一种具有轴向支撑的动压气体止推轴承

摘要

本发明公开了一种具有轴向支撑的动压气体止推轴承，包括轴承座、支承箔片，其特征在于，轴承座上端面设置有至少三个周向均布的扇形瓦块，该扇形瓦块的一端加工有预楔角，每个扇形瓦块上连接一个所述的支承箔片，该支承箔片为扇形复合箔片，由大小相同的一个扇形鼓泡箔片和一个扇形平箔片构成，其中鼓泡箔片置于扇形瓦块上方、平箔片下方。本发明的优点主要体现在结构简单，扇形平箔片及鼓泡箔片制作方便，该箔片轴承表面刚度均匀，能充分发挥平箔型箔片的优点，并充分利用鼓泡自身的变形来调节刚度，改善了轴承的结构刚度和动态特性。

权利要求

1.一种具有轴向支撑的动压气体止推轴承，包括轴承座、支承箔片，其特征在于，轴承座上端面设置有至少三个周向均布的扇形瓦块，该扇形瓦块的一端加工有预楔角，每个扇形瓦块上连接一个所述的支承箔片，该支承箔片为复合箔片，由大小相同的一个扇形鼓泡箔片和一个扇形平箔片构成，其中鼓泡箔片置于扇形瓦块上方、平箔片下方。

2.如权利要求1所述的具有轴向支撑的动压气体止推轴承，其特征在于，所述鼓泡箔片上沿扇面径向设置有多圈鼓泡，各圈鼓泡沿扇面周向均布。

3.如权利要求1所述的具有轴向支撑的动压气体止推轴承，其特征在于，所述扇形瓦块的一端靠近外周的扇面上设有螺纹孔，平箔片、鼓泡箔片上相应安装位置设有螺钉孔，通过该螺钉孔以及扇形瓦块上的螺纹孔，用螺钉将鼓泡箔片、平箔片固定在扇形瓦块上；扇形瓦块的另一端靠近外周的扇面上设有定位件将鼓泡箔片、平箔片径向限定在扇形瓦块上。

4.如权利要求3所述的具有轴向支撑的动压气体止推轴承，其特征在于，所述定位件为一个定位销，鼓泡箔片、平箔片上相对该定位销定位位置设有卡槽，通过该卡槽卡入所述定位销，即将鼓泡箔片、平箔片径向限定在扇形瓦块上。

5.如权利要求1所述的具有轴向支撑的动压气体止推轴承，其特征在于，所述扇形瓦块的预楔角为0.5～1°

6.如权利要求1至5之一所述的具有轴向支撑的动压气体止推轴承，其特征在于，所述扇形瓦块与轴承座连为一体。

说明书

一种具有轴向支撑的动压气体止推轴承

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高速透平机械用的、具有轴向支撑的动压气体轴承结构。

背景技术

[0002] 由于弹性箔片轴承在高速透平机械上应用的优越性，近年来对其研究、应用日益受到重视，并得到了迅速发展。但由于它主要应用在航空航天等军工领域，特别是美国的波箔型箔片轴承广泛用于波音等民用飞机及幻影等战斗机的机载透平、汽车涡轮增压机以及某些航空航天用液氢、液氧泵上，对其研究结果及设计准则鲜见报道，且其制作工艺复杂，开发投入巨大，工艺水平要求高。因而一些国家近年来都在致力于开发具有各自特色的箔片轴承，期望能成功地应用于高速透平机械。近年来，新型箔片径向气体轴承的开发鲜有报道，但对有关新型箔片止推轴承的开发则更少见。目前在高速透平机械领域应用的箔片式止推动压气体轴承中，仍以美国的波箔型等结构应用最为广泛。这种波箔型轴承由一组构成轴承表面的扇形平箔片和具有许多弹性波的波箔组成。平箔片支承在波箔上，波箔为顶层箔片提供了弹性基础并控制了轴承表面的刚度。这种结构被认为是当今发展应用最为广泛和成熟的箔片轴承，然而这种轴承构造复杂，精度要求高，轴承的性能与安装情况有很大关系，制作复杂困难，从设计准则、几何尺寸的确定、材料选取到加工工艺(包括热处理与表面处埋)均需开展大量工作，我国要直接采用这种形式的箔片轴承困难很大。鉴于此，需要寻求结构简单、生产加工容易、开发投入小，适合于国内工业水平、具有我国自主知识产权的新型箔片止推轴承。我校曾提出并开发研制了弹性材料支承平箔型箔片式止推动压气体轴承的结构，采用橡胶片弹性材料作为箔片支承，虽然试验表明能在高速透平膨胀机上达到稳定运转，但因它不耐高温，使用受到很大限制，至今未能在工业上付诸实用。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种简易可行的、且性能优异的鼓泡支承平箔型箔片式止推动压气体轴承，可充分发挥平箔型箔片的优点，并充分利用鼓泡自身的变形来调节刚度，改善了轴承的结构刚度和动态特性。

[0004] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

[0005] 一种具有轴向支撑的动压气体止推轴承，包括轴承座、支承箔片，其特征在于，轴承座上端面设置有至少三个周向均布的扇形瓦块，该扇形瓦块的一端加工有预楔角，每个扇形瓦块上连接一个所述的支承箔片，该支承箔片为扇形复合箔片，由大小相同的一个扇形鼓泡箔片和一个扇形平箔片构成，其中鼓泡箔片置于扇形瓦块上方、平箔片下方。

