动压气体径向轴承及其组装方法以及动力设备

技术领域

本发明涉及气体轴承技术领域，特别涉及一种动压气体径向轴承及其组装方法以及动力设备。

背景技术

箔片空气轴承是一种采用弹性支承结构的自作用式动压空气轴承，它主要是由轴承座、弹性支承结构和顶层箔片组成。由于采用气体作为润滑介质，与传统的滚动轴承和油轴承相比，具有转速高、摩擦功耗小、无需润滑、抗冲击能力强、能在高低温等恶劣环境下工作、维护成本低等优点，在鼓风机、压缩机、微型燃气轮机、电子涡轮增压器和辅助动力系统等高速旋转设备中均得到了广泛的应用。

箔片空气轴承是利用顶层箔片和转子间楔形间隙气膜的压缩效应支承转子高速运转的，为保证形成稳定的楔形压缩气膜，一方面要求顶层箔片与转子间需要合理的气膜间隙，另一方面需要轴承底部的支承波箔片具有良好的一致性，同时要求转子在重载或冲击工作载荷下，转子能够小幅振动稳定运行，轴承具有良好的阻尼性能。目前，径向箔片气体轴承的顶层箔片与转子之间的气膜间隙一般设计在0.04mm～0.08mm之间，但是受到顶层箔片热加工弯曲变形影响，需要对转子进行修磨调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动压气体径向轴承及其组装方法以及动力设备，以更好地满足转子与轴承之间的间隙要求。

本发明第一方面提供一种动压气体径向轴承，包括：

轴承体，具有轴孔；以及

弹性支承结构，包括沿径向方向依次设置的底层垫片、支承波箔和顶层箔片，底层垫片、支承波箔和顶层箔片相互独立且分体设置。

在一些实施例中，弹性支承结构包括沿周向分布的至少两个底层垫片。

在一些实施例中，至少两个底层垫片中相邻的两个底层垫片之间具有空隙。

在一些实施例中，底层垫片由方形箔片弯曲而成。

在一些实施例中，底层垫片的厚度为0.05～0.1mm。

在一些实施例中，轴承体上开设有贯穿轴承体的轴向两端的安装孔，安装孔与轴孔间隔设置且通过连通缝连通，并用于安装顶层箔片。

在一些实施例中，顶层箔片为圆柱形套筒结构且一端设置有顶箔折弯段(21)，所述顶箔折弯段(21)嵌入到连通缝中。

在一些实施例中，支承波箔包括多个波状凸起段以及设置于相邻的两个波状凸起段之间的水平连接段，水平连接段与底层垫片接触。

在一些实施例中，弹性支承结构包括沿周向分布的至少两个支承波箔；和/或，弹性支承结构包括沿轴向分布的至少两个支承波箔。

在一些实施例中，轴承体开设有至少两个安装缝，至少两个安装缝用于对应至少两个支承波箔。

本发明第二方面提供一种动压气体径向轴承的组装方法，包括：

在轴承体上安装顶层箔片和支承波箔；

在支承波箔与轴承体之间插入底层垫片以调整顶层箔片与转子之间的间隙。

本发明第三方面提供一种动力设备，包括转子和本发明第一方面提供的动压气体径向轴承，转子包括转轴，转轴设置于轴孔内。

基于本发明提供的技术方案，动压气体径向轴承包括轴承体，具有轴孔；以及弹性支承结构，包括沿径向方向依次设置的底层垫片、支承波箔和顶层箔片，底层垫片、支承波箔和顶层箔片相互独立且分体设置。本发明的动压气体径向轴承的底层垫片相对于支承波箔和顶层箔片独立且分体设置，那么就可以在装配好支承波箔和顶层箔片后再将底层垫片嵌入到支承波箔与轴承体之间从而实现对顶层箔片与转轴之间间隙的调整，与现有技术相比，无需对转轴进行修磨以更好地满足转子与轴承之间的间隙要求。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的气体径向轴承的结构示意图；

