CN111927876B - 推力空气箔片轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种推力空气箔片轴承，涉及空气轴承技术领域，解决了现有技术中存在的顶箔磨损后推力箔片轴承就要全部报废、轴承承载力和稳定性不理想的技术问题。该推力空气箔片轴承包括顶箔模块、波箔模块、预紧模块和轴承座，预紧模块、波箔模块和顶箔模块能从下至上依次叠放并通过销钉可拆卸固定安装在轴承座上，销钉能限制顶箔模块、波箔模块和预紧模块的周向转动；顶箔模块、波箔模块、预紧模块和轴承座能依次套设在转子上，顶箔模块与转子的推力盘之间能形成楔形空间，预紧模块能抵触在轴承座上并为推力空气箔片轴承提供预紧力。本发明用于降低生产制造成本、提升了轴承承载能力、增加了轴承‑转子系统的稳定性。

Description

推力空气箔片轴承

技术领域

本发明涉及空气轴承技术领域，是一种动压空气轴承，尤其是涉及一种推力空气箔片轴承。

背景技术

空气箔片轴承是一种动压气体轴承，由于其耐高温、转速高、无油润滑、摩擦损耗小等特点广泛应用于空压机、空气循环机、微型燃气轮机等涡轮机械中。空气箔片轴承是利用楔形效应，随着支撑转子的转速升高，周围环境中的具有一定粘性的气体被高速旋转的转子拖入转子与轴承支持面形成的楔形气腔中，转子的转速升到一定速度时，楔形支承气腔中的气体气压变大支承起转子。

目前常见的、应用最广的是波箔型空气箔片轴承，该型轴承具有良好的刚度和阻尼特性，通常波箔型推力气体箔片轴承包括三层：顶箔、波箔和支承底板。顶箔和波箔分别包括多瓣顶箔片和波箔片，每一瓣波箔片均通过焊接的方式固定在底板上，每一瓣顶箔片也均是通过焊接固定在底板上，形成底板支承着波箔，波箔支承起顶箔的结构。工作时，转子与顶箔形成楔形空间，转子转动后，顶箔需要克服启动摩擦力矩，转子将周围环境中具有一定粘性的气体拖入楔形中进行压缩，转速增加到一定时悬浮起转子。在工作过程中，转子启停均会对轴承顶箔造成一定程度的磨损，所以箔片轴承的寿命评价标准不是工作时间而是启停次数。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

当现有推力箔片轴承的顶箔磨损后，推力箔片轴承就要全部报废，而对于没有损坏的波箔，这样的报废就是一种浪费。

另外，现有的推力箔片轴承其承载能力和稳定性并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推力空气箔片轴承，以解决现有技术中存在的顶箔磨损后推力箔片轴承就要全部报废、轴承承载力和稳定性不理想的技术问题。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。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的推力空气箔片轴承，包括顶箔模块、波箔模块、预紧模块和轴承座，其中：

所述预紧模块、所述波箔模块和所述顶箔模块能从下至上依次叠放并通过销钉可拆卸固定安装在所述轴承座上，所述销钉能限制所述顶箔模块、所述波箔模块和所述预紧模块的周向转动；

所述顶箔模块、所述波箔模块、所述预紧模块和所述轴承座能依次套设在转子上，所述顶箔模块与转子的推力盘之间能形成楔形空间，所述预紧模块能抵触在所述轴承座上并为所述推力空气箔片轴承提供预紧力。

进一步，所述顶箔模块包括环形的顶箔底板和多个扇形的顶箔片，所述顶箔片沿所述顶箔底板上表面周向均匀设置并围成一个环形结构，所述顶箔片的一侧的上表面低于所述顶箔片的另一侧的上表面且所述顶箔片能与转子的推力盘之间能形成楔形空间。

进一步，所述顶箔片的一侧通过焊接固定连接在所述顶箔底板上，所述顶箔模块还包括顶箔垫片，所述顶箔垫片通过焊接固定在所述顶箔底板上表面，所述顶箔片的另一侧的下表面抵接在所述顶箔垫片上。

