一种新型空气动压轴承的制作方法

1.本发明涉及空气动压轴承技术领域，尤其是涉及一种新型空气动压轴承。


背景技术：

2.空气动压轴承以其摩阻低、适用转速高、适用温度范围广等优点被越来越多的领域所使用，由于室温下空气粘度仅为10号机械油的五千分之一，在转速高达5万转/分时，其温升不超过20～30℃，甚至能够满足高达130万转/分的转速要求，其卓越的性能已然成为更高效高速的代名词，应用前景非常广阔。
3.在现有技术中，空气动压轴承的轴承片采用三段式或多段式箔片组合而成，由于空气动压轴承对装配精度要求很高，这种形式的轴承片很难保证其装配精度，且箔片与箔片之间存在间隙，在空气动压轴承高速运转状态下三段式或多段式箔片承载力、抗冲击能力与抗疲劳性能较差，加之其与空气摩擦产生的高温会导致空气动压轴承在高速运转时其箔片发生形变，进而导致其浮力下降，使用寿命降低。另外，空气动压轴承的箔片通过箔波支撑，随着空气动压轴承使用时间的增加，灰尘会从轴承片的进气口进入，形成灰层，随着灰层的逐渐增加，会导致箔片与箔波之间摩擦阻力增大，出现卡滞现象，严重时会损坏轴承。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种新型空气动压轴承，以解决现有技术中，空气动压轴承装配精度低、其承载力、抗冲击能力与抗疲劳性能差、加之其高速旋转时与空气摩擦产生的高温会导致空气动压轴承在高速运转时其箔片发生形变，进而导致其浮力下降，使用寿命降低，以及灰尘从轴承片的进气口进入，形成灰层，随着灰层的逐渐增加，会导致箔片与箔波之间摩擦阻力增大，出现卡滞现象，严重时会损坏轴承的技术问题。
5.本发明提供的一种新型空气动压轴承为多层结构的圆筒形轴承，其由外至内依次设置有：轴承座、箔波、顶层箔片、轴承片，且依次贴合；轴承座为圆筒；轴承片为一体成型的圆筒；顶层箔片为薄板，顶层箔片包覆在轴承片的外表面；箔波是截面为波浪形状的薄波浪形板，其中，箔波完全包覆在顶层箔片的外表面；在轴承片的内壁上设置有导流槽；轴承片高速旋转时能够根据导流槽实现流体动压效应。
6.采用本方案的有益效果是，轴承片采用一体成型的结构，避免了在长时间使用中，灰尘进入轴承内部，箔波与顶层箔片之间摩擦力增大导致的卡滞现象。设置导流槽的有益效果是，在新型空气动压轴承与轴之间形成动压效应，增加了润滑效果，减小了摩擦阻力，另外，波浪形的箔波与顶层箔片的设置能够使新型空气轴承与轴之间保持及时的形变，降低了由形变带来的磨损，延长了新型空气动压轴承的使用寿命。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步地，导流槽沿轴承片的几何中心轴线方向螺旋设置在轴承片的内壁上。
9.采用上述进一步方案的有益效果是，设置的导流槽能够使流经导流槽的气流产生
动压效应，具有支撑与减小摩擦阻力的有益效果；另外，本方案提供的空气动压轴承与轴承座有箔波的支撑，与轴之间存在空气动压效应产生的空气膜支撑，空气动压轴承的内外支撑力使其旋转时稳定性更高，性能更好。
10.进一步地，包括至少2条导流槽从轴承片的中部沿轴承片的几何中心轴线方向分别向轴承片的两端延伸，且导流槽与轴承片几何中心轴线相垂直的面之间具有夹角。
11.进一步地，导流槽对称设置在轴承片的内壁上，且对称设置的导流槽在轴承片的几何中心轴线所在的中心面上的投影呈“八”字形。
12.进一步地，箔波与顶层箔片数量相同，且箔波完全覆盖顶层箔片。
13.进一步地，轴承座内壁上设置有固定槽，箔波与顶层箔片通过固定槽与轴承座固定连接。
14.进一步地，固定槽在轴承座内壁上沿圆周等分设置三个。
15.采用上述进一步方案的有益效果是，圆周三等分设置的固定槽在轴承座的内壁上形成三点固定形式，在空气动压轴承随轴高旋转时，固定效果好，稳定性高。
16.进一步地，箔波与顶层箔片的数量均为三片。
17.进一步地，固定槽数量为多个。
18.进一步地，轴承片采用高强度弹簧钢、钛合金、高温合金或者高强度复合材料，且轴承片内壁喷涂耐磨耐高温涂层。