图2为图1中M部的局部放大结构图；

图3为图1中的轴承体的结构示意图；

图4为图1中的顶层箔片的结构示意图；

图5为图1中的支承波箔的结构示意图；

图6为图1中的底层垫片的结构示意图。

各附图标记分别代表：

1、轴承体；11、安装孔；12、安装缝；13、连通缝；

2、顶层箔片；21、顶箔折弯段；

3、支承波箔；31、波状凸起段；32、水平连接段；33、波箔折弯段；

4、底层垫片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1至图6所示，本发明实施例的动压气体径向轴承包括：

轴承体1，具有轴孔；以及

弹性支承结构，包括沿径向方向依次设置的底层垫片4、支承波箔3和顶层箔片2，底层垫片4、支承波箔3和顶层箔片2相互独立且分体设置。

本发明实施例的动压气体径向轴承的底层垫片4相对于支承波箔3和顶层箔片2独立且分体设置，那么就可以在装配好支承波箔3和顶层箔片2后再将底层垫片4嵌入到支承波箔3与轴承体1之间从而实现对顶层箔片2与转轴之间间隙的调整，与现有技术相比，无需对转轴进行修磨以更好地满足转子与轴承之间的间隙要求。另外，由于在轴承体1的内壁与支承波箔3之间增加了底层垫片4，由于底层箔片4垫高了支撑波箔3，使支撑波箔3受到一定的预紧力，增加了支撑波箔3与顶层箔片2的接触面积，使支承波箔3高度存在变形量，这样即使支承波箔3的高度一致性不是太高也不会影响到顶层箔片2和转子间楔形气膜的厚度分布，从而降低对波箔一致性的要求。

本发明实施例还提供一种动压气体径向轴承的组装方法，包括：

在轴承体1上安装顶层箔片2和支承波箔3；

在支承波箔3与轴承体1之间插入底层垫片4以调整顶层箔片2与转子之间的间隙。

在装配好支承波箔3和顶层箔片2后再将底层垫片4嵌入到支承波箔3与轴承体1之间从而实现对顶层箔片2与转轴之间间隙的调整，与现有技术相比，无需对转轴进行修磨以更好地满足转子与轴承之间的间隙要求。

下面根据图1至图6对本发明实施例的动压气体径向轴承的结构进行详细说明。

如图1和图2所示，本实施例的动压气体径向轴承包括轴承体1和弹性支承结构，轴承体1具有轴孔，弹性支承结构包括沿径向方向依次设置的底层垫片4、支承波箔3和顶层箔片2。

如图3所示，轴承体1的端部开设有安装孔11。安装孔11贯穿轴承体1的轴向两端，且安装孔11与轴孔有一定距离，通过连通缝13将安装孔11与轴孔连通，方便进行顶层箔片2的安装与固定。如图3所示，本实施例的顶层箔片2为圆柱形套筒结构，在顶层箔片2的一端设有向上翘起的顶箔折弯段21，该顶箔折弯段21用来嵌入到连通缝13中，保证转子在启停阶段顶层箔片2也不会发生轴向滑动。

本实施例的连通缝13的宽度比顶层箔片2的厚度大0.01～0.02mm，使两者之间为过渡配合，具有一定的预紧力。同时在安装孔11的位置安装圆柱销进行预压固定，有效防止轴向移动。

本实施例的顶层箔片2在靠近顶箔折弯段21处设置斜坡，主要用来形成气膜并与顶层箔片2的未折弯端进行接触。本实施例的顶层箔片2上设置的斜坡由其表面涂层从薄到厚来形成。

本实施例的顶层箔片2在与转子接触的内壁设置有耐磨润滑涂层以保证转子在启停时磨损较少，降低启动转矩，提高轴承可靠性。

如图3所示，本实施例的安装孔11为圆孔。且安装孔的数量为2-6个为宜，优选3个以保证轴承体1应力均匀。

如图5所示，本实施例的支承波箔3为弯曲形状，包括多个波状凸起段31、设置于相邻的两个波状凸起段31之间的水平连接段32以及设置于一端的波箔折弯段33，其中波状凸起段31与顶层箔片2接触，水平连接段32与底层垫片4的内表面接触。

波箔折弯段33嵌装在轴承体1的安装缝12处，保证转子启停时支承波箔3不会发生周向相对滑动。且该安装缝12的宽度比波箔厚度大0.01～0.02mm，使两者之间为过渡配合，具有一定的预紧力，防止轴向移动。