进一步，所述波箔模块包括环形的波箔底板和多个扇形的波箔片，所述波箔片在所述波箔底板的上表面周向均匀分布，且所述波箔片通过焊接固定连接在所述波箔底板上表面。

进一步，所述预紧模块包括环形的预紧层底板和预紧结构，所述预紧结构的顶端与所述预紧层底板的下表面固定连接并均匀分布在所述预紧层底板下表面的周向上，所述预紧结构的下部能抵触在所述轴承座的上表面并为所述推力空气箔片轴承提供预紧力。

进一步，所述预紧结构包括两个弹性件，所述弹性件包括弧形的弹性变形部以及连接在所述弹性变形部两端的支撑臂，两个所述弹性件在所述弹性变形部中部交叉成十字并固定连接，所述支撑臂能抵触在所述轴承座的上表面，所述预紧结构的顶端与所述预紧层底板的下表面之间通过焊接固定连接。

进一步，所述预紧模块还包括预紧层支撑箔片，所述预紧层支撑箔片设置在所述预紧层底板和所述轴承座之间，所述预紧层支撑箔片上与所述预紧结构对应的位置开设有容置孔，所述预紧结构的下端能穿过所述容置孔并抵触在所述轴承座的上表面，所述容置孔的直径能容纳所述预紧结构的弹性形变。

进一步，所述预紧模块的所述预紧层底板、所述波箔模块的所述波箔底板、所述顶箔模块的所述顶箔底板和所述预紧层支撑箔片为相同材质、相同厚度、相同外径和内径的环状薄板。

进一步，所述预紧层底板、所述波箔底板、所述顶箔底板和所述预紧层支撑箔片的周向上开设有数量相同、位置相互对应的多个销孔，所述销钉能依次穿过所述顶箔底板、所述波箔底板、所述预紧层底板和所述预紧层支撑箔片上的销孔并将其固定在所述轴承座上。

进一步，所述预紧层底板、所述波箔底板、所述顶箔底板和所述预紧层支撑箔片外周与每个所述销孔对应的位置设有开口，每个所述开口与所述销孔相连通，销钉能从所述开口处插接在所述销孔内。

本发明推力空气箔片轴承的有益效果为：

1、由于顶箔模块、波箔模块和预紧模块是通过销钉可拆卸固定连接在轴承座上的，因此在顶箔模块磨损后，拆下销钉，可以在不更换波箔模块的条件下更换顶箔模块再用销钉安装即可，有利于降低生产制造成本；

2、顶箔模块、波箔模块和预紧模块这三层叠片形成多个串联的具有不同刚度的支撑结构，增加了轴承刚度和阻尼特性，提升了轴承承载能力；

3、预紧模块增加了轴承-转子系统的稳定性，有利于提升推力空气箔片轴承支承转子系统的抗冲击特性。

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是本发明推力空气箔片轴承的结构示意图；

图2是本发明推力空气箔片轴承顶箔模块的结构示意图；

图3是本发明推力空气箔片轴承波箔模块的结构示意图；

图4是本发明推力空气箔片轴承预紧模块的结构示意图；

图5是本发明推力空气箔片轴承的装配示意图；

图中11、顶箔片；12、顶箔垫片；13、顶箔底板；110、顶箔焊点、130、顶箔销孔；21、波箔片；22、波箔底板；210、波箔焊点；220、波箔销孔；31、预紧层底板；32、预紧结构；33、预紧层支撑箔片；310、预紧层销孔；320、预紧结构焊点；330、预紧支撑箔片销孔；331、容置孔；4、轴承座；5、转子；6、推力盘。

具体实施方式

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。

如图1至图5所示，本发明提供了一种推力空气箔片轴承，包括顶箔模块、波箔模块、预紧模块和轴承座4，预紧模块、波箔模块和顶箔模块能从下至上依次叠放并通过销钉可拆卸固定安装在轴承座4上，销钉能限制顶箔模块、波箔模块和预紧模块的周向转动；

