气浮轴承及设备

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，特别是涉及一种气浮轴承及设备。

背景技术

气浮轴承是以周围环境中的气体作为润滑剂并采用箔片作为弹性支承元件的一种动压轴承，国外从20世纪70年代就已经将空气轴承商品化并广泛应用于空气制冷系统中。如图1所示，气浮轴承包含三个主要结构部件：顶箔、波箔和轴承套。顶箔和波箔位于轴承套内，相互配合形成圆弧形的柔性表面，为轴承提供结构刚度和阻尼性能。

现有技术中波箔的刚度一般为某个确定值，只能满足一种载荷的运行需求。但是，设备在运行过程中其负载会发生变化，因此现有技术中的气浮轴承就无法满足不同负载下的运行需求。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中气浮轴承无法满足不同负载的运行需求的技术问题，提出一种气浮轴承及设备。

本发明采用的技术方案是：

本发明提出了一种气浮轴承及设备，气浮轴承包括：轴承外壳，依次设置在所述轴承外壳内侧的波箔和顶箔，所述波箔包括多个沿着所述轴承外壳的周向依次间隔设置的第一箔片，多个沿着所述轴承外壳的周向依次间隔设置的第二箔片，多个沿着所述轴承外壳的周向依次间隔设置的第三箔片，所述第一箔片、所述第二箔片和所述第三箔片在所述轴承外壳径向上的高度依次减小，所述第一箔片、所述第二箔片和所述第三箔片的刚度依次增大。

进一步的，所述第一箔片、所述第二箔片和所述第三箔片的数量依次减少。

进一步的，还包括底层固定圈，所述第一箔片、所述第二箔片和所述第三箔片固定在所述底层固定圈的内圈上，所述底层固定圈的外圈与所述轴承外壳贴合。

进一步的，所述底层固定圈的外圈上沿着周向依次设有多个凹槽，所述底层固定圈的材质为柔性材质。

优选的，所述第一箔片包括并排相连的两个圆圈，任意一个所述圆圈与所述底层固定圈固定，所述两个所述圆圈的圆心和所述轴承外壳的圆心经过同一直线。

优选的，所述第二箔片呈规则六边形状，所述第二箔片包括第一内角和第二内角，所述第一内角大于所述第二内角，所述第二箔片与所述底层固定圈连接的边对应两个所述第二内角。

优选的，所述第三箔片呈梯形状，所述第三箔片的下底与所述底层固定圈连接。

优选的，所述第一箔片的材质为橡胶，所述第二箔片的材质为钢，所述第三箔片的材质为复合金属。

优选的，每个所述第二箔片设置在两个所述第一箔片之间，每个所述第三箔片设置在两个所述第一箔片之间。

设备，包括上文所述的气浮轴承。

与现有技术比较，本发明提出的气浮轴承通过第一箔片、第二箔片和第三箔片形成了承载负载的分级式结构，其中第一箔片形成第一负载层可以承载轻级负载，第二箔片形成的第二负载层可承载中级负载，第三箔片形成的第三负载层可承载重级负载，满足不同负载的运行需求，有效提高了气浮轴承的阻尼刚度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中气浮轴承的结构示意图；

图2为本发明实施例中气浮轴承的整体结构示意图；

图3为本发明实施例中波箔的结构示意图；

图4为图3的局部放大图；

1、轴承外壳；2、波箔；21、第一箔片；22、第二箔片；23、第三箔片；3、顶箔；4、转轴；5、底层固定圈。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

气浮轴承是以周围环境中的气体作为润滑剂并采用箔片作为弹性支承元件的一种动压轴承，国外从20世纪70年代就已经将空气轴承商品化并广泛应用于空气制冷系统中。如图1所示，气浮轴承包含三个主要结构部件：顶箔、波箔和轴承套。顶箔和波箔位于轴承套内，相互配合形成圆弧形的柔性表面，为轴承提供结构刚度和阻尼性能。

现有技术中波箔的刚度一般为某个确定值，因此其只能满足一种载荷的运行需求。但是，设备在运行过程中其负载会发生变化，因此现有技术中的气浮轴承就无法满足不同负载下的运行需求。

综上所述，为了解决现有技术中气浮轴承无法满足不同负载的运行需求的技术问题，本发明提出一种气浮轴承，包括：

轴承外壳，依次设置在轴承外壳内侧的波箔和顶箔。特别的，波箔包括多个沿着轴承外壳的周向依次间隔设置的第一箔片，多个沿着轴承外壳的周向依次间隔设置的第二箔片，多个沿着轴承外壳的周向依次间隔设置的第三箔片。其中，第一箔片、第二箔片和第三箔片在轴承外壳径向上的高度依次减小，第一箔片、第二箔片和第三箔片的刚度依次增大。

因此，多个第一箔片形成了第一负载层，多个第二箔片形成了第二负载层，多个第三箔片形成了第三负载层，第一负载层、第二负载层和第三负载层沿着远离轴承外壳的中心处的方向依次间隔设置，第一负载层、第二负载层和第三负载层的刚度依次增大，第一负载层、第二负载层和第三负载层承载负载的能力依次增强。因此，本发明提出的气浮轴承能够承载多种不同的负载，因此若设备在运行过程中其负载发生了变化，本发明提出的气浮轴承也能满足负载的运行需求。