本实施例的支承波箔为非整圆结构。本实施例的弹性支承结构包括沿周向分布的至少两个支承波箔3。对应的轴承体1开设有至少两个安装缝12，至少两个安装缝12用于对应至少两个支承波箔3。

本实施例的安装缝12靠近安装孔11设置。

本实施例的弹性支承结构包括沿轴向分布的至少两个支承波箔3。如此设置有利于均匀受力，并且支撑波箔3在轴承体1内沿圆周方向有多块拼接成圆形，相邻两片之间预留小段间隙，保证受力后能够进行微小滑动。

本实施例的支撑波箔3表面的弹性波纹支撑结构凸起加工精度和一致性主要依靠磨具进行保证。支撑波箔3表面的弹性波纹加工完成后，经过热处理工艺进行弯曲成型，之后进行轴承组装。

如图1所示，本实施例的弹性支承结构包括沿周向分布的至少两个底层垫片4。本实施例的底层垫片4沿轴承体1内壁进行自由弯曲，拼接成圆形，在相邻两片之间预留一小段空隙，容许底层垫片4微小滑动。

底层垫片4的厚度不宜太厚，厚度选择范围在0.05～0.1mm之间为宜。至少两个底层垫片4中相邻的两个底层垫片4之间具有空隙。

如图6所示，本实施例的底层垫片4由方形箔片弯曲而成。长度根据轴承体1的轴孔的半径进行设计。

为保证较好的弯曲性能，需要对底层垫片进行热处理工艺，增加底层垫片的弹性。

本实施例的底层垫片4的内壁与支撑波箔3的水平连接段32紧密接触，外壁与轴承体1的内壁进行接触，在安装过程中受到挤压的预紧力，保证底层垫片4不会发生轴向和周向的移动。本实施例的底层垫片4需要在轴承与轴装配后进行装配，进行气膜间隙调整，既能保证转子轴无需进行修磨，也能保证合理的设计间隙。而且支承波箔3在气膜作用力下，通过顶层箔片2的力传递作用，会发生微小弹性伸展变形，与顶层箔片2、底层垫片4内外壁、轴承体内表面发生微滑动，为轴承高速运转提供足够的阻尼，保证转子运转的稳定性。

而且由于在轴承体1的内壁增加了底层垫片4，由于底层箔片4垫高了支撑波箔3，使支撑波箔3受到一定的预紧力，增加了支撑波箔3的波状凸起段31与顶层箔片2的接触面积，使支承波箔3高度存在变形量，这样即使支承波箔3的高度一致性不是太高也不会影响到顶层箔片2和转子间楔形气膜的厚度分布，从而降低对波箔一致性的要求。

本实施例的动压气体径向轴承的工作过程如下：

本实施例的转子在高速工作时，轴承中心与转子存在一定量的偏心，会在转子与顶层箔片2之间形成一定厚度的气膜，对转子进行支撑。在轴承体1的内壁设置底层垫片4，在底层垫片4上方设置支承波箔3，支承波箔3通过波箔折弯段33嵌入轴承体1的安装缝进行固定。水平连接段32与底层垫片4的内壁进行接触。同时在支承波箔3的上方安装顶层箔片2，顶箔折弯段21嵌入轴承体安装孔的连通缝中，并在安装孔中安装圆柱长销进行固定。由于顶层箔片2的回弹和底层垫片4的支撑，使其受到一定的预紧力，会使顶层箔片2外壁与波箔表面的凸起能够充分接触，防止波箔受力不均匀。同时由于传统轴承组装后未受到预紧力，转子与顶层箔片之间的间隙以及波箔高度的一致性，需要依靠高精度的磨具进行保证，增加了工艺复杂性。使用本实施例的轴承，可以降低波箔磨具精度，设计时增大公差，在轴承组装后通过增加底层垫片进行设计间隙调整，保证了设计的精度和轴承的一致性。同时由于气膜力作用在顶层箔片，传递给支承波箔，使其发生弹性变形，在与顶层波箔和底层垫片之间发生微滑动，会增加轴承的结构阻尼，由于增加底层垫片与支撑波箔、底层垫片与轴承体间也有相对滑动，也会增加摩擦阻力提高阻尼，提高轴承的可靠性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。