顶箔模块、波箔模块、预紧模块和轴承座4能依次套设在转子5上，顶箔模块与转子5的推力盘6之间能形成楔形空间，预紧模块能抵触在轴承座4上并为推力空气箔片轴承提供预紧力。

如图5所示，转子的推力盘左右两侧各设置一组推力空气箔片轴承，顶箔模块、波箔模块、预紧模块和轴承座4依次套设在转子5上；

由于顶箔模块、波箔模块和预紧模块是通过销钉可拆卸固定连接在轴承座4上的，因此在顶箔模块磨损后，拆下销钉，可以在不更换波箔模块的条件下更换顶箔模块再用销钉安装即可，有利于降低生产制造成本；

顶箔模块、波箔模块和预紧模块这三层叠片形成多个串联的具有不同刚度的支撑结构，增加了轴承刚度和阻尼特性，提升了轴承承载能力；

预紧模块增加了轴承-转子系统的稳定性，有利于提升推力空气箔片轴承支承转子系统的抗冲击特性。

作为可选的实施方式，顶箔模块包括环形的顶箔底板13和多个扇形的顶箔片11，顶箔片11沿顶箔底板13上表面周向均匀设置并围成一个环形结构，顶箔片11的一侧的上表面低于顶箔片11的另一侧的上表面且顶箔片11能与转子5的推力盘6之间能形成楔形空间。

扇形的顶箔片11均匀分布在环形的顶箔底板13的周向并围成一个环形结构，相邻的顶箔片11之间存在周向的间隙，扇形的顶箔片11由外弧、内弧和两个侧边构成，扇形顶箔片11内弧的直径与顶箔底板13的内径相同，顶箔片11外弧的直径小于顶箔底板13的外径；顶箔片11的一个侧边通过点焊固定连接在顶箔底板13上表面，点焊的位置即顶箔焊点110沿着该侧边的径向均匀分布；为了使顶箔片11的上表面能与转子5的推力盘6之间形成楔形空间，顶箔片11的一侧的上表面需要低于顶箔片11的另一侧的上表面，可以在制作顶箔片11时将一侧做得较薄，另一侧做得较厚来实现，也可以在顶箔片11的另一侧与顶箔底板13之间设置垫片来实现。

作为可选的实施方式，顶箔片11的一侧通过焊接固定连接在顶箔底板13上，顶箔模块还包括顶箔垫片12，顶箔垫片12通过焊接固定在顶箔底板13上表面，顶箔片11的另一侧的下表面抵接在顶箔垫片12上。

顶箔垫片12的厚度可以根据实际需要来定制，以便调节楔形的高度，也即顶箔片11与顶箔底板13之间的夹角，从而维持轴承正常工作中楔形效应，顶箔垫片12也为扇形，顶箔垫片12的外弧直径与内弧直径均与顶箔片11的外弧直径与内弧直径相同，而顶箔垫片12窄于顶箔片11。

作为可选的实施方式，波箔模块包括环形的波箔底板22和多个扇形的波箔片21，波箔片21在波箔底板22的上表面周向均匀分布，且波箔片21通过焊接固定连接在波箔底板22上表面。

顶箔底板13抵触在波箔模块的波箔片21上，而波箔模块的波箔片21在收到垂直方向的承载力时能够发生微小的弹性形变，从而提高轴承的承载能力；

波箔片21的一个侧边通过点焊固定连接在波箔底板22上表面，点焊的位置即波箔焊点210沿着该侧边的径向均匀分布。

作为可选的实施方式，预紧模块包括环形的预紧层底板31和预紧结构32，预紧结构32的顶端与预紧层底板31的下表面固定连接并均匀分布在预紧层底板31下表面的周向上，预紧结构32的下部能抵触在轴承座4的上表面并为推力空气箔片轴承提供预紧力。

所述预紧模块在工作中为推力箔片轴承提供预紧力用以提升系统的稳定性，增加轴承-转子5系统抗冲击特性，预紧结构32的顶端通过焊接固定在预紧层底板31的下表面，预紧结构32为弹性件，并能在预紧层底板31的垂直方向上产生预紧力。

