一种箔片动压轴承弹性支撑装置及其制作方法

摘要

本发明公开了一种箔片动压轴承弹性支撑装置，包括由轴承弹性支撑本体和第一键组成的轴承弹性支撑，所述第一键设置于轴承弹性支撑本体的一端，第一键与轴承弹性支撑本体呈70°～100°，所述轴承弹性支撑本体上内外表面设有多条凸起。本发明具有制作方便、结构简单、经济合理、刚度可调、承载力较高的特点，可以广泛应用于高速透平机械的箔片动压轴承上，本发明还公开了制作这种箔片动压轴承弹性支撑装置的方法。

权利要求

1.一种箔片动压轴承弹性支撑装置，其特征在于：它包括由轴承弹性支撑本体（2.4）和第一键（2.3）组成的轴承弹性支撑（2），所述第一键（2.3）设置于轴承弹性支撑本体（2.4）的一端，第一键（2.3）与轴承弹性支撑本体（2.4）呈70°～100°，所述轴承弹性支撑本体（2.4）上内外表面设有多条凸起（2.1）；所述轴承弹性支撑本体（2.4）上设有多条轴承通槽（2.2），所述轴承通槽（2.2）与凸起（2.1）交叉布置；所述轴承通槽（2.2）有多排，多排轴承通槽（2.2）之间的间距由轴承通槽（2.2）中心向外侧逐渐减少；所述多条凸起（2.1）之间的间距由第一键（2.3）向另一端逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的箔片动压轴承弹性支撑装置，其特征在于：所述轴承弹性支撑本体（2.4）内外表面的凸起（2.1）间隔布置。

3.根据权利要求1所述的箔片动压轴承弹性支撑装置，其特征在于：所述轴承弹性支撑（2）的展开图为长方形或扇形环。

4.根据权利要求1所述的箔片动压轴承弹性支撑装置，其特征在于：所述轴承弹性支撑本体（2.4）内外两侧的凸起（2.1）厚度不相同。

5.一种制作如权利要求1所述的箔片动压轴承弹性支撑装置的方法，其特征在于：A、给轴承弹性支撑本体（2.4）上需要留出凸起（2.1）的地方涂上可防腐蚀的涂层；

B、将涂好涂层的轴承弹性支撑本体（2.4）放入化学腐蚀液或电化学腐蚀液中；

C、通过控制腐蚀的时间设定需要形成的凸起（2.1）的厚度，腐蚀完后取出轴承弹性支撑本体（2.4）；

D、将被腐蚀的部分从轴承弹性支撑本体（2.4）上去除；

E、将涂层去除。

6.根据权利要求5所述的制作箔片动压轴承弹性支撑装置的方法，其特征在于：在给轴承弹性支撑本体（2.4）涂上涂层之前通过冲裁或线切割的方法在轴承弹性支撑本体（2.4）上剪裁出轴承通槽（2.2）。

说明书

一种箔片动压轴承弹性支撑装置及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高速透平机械的箔片动压轴承，特别是涉及一种箔片动压轴承弹性支撑装置及其制作方法。

背景技术

[0002] 箔片轴承是以流体作润滑剂并采用箔片作为弹性支承元件的一种动压轴承。美国从20世纪60年代末开始，成功地应用到DC-10飞机环境控制系统的核心制冷部件空气循环机(ACM)上，因为它具有无油、高效率、免维护、抗冲击振动、抗污染能力强、可靠性高、寿命长等优点，在以后的几乎所有民航飞机上，均采用箔片轴承支撑的空气循环机。

[0003] 箔片轴承分为叶型箔片轴承和波型箔片轴承两大类，一般由顶层箔片和箔片动压轴承弹性支撑组成。顶层箔片由金属箔片卷曲而成，箔片动压轴承弹性支撑一般由金属箔片经过模具压制而成。转子静止时顶层箔片与轴紧密贴合，转子高速旋转时产生动压气膜推开顶层箔片，使轴悬浮于气膜上。箔片动压轴承弹性支撑主要作用是优化气膜分布，增强轴承承载能力；同时，箔片动压轴承弹性支撑能够增强轴承的结构阻尼，有效增强产品抗冲击性能。

