内径，经螺钉固定在轴承套上，可以约束箔片组件的轴向运动，但允许箔片组件的周向运动，可有效降低***次同步振动，大大提高***的稳定性。
所述轴承套支撑箔片组件和挡板。
可选的，主箔片可以是弧形，也可以是平直的结构，增强主箔片与转子之间形成收敛域的预载效果，主箔片的数量可根据实际需要确定。
可选的，主箔片上的槽孔数量在轴向和圆周方向上均可以根据实际需求增加或减少，但不能小于1，对应的辅助支撑箔片的数量、圆周向和轴向长度进行改动，实现箔片组件在轴向或圆周向的弹性刚度调节。
可选的，主箔片上的槽孔在轴向和圆周方向上并不要求大小和位置分布相同，需根据辅助支撑箔片的放置位置在主箔片上开槽孔。
可选的，所述辅助支撑箔片一端与所述轴承套接触，另一端与所述主箔片的端部下表面存在一定的微小距离，此时主箔片之间搭接有一定的支撑刚度作用，当主箔片变形与辅助箔片支撑接触后，支撑刚度增加，产生变刚度的支撑效果。
可选的，所述辅助支撑箔片可为T形结构，宽端可与轴承套接触，亦可与主箔片端部接触；所述主箔片可为T形结构，宽端的主箔片依次搭接，窄端与轴承套接触，穿过辅助支撑箔片上的槽孔，形成交叉结构的箔片组件。
可选的，所述辅助支撑箔片在轴向的数量可以是偶数也可以是奇数。
可选的，所述主箔片与所述辅助支撑箔片组成的箔片组件与所述轴承套之间是接触关系，也可使用焊接、销轴固定等形式的固定方式，但固定后箔片组件无法跟随转子转动。
可选的，所述挡板在轴承座上有限位机构的情况下可以被取消掉。
可选的，所述轴承套用于支撑箔片组件，也可以被轴承座代替。
可选的，所述轴承套在轴向有多条圆周方向的槽，减小与主箔片与辅助支撑箔片之间的摩擦力，但不影响对主箔片和辅助支撑箔片的支撑作用。
可选的，所述主箔片和辅助支撑箔片可在其与轴承套接触位置留有折边，塞入轴承套的槽内，限制箔片组件在圆周方向的移动，但主箔片和辅助支撑箔片形成的预载效果、收敛域和放大域不发生变化。
本发明提供的一种双旋向箔片气体动压轴承，多个主箔片均布在轴承套内且相互搭接，共同作用形成多段弧形的轴承支持面，代替了传统气体动压轴承的顶箔作用，提供多个收敛域以支撑转子重量；辅助支撑箔片放置方向与主箔片的方向相反，连续穿过多个主箔片上的多个槽孔，与主箔片形成相互交叉的箔片组件，具有一定的支撑刚度和阻尼支撑转子载荷，使得转子无论正转还是反转，都可以产生有效的动压效应，避免了单个主箔片被转子的拖动的现象，同时主箔片形成的多段弧形具有预载的效果以及箔片组件的可转动特性，均有利于***的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的-一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种双旋向箔片气体动压轴承的部分剖视图。
图2为本发明实施例提供的一种双旋向箔片气体动压轴承的***图。
图3为本发明实施例提供的一种双旋向箔片气体动压轴承的正视图。
图4为本发明实施例提供的一种双旋向箔片气体动压轴承的其他类型轴承套示意图。
图5为本发明实施例提供的一种双旋向箔片气体动压轴承的辅助支撑箔片的其他类型结构示意图。
图6为本发明实施例提供的一种双旋向箔片气体动压轴承的其他类型结构的***图。
实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是，除非另有说明，”多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“主”、“辅助”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“预载”应做广义理解，例如可以是安装转子前预先施加载荷，也可以是安装转子后的结构形式的作用与预先施加的由相同的效果，对于本领域的普通技术人员而言,可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明专利提供了一种双旋向箔片气体动压轴承，包括轴承套（1）、挡板（5）、螺钉（6）、多个主箔片（3）和多个辅助支撑箔片（2）组成箔片组件。
主箔片（3）放置的方向一致且均布在轴承套（1）内，一端与轴承套（1）接触，另一端搭接相邻的主箔片（3）上，多个主箔片（3）依次搭接，包围形成多段弧形的轴承支持面，在圆周方向上该轴承支持面与转子外表面包围出多个容纳气体的放大域和收敛域，多个收敛域内的气体动压效应支撑转子重量。