19.本发明提供的一种新型空气动压轴承为多层结构的圆筒形轴承，其由外至内依次设置有：轴承座、箔波、顶层箔片、轴承片，且相邻组件之间互相接触；轴承片为一体成型的圆筒，在轴承片的内壁上设置有导流槽；轴承片高速旋转时能够根据导流槽实现流体动压效应。解决了现有技术中，空气动压轴承装配精度低、其承载力、抗冲击能力与抗疲劳性能差、加之其高速旋转时与空气摩擦产生的高温会导致空气动压轴承在高速运转时其箔片发生形变，进而导致其浮力下降，使用寿命降低，以及灰尘从轴承片的进气口进入，形成灰层，随着灰层的逐渐增加，会导致箔片与箔波之间摩擦阻力增大，出现卡滞现象，严重时会损坏轴承的技术问题。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
21.图1为本发明提供的一种新型空气动压轴承结构的剖面示意图；
22.图2为本发明提供的一种新型空气动压轴承局部剖面示意图；
23.图3为本发明提供的一种可选实施例中轴承片内壁设置的导流槽示意图；以及
24.图4为本发明提供的另一种可选实施例中轴承片内壁设置的导流槽示意图。
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
26.轴承座
‑
1，箔波
‑
2，顶层箔片
‑
3，轴承片
‑
4，固定槽
‑
5，导流槽
‑
6。
具体实施方式
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
32.本发明提供了一种新型空气动压轴承为多层结构的圆筒形轴承，请参考图1
‑
图4，其由外至内依次设置有：轴承座1、箔波2、顶层箔片3、轴承片4，且依次贴合；轴承座1为圆筒；轴承片4为一体成型的圆筒；顶层箔片3为薄板，顶层箔片3包覆在轴承片4的外表面；箔波2是截面为波浪形状的薄波浪形板，其中，箔波2完全包覆在顶层箔片3的外表面；在轴承片4的内壁上设置有导流槽6；轴承片4高速旋转时能够根据导流槽6实现流体动压效应。
33.具体的，在本方案中，轴承片4为一体成型的圆筒，在其内壁上设置有导流槽6，导流槽6优选螺旋状或者呈人字形设置在轴承片4的内壁表面，当新型空气动压轴承高速旋转时，空气流经导流槽6能够形成空气动压效应，即在新型空气动压轴承与轴之间形成空气润滑层，起到流体动压润滑的作用，需要说明的是，流体动压润滑依靠两摩擦副之间运动，使流体(如空气)沿导流槽6的方向挤压，同时由于流体(如空气)内摩擦力的存在产生较大的压力(动压)，形成足够厚度的气膜将两摩擦副撑开，摩擦阻力更小，效率更高。其中，优选的是，轴承片4可以采用高强度弹簧钢、钛合金、高温合金或者高强度符合材料等制作。
34.另外，在轴承座1与轴承片4之间设置有箔波2和顶层箔片3，箔波2与轴承座1接触，箔波2覆盖在顶层箔片3上，顶层箔片3覆盖在轴承片4外壁上，箔波2截面形状为波浪形，在轴承座1与轴承片4之间起支撑作用。顶层箔片3在箔波2与轴承片4外壁之间其润滑作用，使轴承片4在高速旋转运动中能够顺畅的滑动，并能保持轴承在运行过程中及时的形变，需要说明的是，新型空气轴承在高速运转时会跟随轴产生微小的形变，波浪形的箔波2与顶层箔片3的设置可以将此形变带来的转矩抵消，从而使新型空气轴承与轴之间保持及时的形变，增加新型空气轴承的使用寿命。
35.本方案与现有技术相比，轴承片4采用一体成型的结构，避免了在长时间使用中，灰尘进入轴承内部，箔波2与顶层箔片3之间摩擦力增大导致的卡滞现象。设置导流槽6的有益效果是，在新型空气动压轴承与轴之间形成动压效应，增加了润滑效果，减小了摩擦阻力，另外，波浪形的箔波2与顶层箔片3的设置能够使新型空气轴承与轴之间保持及时的形变，降低了由形变带来的磨损，延长了新型空气动压轴承的使用寿命。
36.在进一步可选的实施例中，导流槽6沿轴承片4的几何中心轴线方向螺旋设置在轴承片4的内壁上。
37.具体的，在本方案中，导流槽6设置在轴承片4的内壁表面，动压轴承高速旋转时，空气流在导流槽6的作用下产生空气动压效应，在轴承片4与轴之间形成了一层空气膜，对空气动压轴承与轴之起到支撑作用，并减小其摩擦阻力。需要说明的是，导流槽6沿轴承片4的中心轴线方向在轴承片4的一端向另一端呈螺旋状延伸；其中，导流槽6的数量可以是一条也可以是多条，在设置多条导流槽6的情况下，多条导流槽6均沿轴承片4的中心轴线方向螺旋设置在轴承片4的内壁，且多条导流槽6均不相交。另外，导流槽6螺旋与中心轴线之间具有夹角，此夹角的角度可以是任意的。