作为可选的实施方式，预紧结构32包括两个弹性件，弹性件包括弧形的弹性变形部以及连接在弹性变形部两端的支撑臂，两个弹性件在弹性变形部中部交叉成十字并固定连接，支撑臂能抵触在轴承座4的上表面，预紧结构32的顶端与预紧层底板31的下表面之间通过焊接固定连接。

预紧结构32的顶端，即两个弹性变形部的交叉点，也即预紧结构焊点320通过焊接与预紧层底板31的下表面固定连接；

预紧结构32采用了十字交叉的两个弹性件，这样预紧结构32包含四个支撑臂抵触在轴承座4的上表面，当然，也可以采用更多个弹性件交叉，比如三个弹性件呈雪花状以及六个支撑臂的预紧结构32，提供更大的预紧力。

作为可选的实施方式，预紧模块还包括预紧层支撑箔片33，预紧层支撑箔片33设置在预紧层底板31和轴承座4之间，预紧层支撑箔片33上与预紧结构32对应的位置开设有容置孔331，预紧结构32的下端能穿过容置孔331并抵触在轴承座4的上表面，容置孔331的直径能容纳预紧结构32的弹性形变。

预紧层支撑箔片33也为环形，预紧层支撑箔片33可以套设在转子5上，并位于轴承座4与预紧层底板31之间，预紧层支撑箔片33上也同预紧层底板31、波箔底板22和顶箔底板13一样，在相应的位置上设置有预紧支撑箔片销孔，销钉可以穿过预紧支撑箔片销孔并限制其周向的转动；

无论预紧结构32处于弹性变形状态还是非弹性变形状态，预紧层支撑箔片33的容置孔331均能将预紧结构32容纳在内，为预紧结构32形成了一定的容置空间。

作为可选的实施方式，预紧模块的预紧层底板31、波箔模块的波箔底板22、顶箔模块的顶箔底板13和预紧层支撑箔片33为相同材质、相同厚度、相同外径和内径的环状薄板。

如果预紧层底板31、波箔底板22、顶箔底板13和预紧层支撑箔片33为相同材质、相同厚度、相同外径和内径的环状薄板，则在生产加工时，可以统一加工处理，无需分别制造，这样就节省了生产加工成本；只需要再分别加工预紧模块、波箔模块和顶箔模块中除了预紧层底板31、波箔底板22和顶箔底板13的其它构件再加以装配即可；而预紧层支撑箔片33上的容置孔331再单独打孔加工即可。

作为可选的实施方式，预紧层底板31、波箔底板22、顶箔底板13和预紧层支撑箔片33的周向上开设有数量相同、位置相互对应的多个销孔，销钉能依次穿过顶箔底板13、波箔底板22、预紧层底板31和预紧层支撑箔片33上的销孔并将其固定在轴承座4上。

同样的，在相同材质、相同厚度、相同外径和内径的预紧层底板31、波箔底板22、顶箔底板13和预紧层支撑箔片33的周向上开设有数量相同、位置相互对应的多个销孔，比如各个销孔的中心距离底板的中心距离相等，即各个销孔的中心在同一个圆的圆周上，且各个销孔沿该圆的圆周均匀分布，这样可以在底板上统一加工销孔，无需分别制造，节省了生产加工成本。

作为可选的实施方式，顶箔底板13、波箔底板22、预紧层底板31和预紧层支撑箔片33外周与每个销孔对应的位置设有开口，每个开口与销孔相连通，销钉能从开口处插接在销孔内。

装配拆卸时每个销钉需要依次从顶箔底板13、波箔底板22、预紧层底板31和预紧层支撑箔片33上相对应的销孔，即顶箔销孔、波箔销孔、预紧层销孔和预紧支撑箔片销孔插进去，比较费力，如果在顶箔底板13、波箔底板22、预紧层底板31和预紧层支撑箔片33外周与每个销孔对应的位置设有与该销孔连通的开口，销钉只需要同时从顶箔底板13、波箔底板22、预紧层底板31以及预紧层支撑箔片33的径向插入即可，方便省时省力。

