TW201704651A - 混合式動壓氣體止推軸承 - Google Patents

Abstract

一種混合式動壓氣體止推軸承，其包括兩個外盤，在兩個外盤之間夾設有內盤，在每個外盤與內盤之間設有箔型彈性件；所述內盤的兩端面均設有規則形狀的槽式花紋，且一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱。本發明提供的混合式動壓氣體止推軸承既具有槽式動壓氣體止推軸承的高極限轉速的剛性特徵、又具有箔片式動壓氣體止推軸承的高抗衝擊能力和載荷能力的柔性特徵，可滿足動壓氣體止推軸承在較大載荷下的超高速領域的應用。

Description

混合式動壓氣體止推軸承

本發明涉及一種動壓氣體止推軸承，具體說，是涉及一種既具有槽式動壓氣體止推軸承的高極限轉速的剛性特徵、又具有箔片式動壓氣體止推軸承的高抗衝擊能力和載荷能力的柔性特徵的混合式動壓氣體止推軸承，屬於氣體軸承技術領域。

氣體軸承具有速度高、精密度高、耐高溫、摩擦損耗小、壽命長等優點，經過最近幾十年的迅速發展，氣體軸承已經在高速支承、高精密支承等領域取得了廣泛應用。目前氣體軸承已經發展出多種類型，主要分為動壓型和靜壓型。

動壓氣體軸承是以氣體作為潤滑劑，在軸與軸承之間構成氣膜，是移動面與靜止面不直接接觸的軸承形式，具有無污染、摩擦損失低、適應溫度範圍廣、運轉平穩、使用時間長、工作轉速高等諸多優點。由於摩擦損失少，也不需要使用液體潤滑油，因此在高速回轉應用領域上被廣泛使用，尤其是通常被使用在很難用滾動軸承支援的超高速應用領域以及不易使用液體潤滑油處。

動壓氣體止推軸承是由相對移動的兩個工作面形成楔形空間，當它們相對移動，氣體因其自身的粘性作用被帶動，並被壓縮到楔形間隙內，由此產生動壓力而支承載荷。不同結構形式的氣體動壓止推軸承由於結構上的差異，其工作過程略有不同。目前較為常見的幾種動壓氣體止推軸承的結構形式有：可傾瓦式、槽式和箔片式。

可傾瓦式動壓氣體止推軸承是一種性能優良的動壓氣體軸承，具有自調性能，能在更小的氣膜間隙範圍內安全工作，對熱變形、彈性變形等不敏感，且加工精度易得到保證，還對載荷的變化具有“自動跟蹤”的突出優點，目前國內外主要應用於大型高速旋轉機械和透平機械；但其軸瓦結構比較複雜，安裝製程複雜，較一般止推軸承要求高，從而限制了其應用。

雖然箔片式動壓氣體止推軸承具有彈性支承，可使軸承相應獲得一定的承載能力和緩和衝擊振動的能力，但由於箔片軸承一般採用的是金屬箔片，不僅材料製造技術和加工製程技術上還存在一些難題，而且軸承的阻尼值不能很大提高，導致軸承的剛性不夠，軸承的臨界轉速較低，在高速運轉時容易失穩甚至卡死。

而槽式動壓氣體止推軸承具有較好的穩定性，即使在空載下也有一定的穩定性，況且，在高速下，其靜態承載能力較其它形式的軸承大，目前多用於小型高速旋轉機械上，如在陀螺儀和磁鼓之類的精密機械中作為軸承。但由於槽式動壓氣體止推軸承具有高剛性，因此其抗衝擊能力不夠好及載荷能力不夠大，不能實現較大載荷下的高速運轉。

如何實現既具有槽式動壓氣體止推軸承的高極限轉速的剛性特徵、又具有箔片式動壓氣體止推軸承的高抗衝擊能力和載荷能力的柔性特徵的混合式動壓氣體止推軸承，不僅是本領域研究人員一直渴望實現的目標，而且對實現動壓氣體止推軸承在較大載荷下的超高速領域的應用具有重要價值和深遠意義。

針對習知技術存在的上述問題和需求，本發明所要解決的技術問題就是提供一種既具有槽式動壓氣體止推軸承的高極限轉速的剛性特徵、又具有箔片式動壓氣體止推軸承的高抗衝擊能力和載荷能力的柔性特徵的混合式動壓氣體止推軸承，實現動壓氣體止推軸承在較大載荷下的超高速領域的應用。