主箔片（3）的周向长度对气膜的放大域和收敛域的数量影响比较大，而放大域和收敛域的数量对***稳定性和承载力有影响，因此，应根据***稳定性和承载力的需求选择合理的主箔片（3）的周向长度；主箔片（3）的表面应做镀层处理，减小表面与转子的接触摩擦力和磨损，降低起飞转速和起飞转矩；辅助支撑箔片（2）和轴承套（1）表面镀层处理，使箔片组件与轴承套（1）的摩擦力较小。
主箔片（3）沿圆周方向上开有多个槽孔（4），槽孔（4）的宽度略大于辅助支撑箔片（2）的宽度，圆周方向上槽孔（4）的数量与多个主箔片（3）接触单个辅助支撑箔片（3）的数量一致，轴向槽孔（4）的数量与辅助支撑箔片（2）的轴向数量一致；主箔片（3）上的槽孔（4）在轴向和圆周方向上并不要求大小和位置分布相同，需根据辅助支撑箔片（2）的放置位置在主箔片（3）上开槽孔（4）；主箔片（3）上的槽孔（4）数量在轴向和圆周方向上均可以根据实际需求增加或减少，但不能小于1，对应的辅助支撑箔片（2）的数量、圆周向和轴向长度进行改动，实现箔片组件在轴向或圆周向的弹性刚度调节；另外，槽孔（4）的边线处应作圆角处理，避免应力集中。
辅助支撑箔片（2）放置的方向一致且与主箔片（3）的放置方向相反，单个辅助支撑箔片（2）依次穿过多个主箔片（3）上多个槽孔（4），与主箔片（3）形成相互交叉的箔片组件；该箔片组件可对主箔片（3）和辅助支撑箔片（2）施加一定的预载，并且在承受转子载荷后可以产生一定的变形，具有弹性刚度和摩擦阻尼，同时辅助支撑箔片（2）通过该箔片组件限制主箔片（3）移动，实现转子双向旋转时主箔片（3）不脱离辅助支撑箔片。
辅助支撑箔片（2）的一端与轴承套（1）接触，另一端与主箔片（2）的端部下表面接触，对主箔片（3）的端部起到支撑作用，辅助支撑箔片（2）的数量与主箔片的数量无固定关系，根据实际需要确定周向和轴向数量多少。
主箔片（3）和辅助支撑箔片（2）需进行一定的热处理，保证材料具有一定的弹性刚度；进行毛刺处理，保证两者之间可以相对移动。
挡板（5）的内径小于轴承套的内径，经螺钉（6）固定在轴承套（1）上，可以约束箔片组件的轴向运动，但允许箔片组件的周向运动，减小转子表面与主箔片组成多段弧形轴承支持面的相对速度，即提高气膜的半速激励，可有效降低***次同步振动，大大提高***的稳定性。
轴承套（1）支撑主箔片（3）、辅助支撑箔片（2）和挡板（5）。
作为可选的实施方式，主箔片（3）可以是弧形，也可以是平直的结构，旨在增强主箔片（3）与转子之间形成收敛域的预载效果。
作为可选的实施方式，辅助支撑箔片（2）一端与轴承套（1）接触，另一端与主箔片（3）的端部下表面存在一定的微小距离，此时主箔片（3）之间搭接有一定的支撑刚度作用，当主箔片（3）变形与辅助箔片支撑（2）接触后，支撑刚度增加，产生变刚度的支撑效果；辅助支撑箔片（2）与主箔片（3）接触位置可以加工出微小凹槽，使两者可以相对转动，但减小相互滑动。
作为可选的实施方式，辅助支撑箔片（2）可为T形结构，宽端可与轴承套（1）接触，亦可与主箔片（3）端部接触；主箔片（3）可为T形结构，宽端的主箔片（3）依次搭接，窄端与轴承套（1）接触，穿过辅助支撑箔片（2）上的槽孔（4），形成交叉结构的箔片组件。
作为可选的实施方式，主箔片（3）与辅助支撑箔片（2）组成的箔片组件与所述轴承套（1）之间是接触关系，也可使用焊接、销轴固定等形式的固定方式，但固定后箔片组件无法跟随转子转动。
作为可选的实施方式，挡板（5）在轴承座上有限位机构的情况下可以被取消掉。
作为可选的实施方式，轴承套（1）用于支撑箔片组件，也可以被轴承座代替。
作为可选的实施方式，轴承套（1）在轴向有多条圆周方向的槽，减小与主箔片（3）与辅助支撑箔片（2）之间的摩擦力，但不影响对主箔片（3）和辅助支撑箔片（2）的支撑作用。
作为可选的实施方式，主箔片（3）和辅助支撑箔片（2）可在其与轴承套（1）接触位置留有折边，塞入轴承套（1）的槽内，限制箔片组件在圆周方向的移动，但主箔片（3）和辅助支撑箔片（2）形成的预载效果、收敛域和放大域不发生变化。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，包括轴承套（1）、挡板（5）、螺钉（6）、所述轴承套（1）支撑的箔片组件，箔片组件由多个主箔片（3）和多个辅助支撑箔片（2）组成；所述主箔片（3）放置的方向一致且均布在轴承套内，一端与轴承套接触，另一端搭接相邻的主箔片上，多个主箔片（3）包围形成多段弧形轴承支持面，提供多个收敛域支撑转子重量，主箔片（3）的数量可根据实际需要确定；所述辅助支撑箔片（2）放置的方向一致且与主箔片（3）的放置方向相反，单个辅助支撑箔片（2）依次穿过多个所述主箔片（3）上多个槽孔（4），与主箔片形成相互交叉的结构，辅助支撑箔片（2）的一端与轴承套接触，另一端与主箔片（3）的端部下表面接触，对主箔片（3）的端部起到支撑作用，辅助支撑箔片（2）的数量与主箔片（3）的数量无固定关系，根据实际需要确定数量多少；所述挡板（5）的内径小于轴承套的内径，经螺钉固定在轴承套上，可以约束箔片组件的轴向运动，但允许箔片组件的周向运动。所述轴承套（1）支撑箔片组件和挡板（5）。