38.本方案与现有技术相比，设置的导流槽6能够使流经导流槽6的气流产生动压效应，具有支撑与减小摩擦阻力的有益效果；另外，本方案提供的空气动压轴承与轴承座1有箔波2的支撑，与轴之间存在空气动压效应产生的空气膜支撑，空气动压轴承的内外支撑力使其旋转时稳定性更高，性能更好。
39.在进一步可选的实施例中，包括至少2条导流槽6从轴承片4的中部沿轴承片4的几何中心轴线方向分别向轴承片4的两端延伸，且导流槽6与轴承片4几何中心轴线相垂直的面之间具有夹角。
40.具体的，在本方案中，优选的是在轴承片4内壁设置至少2条导流槽6，至少2条导流槽6分别从轴承片4的中部开始沿轴承片4的几何中心轴线方向分别向轴承片4的两端延伸，其中，导流槽6与轴承片4的中心轴线相垂直的面之间均具有夹角。需要说明的是，至少2条导流槽6在轴承片4的中部开始沿轴承片4的几何中心轴线方向分别向轴承片4的两端延伸的形状可以呈螺旋状，也可以呈其他能够导致气流产生动压效应的其他形状。
41.在进一步可选的实施例中，导流槽6对称设置在轴承片4的内壁上，且对称设置的导流槽6在轴承片4的几何中心轴线所在的中心面上的投影呈“八”字形。
42.具体的，在本方案中，多条导流槽6对称设置在轴承片4的内壁上，更为优选的是，多条导流槽6以轴承片4的中心横截面为对称面对称设置在轴承片4内壁上，对称设置的导流槽6不相交，且对称设置的导流槽6在轴承片4上呈“八”字形状。
43.在进一步可选的实施例中，箔波2与顶层箔片3数量相同，且箔波2完全覆盖顶层箔
片3。
44.具体的，在本方案中，箔波2是截面为波浪形状的薄金属板，其完全包覆在顶层箔片3的外表面；顶层箔片3为薄金属板，其包覆在轴承片4的外表面上，与轴承片4外表面贴合形成圆筒形状，需要说明的是，顶层箔片3形成的圆筒具有开口，且在开口处将顶层箔片3的一边折叠，使之与经过该折叠点的切线相垂直。顶层箔片3位于轴承片4与箔波2之间，且顶层箔片3与轴承片4和箔波2紧密贴合。在一个可选的实施例中，轴承座1的内表面与箔波2贴合，箔波2的内表面与顶层箔片3贴合，顶层箔片3的内表面与轴承片4贴合。
45.在进一步可选的实施例中，轴承座1内壁上设置有固定槽5，箔波2与顶层箔片3通过固定槽5与轴承座1固定连接。
46.具体的，在本方案中，轴承座1内壁上设置有固定槽5，其作用是用于固定箔波2与顶层箔片3。在具体应用中，箔波2包覆在顶层箔片3外表面，其在顶层箔片3开口处，折叠并与经过该折叠点的切线相垂直的边插入固定槽5与轴承座1固定连接。需要说明的是，固定槽5的数量至少为1个，且固定槽5的数量与顶层箔片3的数量相同。
47.在进一步可选的实施例中，固定槽5在轴承座1内壁上沿圆周等分设置三个。
48.具体的，在本方案中，在轴承座1的内壁上设置三个固定槽5，且三个固定槽5在轴承座1内壁圆周上三等分设置。需要说明的是固定槽5的厚度及长度均与顶层箔片3折叠边的厚度与长度相等。
49.在进一步可选的实施例中，箔波2与顶层箔片3的数量均为三片。
50.具体的，在本方案中，箔波2与顶层箔片3的数量与固定槽5的数量相对应，因此箔波2与顶层箔片3的数量也均设置为三片，在具体应用中，箔波2与顶层箔片3的折叠边插入至固定槽5内与固定槽5固定连接。
51.本方案的有益效果是，圆周三等分设置的固定槽5在轴承座1的内壁上形成三点固定形式，在空气动压轴承随轴高旋转时，固定效果好，稳定性高。
52.在进一步可选的实施例中，固定槽5数量为多个。
53.具体的，在本方案中，在轴承座1的内壁可以设置多个固定槽5，用于固定箔波2与顶层箔片3。相应地，在本实施例中箔波2与顶层箔片3的数量也为多个，且箔波2与顶层箔片3的数量与固定槽5的数量相同。
54.在进一步可选的实施例中，轴承片4采用高强度弹簧钢、钛合金、高温合金或者高强度复合材料，且轴承片4内壁喷涂耐磨耐高温涂层。
55.具体的，在本方案中，由于空气动压轴承高速旋转，其对材料强度与耐磨性均有较高要求，另外，摩擦所产生的高温也会使轴承产生形变，因此，在选择材料时耐高温性能也是其中一个比较重要的指标。在一些可选的实施例中，可以使用高强度弹簧钢或钛合金或高温合金或其他高强度复合材料，并且在上述材料制作轴承片4时，在轴承片4的内表面还需喷涂耐磨耐高温的涂层，例如，特氟龙涂层。
56.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。