下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。

如图2至图4所示，在本实施例中，该气浮轴承包括空心圆柱状的轴承外壳1，依次设置在轴承外壳1内侧的波箔2、顶箔3和转轴4，其中波箔2包括多个沿着轴承外壳1的周向依次均匀间隔设置的第一箔片21，多个沿着轴承外壳1的周向依次均匀间隔设置的第二箔片22，多个沿着轴承外壳1的周向依次均匀间隔设置的第三箔片23，第一箔片21、第二箔片22和第三箔片23在轴承外壳径向上的高度依次减小，第一箔片21、第二箔片22和第三箔片23的刚度依次增大。

进一步的，为了便于将波箔中的第一箔片、第二箔片和第三箔片整体固定在一起，在轴承外壳1内侧还设有底层固定圈5，其中底层固定圈5设置在轴承外壳1和波箔2之间，且底层固定圈5的外圈和轴承外壳1贴合。具体的，如图3和图4所示，第一箔片21包括并排相连的两个圆圈，其中一个圆圈与底层固定圈5的内圈固定，且两个圆圈的圆心、轴承外壳的圆心以及底层固定圈的圆心在一条直线上。第二箔片22呈规则六边形状，在本实施例中第二箔片不是正六边形状，第二箔片包括第一内角和第二内角，其中第一内角大于第二内角，第二箔片的一条边固定在底层固定圈5的内圈上，且第二箔片与底层固定圈相连的边所对应的两个内角是第二内角，这样设置能够使第二箔片能产生更大的形变力承载负荷。第三箔片23呈等腰梯形状，第三箔片的下底与底层固定圈5的内圈固定连接。因此，多个第一箔片沿着轴承外壳的周向均匀间隔设置并绕设成圈，所有第一箔片中未与底层固定圈连接的圆圈围成了一圈第一负载层。多个第二箔片沿着轴承外壳的周向均匀间隔设置并绕设成圈，所有第二箔片中平行于底层固定圈边围成了一圈第二负载层。多个第三箔片沿着轴承外壳的周向均匀间隔设置并绕设成圈，所有第三箔片的上底围成了一圈第三负载层。其中，第一负载层、第二负载层和第三负载层沿着远离轴承外壳的圆心的方向依次间隔设置。为了满足不同负载的运行需求，第一箔片、第二箔片和第三箔片的刚度依次增大，所以第一负载层承载负荷的能力小于第二负载层，第二负载层承载负荷的能力小于第三负载层。同时，根据第一箔片、第二箔片和第三箔片的形变能力以及需要承载的负荷的运行需求，第一箔片的数量大于第二箔片的数量，第二箔片的数量大于第三箔片的数量。在本实施例中，第一箔片、第二箔片和第三箔片的数量比为4：2：1，且每个第三箔片和每个第二箔片均是设置在两个第一箔片之间的。

进一步的，底层固定圈的材质为柔性材质且底层固定圈与轴承外壳贴合的外圈上设有多个凹槽，该多个凹槽沿着轴承外壳的周向设置，因此底层固定圈也可以在设备运行的过程中产生一定的形变力承载负荷。

具体的，在本实施例中，第一箔片的材质为橡胶，第二箔片的材质为钢，第三箔片的材质为复合金属。在其他实施例中，第一箔片、第二箔片和第三箔片的具体形状和数量都是可以改变的，只要满足分级式复合结构设计即可。同时，在本实施例中，第一箔片、第二箔片和第三箔片的形状可以是第一箔片、第二箔片和第三箔片的横截面的形状，也可以是第一箔片、第二箔片和第三箔片的实际立体结构。若第一箔片的双圆圈结构是是实际的立体结构，则沿着轴承外壳的轴向依次设有成排的第一箔片，同理沿着轴承外壳的轴向依次设有成排的第二箔片和第三箔片。

由此可知，当设备的负载较轻时，第一箔片形成的第一负载层便可以满足负载的运行需求。若在运行的过程中设备的负载增大，第一负载层无法满足增大后的负载的运行需求，则此时第一负载层形变挤压第二箔片形成的第二负载层，第一负载层通过形变将载荷值传递到第二负载层上，在此后的运行过程中，第二负载层和第一负载层一起承载负载。同理，若设备的负载还继续增大，第一负载层和第二负载层无法满足其运行需求，则此时第二负载层形变挤压第三箔片形成的第三负载层，第二负载层通过形变将载荷值传递到第三负载层上，在此后的运行过程中，第三负载层、第二负载层和第一负载层一起承载负载。同时，第三负载层形变承载负荷的时候，底层固定圈也能形变一同承载负载。

因此，本发明提出的气浮轴承通过第一箔片、第二箔片和第三箔片形成了承载负载的分级式负荷结构，其中第一箔片形成第一负载层可以承载轻级负载，第二箔片形成的第二负载层可承载中级负载，第三箔片形成的第三负载层可承载重级负载，满足不同负载的运行需求，有效提高了气浮轴承的阻尼刚度。

本发明还提出一种设备，该设备包括上文提出的气浮轴承，具体的该设备可以是压缩机、涡轮增压器需要实现转动的设备。

需要注意的是，上述所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

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申请的范围。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。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

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。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。