[0006] 上述方案中，所述鼓泡箔片上沿扇面径向设置有多圈鼓泡，各圈鼓泡沿扇面周向均布。所述扇形瓦块的一端靠近外周的扇面上设有螺纹孔，平箔片、鼓泡箔片上相应安装位置设有螺钉孔，通过该螺钉孔以及扇形瓦块上的螺纹孔，用螺钉将鼓泡箔片、平箔片固定在扇形瓦块上；扇形瓦块的另一端靠近外周的扇面上设有定位件将鼓泡箔片、平箔片径向限定在扇形瓦块上。所述定位件为一个定位销，鼓泡箔片、平箔片上相对该定位销定位位置设有卡槽，通过该卡槽卡入所述定位销，即将鼓泡箔片、平箔片径向限定在扇形瓦块上。所述扇形瓦块的预楔角为0.5～1°。所述扇形瓦块可与轴承座连为一体。

[0007] 本发明的优点主要体现在结构简单，扇形平箔片及鼓泡箔片制作方便，该箔片轴承表面刚度均匀，能充分发挥平箔型箔片的优点，并充分利用鼓泡自身的变形来调节刚度，改善了轴承的结构刚度和动态特性。本发明轴承结构体现了鼓泡这种弹性支承具有良好的阻尼特性。此外，本发明的动压气体止推轴承制作、调整也十分简单，改变平箔片的厚度以及鼓泡箔片的尺寸(包括箔片厚度、鼓泡高度及布置形式等)，以及扇形瓦块的预楔角θ可以得到不同支承性能的动压止推气体轴承。

[0008] 附图说明

[0009] 图1为本发明鼓泡支承止推动压气体轴承结构示意图。

[0010] 图2为图1中的C向视图(1/4部分)。

[0011] 图3为图2中的扇形瓦块结构图。其中图1(a)为主视图；图1(b)为俯视图。

[0012] 图4为图1中的1/4鼓泡支承箔片俯视结构图。

[0013] 图5为图1中的1/4平箔片俯视结构图。

[0014] 图6为图2结构与转轴止推盘之间的工作原理图。

[0015] 图1至图6中：1.轴承座；2.扇形瓦块；3.鼓泡箔片；4.平箔片；5.定位销；5’卡槽；6.螺钉；7.斜面；8.螺纹孔；9.鼓泡；10螺钉孔；11.转轴止推盘。

具体实施方式

[0016] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

[0017] 本发明的一种鼓泡支承平箔型箔片式动压气体止推轴承的结构如图1、图2所示，在轴承座1端面圆周方向上设置有均匀分布的四块(或三块、六块)有预楔角θ的扇形瓦块2，扇形瓦块2与轴承座1可制成一体，或者四块瓦块单独制作，再用螺钉与轴承座1紧固连接。扇形瓦块2上装有鼓泡箔片3与平箔片4(两者大小一致)，并用螺钉6将鼓泡箔片3与平箔片4固定在扇形瓦块2上；同时通过定位销5将鼓泡箔片3与平箔片4径向限定在扇形瓦块2上。

[0018] 如图3所示，扇形瓦块2的一端靠近外周设有螺纹孔8，用于将鼓泡箔片3、平箔片4通过螺钉6与其固定。扇形瓦块2的另一端靠近外周设有定位销5，用于将鼓泡箔片3、平箔片4与其径向限定。扇形瓦块2设有定位销5的一端有一斜面7(约占扇面的1/3～
1/2)，该斜面7与水平面的夹角既为预楔角θ，θ最好在0.5～1°。

[0019] 如图4、图5所示，鼓泡箔片3与平箔片4均为扇形，其一端对应扇形瓦块2的螺纹孔8的安装位置设有螺钉孔10，螺钉6通过螺钉孔10、螺纹孔8使鼓泡箔片3、平箔片4被压紧在扇形瓦块2上；另一端对应扇形瓦块2定位销5的位置开有允许定位销5穿过的卡槽5’，定位销5通过卡槽5’使两箔片3、4被径向限制，但可上下活动。

[0020] 平箔片4以厚度为0.04～0.10mm(视轴承尺寸大小而定)的不锈钢或铍青铜片剪裁成型而成，表面镀有耐磨膜。鼓泡箔片3也是采用厚度为0.04～0.10mm(视轴承尺寸大小而定)的不锈钢或铍青铜片剪裁后，以专用模具冲压出具有半球形突起体的鼓泡9，鼓泡9沿箔片3径向设置有三圈(圈数可视轴承尺寸大小调整)，各圈鼓泡沿周向均布。

[0021] 如图6所示，止推轴承1和转轴止推面11作相对u向运动时，通过楔形空间进口h1对进入间隙h2形成的气膜进行挤压，产生动压效应支承载荷，其中h1＞h2，改变h1、h2，可以得到不同支承性能的动压止推气体轴承。

[0022] 本发明的鼓泡支承平箔型箔片式动压气体止推轴承已在西安交通大学高速气体轴承透平膨胀机上经过了全面的试验研究和实际应用，结果表明该结构的动压气体止推轴承具有良好的承载能力、动态特性和阻尼性能。