[0004] 箔片轴承承载能力的提高主要是对箔片动压轴承弹性支撑的改进。根据箔片动压轴承弹性支撑的结构特点和承载能力，把箔片轴承划分为三代。第一代箔片轴承是早期产品，无箔片动压轴承弹性支撑或箔片动压轴承弹性支撑刚度均一，箔片轴承承载能力非常低；第二代箔片轴承的特点是弹性支撑刚度在一个方向(轴向或者周向)变化，有效改善气膜结构，减小了该方向端部的空气泄漏，箔片轴承承载能力有较大提高；第三代箔片轴承包括较多数量的经精细裁剪的箔片，箔片动压轴承弹性支撑刚度在两个方向(轴向和周向)变化，使气膜结构在两个方向都得到优化，最大程度的减小了端部的空气泄漏，进一步增加了箔片轴承承载能力。

[0005] 虽然箔片轴承具有众多的优点，但因为理论研究严重滞后，造成制作工艺非常复杂，尤其是箔片动压轴承弹性支撑的设计制作更加复杂，其设计准则、尺寸确定、材料选取、热处理与表面处理等均需耗费大量工作，不仅研制难度很大，而且开发投入巨大，工艺水平要求高，目前只有少数几个公司掌握了它的设计制作方法，其设计准则和制作工艺也处于严格的保密范围，应用也主要局限于航空航天等少数领域。

[0006] 近年来，一些国家开始开发具有各自特色的箔片轴承，国内也出现很多具有自主知识产权的箔片轴承弹性支撑结构。

[0007] 公开号为CN1563732A、发明名称为“高速透平机械弹性支承平箔型止推气体轴承”的发明专利申请和公开号为CN2363119Y、发明名称为“弹性支承箔片动压径向轴承”的实用新型专利公开了一种采用橡胶片代替金属箔片的弹性支撑结构，该轴承结构简单，制作加工方便，但作为支撑的弹性橡胶片耐温性差，轴承弹性支撑容易因过热导致失效，同时因为刚度无法调节，轴承承载能力较低，无法实现工业化应用。

[0008] 公开号为专利CN101280801A、发明名称为“一种具有径向支撑箔片的动压气体轴承结构”的发明专利申请公开了一种带鼓泡的弹性支撑结构，该结构克服了弹性橡胶片耐温性差的缺点，但其鼓泡结构需要采用专用模具冲压而成，而且刚度均一，承载能力较低。

发明内容

[0009] 本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种箔片动压轴承弹性支撑装置及其制作方法，使其具有制作方便、结构简单、经济合理、刚度可调、承载力较高的特点。

[0010] 本发明提供的一种箔片动压轴承弹性支撑装置，包括由轴承弹性支撑本体和第一键组成的轴承弹性支撑，所述第一键设置于轴承弹性支撑本体的一端，第一键与轴承弹性支撑本体呈70°～100°，所述轴承弹性支撑本体上内外表面设有多条凸起。

[0011] 在上述技术方案中，所述轴承弹性支撑本体上设有多条轴承通槽，所述轴承通槽与凸起交叉布置。

[0012] 在上述技术方案中，所述轴承弹性支撑本体内外表面的凸起间隔布置。

[0013] 在上述技术方案中，所述轴承弹性支撑的展开图为长方形或扇形环。

[0014] 在上述技术方案中，所述轴承通槽有多排，多排轴承通槽之间的间距由轴承通槽中心向外侧逐渐减少。

[0015] 在上述技术方案中，所述多条凸起之间的间距相同。

[0016] 在上述技术方案中，所述多条凸起之间的间距由第一键向另一端逐渐减小。

[0017] 在上述技术方案中，所述轴承弹性支撑本体内外两侧的凸起厚度不相同。

[0018] 一种制作箔片动压轴承弹性支撑装置的方法，A、给轴承弹性支撑本体上需要留出凸起的地方涂上可防腐蚀的涂层；B、将涂好涂层的轴承弹性支撑本体放入化学腐蚀液或电化学腐蚀液中；C、通过控制腐蚀的时间设定需要形成的凸起的厚度，腐蚀完后取出轴承弹性支撑本体；D、将被腐蚀的部分从轴承弹性支撑本体上去除；E、将涂层去除。