為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下：

一種混合式動壓氣體止推軸承，包括：兩個外盤，在兩個外盤之間夾設有內盤，在每個外盤與內盤之間設有箔型彈性件；所述內盤的兩端面均設有規則形狀的槽式花紋，且一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱。

在本創作的一實施例中，在所述內盤的外圓周面也設有槽式花紋，且外圓周面的槽式花紋的形狀與兩端面的槽式花紋的形狀相同，以及外圓周面的槽式花紋的軸向輪廓線與兩端面的槽式花紋的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接。

在本創作的一實施例中，外圓周面的槽式花紋中的軸向高位線與兩端面的槽式花紋中的徑向高位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向中位線與兩端面的槽式花紋中的徑向中位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向低位線與兩端面的槽式花紋中的徑向低位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接。

在本創作的一實施例中，上述的槽式花紋為葉輪形狀。

在本創作的一實施例中，所述箔型彈性件與內盤的配合間隙均為0.003～0.008mm。

在本創作的一實施例中，所述箔型彈性件的至少一端固定在對應外盤的內端面上。

在本創作的一實施例中，每個外盤上的箔型彈性件為多個，且沿外盤的內端面均勻分佈。

在本創作的一實施例中，固定在一個外盤上的箔型彈性件與固定在另一個外盤上的箔型彈性件形成鏡像對稱。

在本創作的一實施例中，在外盤的內端面設有用於固定箔型彈性件的卡槽。

在本創作的一實施例中，所述的箔型彈性件經過表面熱處理。

在本創作的一實施例中，所述的箔型彈性件由波箔和平箔組成，所述波箔的弧形凸起頂端與平箔相貼合，所述波箔的波拱間過渡底邊與對應外盤的內端面相貼合。

與習知技術相比，本發明具有如下顯著性進步：

本發明通過在外盤與內盤之間設置箔型彈性件，在內盤的兩端面設置規則形狀的槽式花紋，且使一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱，從而得到了既具有槽式動壓氣體止推軸承的高極限轉速的剛性特徵、又具有箔片式動壓氣體止推軸承的高抗衝擊能力和載荷能力的柔性特徵的混合式動壓氣體止推軸承；相對于現有的單純槽式動壓氣體止推軸承，具有在相同轉速下成倍增加的抗衝擊能力和載荷能力；而相對于現有的單純箔片式動壓氣體止推軸承，具有在相同載荷下成倍增加的極限轉速；經測試，本發明提供的混合式動壓氣體止推軸承可實現在1～3kg載荷下的極限轉速可達200,000rpm～450,000rpm，而現有的動壓氣體止推軸承只能實現0.5～1.5kg的載荷，極限轉速最高只能達到100,000rpm～200,000rpm；可見，本發明可實現動壓氣體止推軸承在較大載荷下的超高速領域的應用，相對於習知技術取得了顯著性進步，使得動壓氣體止推軸承技術的研究跨上了新臺階。

下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案做進一步詳細地說明。

實施例1

如圖1所示：本實施例提供的一種混合式動壓氣體止推軸承，包括：兩個外盤1，在兩個外盤1之間夾設有內盤2，在每個外盤1與內盤2之間設有箔型彈性件3；所述內盤2的左端面設有規則形狀的槽式花紋21，右端面設有規則形狀的槽式花紋22。

結合圖2a和圖2b可見：所述內盤2的左端面的槽式花紋21與右端面的槽式花紋22之間形成鏡像對稱，左端面的槽式花紋21的徑向輪廓線與右端面的槽式花紋22的徑向輪廓線形成一一對應。所述的槽式花紋21與22的形狀相同，本實施例中均為葉輪形狀。

進一步結合圖3a和圖3b可見：所述箔型彈性件3固定在對應外盤1的內端面上(例如圖3a所示的固定有箔型彈性件3a的左外盤11和圖3b所示的固定有箔型彈性件3b的右外盤12)，且固定在左外盤11上的箔型彈性件3a與固定在右外盤12上的箔型彈性件3b形成鏡像對稱。在每個外盤上的箔型彈性件可為多個（圖中示出的是4個），且沿外盤的內端面均勻分佈。

結合圖1和圖4、圖5所示：所述的箔型彈性件3可由波箔31和平箔32組成，所述波箔31的弧形凸起311的頂端與平箔32相貼合，所述波箔31的波拱間過渡底邊312與對應外盤1的內端面相貼合；每個箔型彈性件3至少有一端固定在對應外盤的內端面上（本實施例中示出的是一端固定，如圖中的端33所示，另一端為自由端）。