2.根据权利要求1所述双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述主箔片（3）沿圆周方向上开有多个槽孔（4），槽孔（4）的宽度略大于所述辅助支撑箔片（2）的宽度，槽孔（4）的数量与所述主箔片（3）接触所述辅助支撑箔片（2）的数量一致；所述槽孔（4）边线处作圆角处理，避免应力集中。
3.根据权利要求1所述双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述主箔片（3）沿一个方向放置，一端与所述轴承套（1）接触，另一端与相邻主箔片搭接，多个所述主箔片（3）形成的多段弧形轴承支持面与转子外表面配合后，在圆周方向产生多个容纳气体的放大域和收敛域，其数量与所述主箔片（3）的周向长度有关。
4.根据权利要求1所述双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述辅助支撑箔片（2）放置的方向一致且与主箔片（3）的放置方向相反，单个辅助支撑箔片（2）依次穿过多个所述主箔片（3）上多个槽孔（4），与主箔片（3）形成相互交叉的结构，该交叉结构在受载后可以产生一定的变形，具有弹性刚度，同时所述辅助支撑箔片（2）通过该交叉结构限制所述主箔片（3）移动，实现转子双向旋转。
5.根据权利要求1所述双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述辅助支撑箔片（2）一端与所述轴承套（1）接触，另一端与所述主箔片（3）的端部下表面接触，对主箔片（3）的端部起到支撑作用，也可与所述主箔片（3）的端部下表面存在一定的微小距离，用于产生变刚度的支撑效果。
6.根据权利要求1所述双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述主箔片（3）与所述辅助支撑箔片（2）组成的箔片组件与所述轴承套（1）之间是接触关系，也可使用焊接、销轴固定等形式的固定方式。
7.根据权利要求1所述双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述轴承套（1）用于支撑箔片组件，也可以被轴承座代替。
8.根据权利要求1所述双旋向箔片气体动压轴承，其特征在于，所述挡板（5）的内径小于轴承套（1）的内径，经螺钉（6）固定在轴承套（1）上，约束所述主箔片（3）与所述辅助支撑箔片（2）组成的箔片组件的轴向运动，允许箔片组件的周向运动，可有效降低***次同步振动，大大提高***的稳定性；所述挡板（5）在轴承座上有限位机构的情况下可以被取消掉。
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| CN202310164327.1A CN115992846A (zh) | 2023-02-24 | 2023-02-24 | 一种双旋向箔片气体动压轴承 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116658516A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-08-29 | 南华大学 | 一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承 |
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2023
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116658516A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-08-29 | 南华大学 | 一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承 |
| CN116658516B (zh) * | 2023-06-01 | 2024-02-23 | 南华大学 | 一种叶脉型双旋向箔片气体动压轴承 |
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