[0019] 在上述技术方案中，在给轴承弹性支撑本体涂上涂层之前通过冲裁或线切割的方法在轴承弹性支撑本体上剪裁出轴承通槽。

[0020] 本发明的箔片动压轴承弹性支撑装置及其制作方法，具有以下有益效果：由于轴承弹性支撑采用化学腐蚀或电化学腐蚀等非机械加工方法制作，所以无需模具，既制作方便，又减少了大量模具研制加工所需的周期和费用，而且加工成的凸起不仅使轴承弹性支撑保持了较好的弹性，而且也使得用作箔片动压轴承弹性支撑装置的金属箔片材料也不受金属材料力学性能的限制，拓宽了用材范围，提高了加工效率。

[0021] 通过材料、腐蚀深度和通槽宽度的选择，并通过冲裁或线切割的方法剪裁，使得加工成带轴承通槽的轴承弹性支撑，该轴承弹性支撑不仅结构简单，而且实现了轴承弹性支撑在各方向上刚度的变化，并通过刚度的合理分布，使轴承气膜优化，大大提高了轴承承载力。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例1波型轴承的结构示意图；

[0023] 图2为本发明实施例1中径向轴承弹性支撑的展开图；

[0024] 图3为本发明实施例2叶型轴承的结构示意图；

[0025] 图4为本发明实施例2中径向轴承弹性支撑的展开主视图；

[0026] 图5为本发明实施例2中径向轴承弹性支撑的展开俯视图；

[0027] 图6为本发明止推轴承弹性支撑的结构示意图；

[0028] 图7为本发明箔片轴承沿轴向气膜压力分布示意图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

[0030] 实施例1

[0031] 图1所示为波型轴承结构示意图，波型轴承包括依次从外向内设置的轴承套1、轴承弹性支撑2、顶层箔片3和轴4。轴4悬浮于气膜上高速旋转，顶层箔片3在轴4静止时由于轴承弹性支撑2的作用，与轴4紧密贴合，当轴4达到一定转速后，产生的气膜动压克服轴承弹性支撑2的弹力，推开顶层箔片3，使轴4悬浮在气膜上。为了增强波型轴承的阻尼，顶层箔片3可以采用多层，一般为1层到3层，缠绕方向可以是同向，也可以是反向，层数越多，阻尼性越强，但承载能力会降低，反向阻尼性优于同向，但制作安装精度要求更高，需要权衡取舍。

[0032] 参见图2和图6，本发明波型轴承中的箔片动压轴承弹性支撑装置包括轴承弹性支撑2。所述轴承弹性支撑2由轴承弹性支撑本体2.4和第一键2.3组成，轴承弹性支撑本体2.4的一端设有第一键2.3，第一键2.3与轴承弹性支撑本体2.4呈70°～100°，在本实施例中，第一键2.3与轴承弹性支撑本体2.4呈90°。轴承弹性支撑本体2.4内外表面设有多条凸起2.1，所述多条凸起2.1之间的间距相同，所述轴承弹性支撑本体2.4内外表面的凸起2.1间隔布置。轴承弹性支撑本体2.4设有多条轴承通槽2.2，所述轴承通槽2.2与凸起2.1交叉布置。所述轴承通槽2.2有多排，多排轴承通槽2.2之间的间距由轴承通槽2.2中心向外侧逐渐减少，这种安排方式可以使刚度沿轴向由中心向两端逐渐减小，这样就减少了箔片轴承沿轴向两端空气泄漏的可能性，同时通过材料的选取以及凸起2.1高度即腐蚀深度的确定，共同决定了轴承弹性支撑2刚度的轴向分布，在本实施例中，轴承通槽2.2条数为偶数，一般为2到6条，根据轴承弹性支撑2尺寸的大小决定轴承通槽2.2裁剪的数量，在最佳实施例中，轴承通槽2.2共有四条，将径向轴承弹性支撑2沿轴向截面分成5个部分，所述轴承通槽2.2之间的间距宽度由中心向外侧共包括3个数量，即b1、b2、b3，通过b1、b2和b3的选取可以决定轴承弹性支撑本体2.4刚度的轴向分布，其中b1＞b2＞b3。图7充分显示了这种间距的安排方式使得压力在轴承弹性支撑2上的分布情况及效果，曲线Ⅰ是轴承弹性支撑2没有经过裁剪的压力分布，曲线Ⅱ是轴承弹性支撑2经过裁剪后的压力分布，曲线Ⅱ表明，轴承弹性支撑2经过裁剪后承载能力明显增加。轴承弹性支撑2包括径向轴承弹性支撑和止推轴承弹性支撑。图2所示为径向轴承弹性支撑的展开图，图6所示为止推轴承弹性支撑的展开图，径向轴承弹性支撑的展开图为长方形，止推轴承弹性支撑的展开图为扇形环。