實施例2

結合圖6a、6b、7、8和10所示可見，本實施例提供的一種混合式動壓氣體止推軸承與實施例1的區別僅在於：

在所述內盤2的外圓周面也設有槽式花紋23，且外圓周面的槽式花紋23的形狀與左、右端面的槽式花紋（21和22）的形狀相同（本實施例中均為葉輪形狀），以及外圓周面的槽式花紋23的軸向輪廓線與左、右端面的槽式花紋（21和22）的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接；即：

外圓周面的槽式花紋23中的軸向高位線231與左端面的槽式花紋21中的徑向高位線211均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋23中的軸向中位線232與左端面的槽式花紋21中的徑向中位線212均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋23中的軸向低位線233與左端面的槽式花紋21中的徑向低位線213均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接（如圖9所示）；

外圓周面的槽式花紋23中的軸向高位線231與右端面的槽式花紋22中的徑向高位線221均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋23中的軸向中位線232與右端面的槽式花紋22中的徑向中位線222均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋23中的軸向低位線233與右端面的槽式花紋22中的徑向低位線223均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接（如圖11所示）。

在外盤1的內端面上設有用於固定箔型彈性件3的卡槽13（如圖7所示）。

本發明通過在外盤1與內盤2之間設置箔型彈性件3，在內盤2的左、右端面設置規則形狀的槽式花紋（21和22），且使左端面的槽式花紋21與右端面的槽式花紋22形成鏡像對稱，從而得到了既具有槽式動壓氣體止推軸承的高極限轉速的剛性特徵、又具有箔片式動壓氣體止推軸承的高抗衝擊能力和載荷能力的柔性特徵的混合式動壓氣體止推軸承；因為箔型彈性件3與內盤2間形成了楔形空間，當內盤2轉動時，氣體因其自身的粘性作用被帶動並被壓縮到楔形空間內，從而可使軸向動壓力得到顯著增強，相對于現有的單純箔片式動壓氣體止推軸承，可具有在相同載荷下成倍增加的極限轉速；同時，由於增加了箔型彈性件3，在其彈性作用下，還可使軸承的載荷能力、抗衝擊能力和抑制軸渦動的能力顯著提高，相對于現有的單純槽式動壓氣體止推軸承，可具有在相同轉速下成倍增加的抗衝擊能力和載荷能力；尤其是，當在所述內盤2的外圓周面也設有槽式花紋，且使外圓周面的槽式花紋23的形狀與左、右端面的槽式花紋（21和22）的形狀相同，以及外圓周面的槽式花紋23的軸向輪廓線與左、右端面的槽式花紋（21和22）的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接時，可使內盤兩端面的槽式花紋（21和22）所產生的增壓氣體從軸心沿徑向不斷地往外圓周面的槽式花紋23形成的凹槽通道裡輸送，以致形成更強支撐高速運轉軸承所需的氣膜，而氣膜即作為動壓氣體止推軸承的潤滑劑，因此可確保所述的混合式動壓氣體止推軸承在氣浮狀態下的高速穩定運轉，為實現高極限轉速提供了進一步保證。

另外，本發明中所述的箔型彈性件3優選均經過表面熱處理，以更好地滿足高速運轉的性能要求；所述的箔型彈性件3與內盤2的配合間隙優選為0.003～0.008mm，以進一步確保軸承高速運轉的可靠性和穩定性。

另外需要說明的是：本發明所述的箔型彈性件3的組成結構不僅限於上述實施例中所述，只要保證其與內外盤之間的配合關係滿足本發明所述的實質性要求即可。

經測試，本發明提供的混合式動壓氣體止推軸承可實現在1～3kg載荷下的極限轉速可達200,000rpm～450,000rpm，而現有的動壓氣體止推軸承只能實現0.5～1.5kg的載荷，極限轉速最高只能達到100,000rpm～200,000rpm；可見，本發明可實現動壓氣體止推軸承在較大載荷下的超高速領域的應用，相對於習知技術取得了顯著性進步，使得動壓氣體止推軸承技術的研究跨上了新臺階。

最後有必要在此指出的是：以上內容只用于對本發明所述技術方案做進一步詳細說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域中具有通常知識者根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明的保護範圍。