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。

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″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″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″第一″、″第二″、″第三″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″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

Claims (7)

1.一种推力空气箔片轴承，其特征在于，包括顶箔模块、波箔模块、预紧模块和轴承座，其中：

所述预紧模块、所述波箔模块和所述顶箔模块能从下至上依次叠放并通过销钉可拆卸固定安装在所述轴承座上，所述销钉能限制所述顶箔模块、所述波箔模块和所述预紧模块的周向转动；

所述顶箔模块、所述波箔模块、所述预紧模块和所述轴承座能依次套设在转子上，所述顶箔模块与转子的推力盘之间能形成楔形空间，所述预紧模块能抵触在所述轴承座上并为所述推力空气箔片轴承提供预紧力；

所述预紧模块包括环形的预紧层底板和预紧结构，所述预紧结构的顶端与所述预紧层底板的下表面固定连接并均匀分布在所述预紧层底板下表面的周向上，所述预紧结构的下部能抵触在所述轴承座的上表面并为所述推力空气箔片轴承提供预紧力；

所述预紧结构包括两个弹性件，所述弹性件包括弧形的弹性变形部以及连接在所述弹性变形部两端的支撑臂，两个所述弹性件在所述弹性变形部中部交叉成十字并固定连接，所述支撑臂能抵触在所述轴承座的上表面，所述预紧结构的顶端与所述预紧层底板的下表面之间通过焊接固定连接；

所述预紧模块还包括预紧层支撑箔片，所述预紧层支撑箔片设置在所述预紧层底板和所述轴承座之间，所述预紧层支撑箔片上与所述预紧结构对应的位置开设有容置孔，所述预紧结构的下端能穿过所述容置孔并抵触在所述轴承座的上表面，所述容置孔的直径能容纳所述预紧结构的弹性形变。

2.根据权利要求1所述的推力空气箔片轴承，其特征在于，所述顶箔模块包括环形的顶箔底板和多个扇形的顶箔片，所述顶箔片沿所述顶箔底板上表面周向均匀设置并围成一个环形结构，所述顶箔片的一侧的上表面低于所述顶箔片的另一侧的上表面且所述顶箔片能与转子的推力盘之间能形成楔形空间。

3.根据权利要求2所述的推力空气箔片轴承，其特征在于，所述顶箔片的一侧通过焊接固定连接在所述顶箔底板上，所述顶箔模块还包括顶箔垫片，所述顶箔垫片通过焊接固定在所述顶箔底板上表面，所述顶箔片的另一侧的下表面抵接在所述顶箔垫片上。

4.根据权利要求3所述的推力空气箔片轴承，其特征在于，所述波箔模块包括环形的波箔底板和多个扇形的波箔片，所述波箔片在所述波箔底板的上表面周向均匀分布，且所述波箔片通过焊接固定连接在所述波箔底板上表面。

5.根据权利要求4所述的推力空气箔片轴承，其特征在于，所述预紧模块的所述预紧层底板、所述波箔模块的所述波箔底板、所述顶箔模块的所述顶箔底板和所述预紧层支撑箔片为相同材质、相同厚度、相同外径和内径的环状薄板。

6.根据权利要求5所述的推力空气箔片轴承，其特征在于，所述预紧层底板、所述波箔底板、所述顶箔底板和所述预紧层支撑箔片的周向上开设有数量相同、位置相互对应的多个销孔，所述销钉能依次穿过所述顶箔底板、所述波箔底板、所述预紧层底板和所述预紧层支撑箔片上的销孔并将其固定在所述轴承座上。

7.根据权利要求6所述的推力空气箔片轴承，其特征在于，所述预紧层底板、所述波箔底板、所述顶箔底板和所述预紧层支撑箔片外周与每个所述销孔对应的位置设有开口，每个所述开口与所述销孔相连通，销钉能从所述开口处插接在所述销孔内。