[0033] 本发明箔片动压轴承弹性支撑装置的制作方法如下：

[0034] A、通过冲裁或线切割的方法在轴承弹性支撑本体2.4上剪裁出轴承通槽2.2。

[0035] B、给径向轴承弹性支撑本体2.4上需要留出凸起2.1的地方涂上可防腐蚀的涂层(图中未示出)；

[0036] C、将涂好涂层的轴承弹性支撑本体2.4放入化学腐蚀液(图中未示出)或电化学腐蚀液(图中未示出)中；

[0037] D、通过控制腐蚀的时间设定需要形成的凸起2.1的厚度，腐蚀完后取出轴承弹性支撑本体2.4；

[0038] E、将被腐蚀的部分从轴承弹性支撑本体2.4上去除；

[0039] F、将涂层去除。

[0040] 实施例2

[0041] 本实施例与与实施例1基本相同，不同之处在于：图3所示为叶型轴承结构示意图，所述叶型轴承中的径向轴承弹性支撑由多片叶型径向轴承弹性单元5两侧相接组成，根据叶型轴承的尺寸大小，一般选取4片到12片，这样做的好处是相对于单片来说更易于装配，在本实施例中，径向轴承弹性支撑由5片叶型径向轴承弹性单元5组成。

[0042] 参见图4至图5，叶型径向轴承弹性单元5上的凸起2.1之间的间距，由第一键2.3向背离另一端逐渐减小，在本实施例中，叶型径向轴承弹性单元5上的凸起2.1共有5条，凸起2.1之间的间距包括a1、a2、a3和a4，其中a1靠近第一键2.3的一侧，a4位于背离第一键2.3的一侧，a2和a3依次位于两者之间，a1＞a2＞a3＞a4。在同样厚度情况下，间距越大，刚度越小，这种凸起2.1之间间距的周向变化的布置使得叶型径向轴承弹性单元5的周向刚度分布更为合理，明显提高了叶型径向轴承弹性单元5的承载能力。在本实施例中，叶型径向轴承弹性单元5设有两条轴承通槽2.2，轴承通槽2.2将叶型径向轴承弹性单元5沿轴向截面分成3个部分，所述径向轴承通槽2.2之间的间距宽度由中心向外侧共包括2个数量，即b1、b2，通过b1和b2的选取可以决定叶型径向轴承弹性单元5刚度的轴向分布，其中b1＞b2。图7充分显示了这种间距的安排方式使得压力在轴承弹性支撑2上的分布情况及效果，曲线Ⅰ是轴承弹性支撑2没有经过裁剪的压力分布，曲线Ⅱ是轴承弹性支撑2经过裁剪后的压力分布，曲线Ⅱ表明，轴承弹性支撑2经过裁剪后承载能力明显增加。叶型径向轴承弹性单元5的内凸起2.1.1和外凸起2.1.2高度分别为h1和h2，即腐蚀的内外深度，h1和h2可以相同也可以不同，h1＝h2时，只需经过一次腐蚀内外表面即可达到要求，当h1≠h2时，腐蚀需分两次进行，即先将一面完全涂上可防腐蚀的涂层，将另一面先腐蚀，控制好时间，待另一面腐蚀深度达到要求后，将完全涂上涂层的一面需要腐蚀的部分的涂层去除，放入化学腐蚀液或电化学腐蚀液中腐蚀，按照所需的腐蚀深度控制好时间即可。

[0043] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

[0044] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。