1‧‧‧外盤 11‧‧‧左外盤 12‧‧‧右外盤 13‧‧‧卡槽 2‧‧‧內盤 21‧‧‧左端面的槽式花紋 211‧‧‧徑向高位線 212‧‧‧徑向中位線 213‧‧‧徑向低位線 22‧‧‧右端面的槽式花紋 221‧‧‧徑向高位線 222‧‧‧徑向中位線 223‧‧‧徑向低位線 23‧‧‧外圓周面的槽式花紋 231‧‧‧軸向高位線 232‧‧‧軸向中位線 233‧‧‧軸向低位線 3‧‧‧箔型彈性件 31‧‧‧波箔 311‧‧‧弧形凸起 312‧‧‧過渡底邊 32‧‧‧平箔 3a‧‧‧箔型彈性件 3b‧‧‧箔型彈性件 33‧‧‧端部

［第1圖］是本發明實施例1提供的一種混合式動壓氣體止推軸承的剖面結構示意圖； ［第2a圖］是實施例1中所述內盤的左視圖； ［第2b圖］是實施例1中所述內盤的左視圖； ［第3a圖］是實施例1中所述的固定有箔型彈性件的左外盤的右視圖； ［第3b圖］是實施例1中所述的固定有箔型彈性件的右外盤的左視圖； ［第4圖］是實施例1中所述的箔型彈性件的截面結構示意圖； ［第5圖］是實施例1中所述的箔型彈性件的立體結構示意圖； ［第6a圖］是本發明實施例2提供的一種混合式動壓氣體止推軸承的左視立體結構示意圖； ［第6b圖］是實施例2提供的混合式動壓氣體止推軸承的右視立體結構示意圖； ［第7圖］是實施例2提供的混合式動壓氣體止推軸承的局部分割立體結構示意圖； ［第8圖］是實施例2中所述內盤的左視立體結構示意圖； ［第9圖］是第8圖中的A局部放大圖； ［第10圖］是實施例2中所述內盤的右視立體結構示意圖； ［第11圖］是第10圖中的B局部放大圖。

1‧‧‧外盤

2‧‧‧內盤

21‧‧‧左端面的槽式花紋

22‧‧‧右端面的槽式花紋

3‧‧‧箔型彈性件

31‧‧‧波箔

32‧‧‧平箔

33‧‧‧端部

Claims (11)

1. 一種混合式動壓氣體止推軸承，包括：兩個外盤，在兩個外盤之間夾設有內盤，其特徵在於：在每個外盤與內盤之間設有箔型彈性件；所述內盤的兩端面均設有規則形狀的槽式花紋，且一端面的槽式花紋與另一端面的槽式花紋形成鏡像對稱。
2. 如請求項1所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中在所述內盤的外圓周面也設有槽式花紋，且外圓周面的槽式花紋的形狀與兩端面的槽式花紋的形狀相同，以及外圓周面的槽式花紋的軸向輪廓線與兩端面的槽式花紋的徑向輪廓線均形成一一對應並相互交接。
3. 如請求項2所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中外圓周面的槽式花紋中的軸向高位線與兩端面的槽式花紋中的徑向高位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向中位線與兩端面的槽式花紋中的徑向中位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接；外圓周面的槽式花紋中的軸向低位線與兩端面的槽式花紋中的徑向低位線均相對應、並在端面圓周倒角前相互交接。
4. 如請求項1至3中任一項所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中所述的槽式花紋為葉輪形狀。
5. 如請求項1所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中所述箔型彈性件與內盤的配合間隙均為0.003～0.008mm。
6. 如請求項1所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中所述箔型彈性件的至少一端固定在對應外盤的內端面上。
7. 如請求項6所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中每個外盤上的箔型彈性件為多個，且沿外盤的內端面均勻分佈。
8. 如請求項6或7所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中固定在一個外盤上的箔型彈性件與固定在另一個外盤上的箔型彈性件形成鏡像對稱。
9. 如請求項6或7所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中在外盤的內端面設有用於固定箔型彈性件的卡槽。
10. 如請求項1所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中所述的箔型彈性件經過表面熱處理。
11. 如請求項1或5或6或7或10所述的混合式動壓氣體止推軸承，其中所述的箔型彈性件由波箔和平箔組成，所述波箔的弧形凸起頂端與平箔相貼合，所述波箔的波拱間過渡底邊與對應外盤的內端面相貼合。