气体动压径向轴承、压缩机和发动机的制作方法

1.本技术涉及轴承技术领域，具体涉及一种气体动压径向轴承、压缩机和发动机。


背景技术：

2.气体动压径向轴承是一种弹性支承的动压气体轴承，转轴高速旋转带动轴承和转轴之间的气体流动，粘性气体进入楔形区域产生流体动压效应，形成高压气膜，当动压气膜压力足够大时即可悬浮高速旋转的转轴。在转轴高速旋转时，高压气膜挤压轴承，顶层箔片和支承波箔均产生弹性形变，增大气膜间隙，保证轴承稳定运行。
3.现有技术中公开了一种气体动压径向轴承，该径向轴承是由单层拱箔 单层平箔组成，拱箔呈三段式结构，两边为高拱箔，中间为低拱箔，在载荷小时先由两端高拱箔提供承载力，载荷较大时由三段拱箔一起提供承载力。该设计对轴承刚度起有效调节作用。但是分段造成低载荷时和平箔的接触面积减小，只有2/3的接触面积，导致径向轴承的整体承载性能下降。


技术实现要素：

4.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种气体动压径向轴承、压缩机和发动机，能够增大轴承的阻尼，提高轴承的整体刚度，提高轴承的承载性能。
5.为了解决上述问题，本技术提供一种气体动压径向轴承，包括轴承座、第二层波箔、第一层波箔和平箔，第二层波箔和第一层波箔叠置，并设置在轴承座和平箔之间，第二层波箔和第一层波箔的波峰对应设置，且第二层波箔和第一层波箔的波峰之间具有预设间隙。
6.优选地，第二层波箔设置在靠近平箔的一侧，第一层波箔设置在靠近轴承座的一侧，第二层波箔的刚度小于第一层波箔的刚度。
7.优选地，第二层波箔和第一层波箔均包括平段和弧形段，第二层波箔的平段支撑在第一层波箔的平段上，第二层波箔的平段沿周向方向的宽度小于第一层波箔的平段沿周向方向的宽度，第二层波箔的弧形段弦长大于第一层波箔的弧形段弦长。
8.优选地，平箔用于与转轴接触，沿着径向由外而内的方向，平箔包括依次贴设的第一层平箔、第二层平箔和第三层平箔，第一层平箔和第二层平箔的周向延伸方向与转轴的转动方向相反，第二层平箔的周向延伸方向与转轴的转动方向相同。
9.优选地，第一层平箔、第二层平箔和第三层平箔均为整周式环绕结构。
10.优选地，第二层平箔的周向延伸长度为整个圆周的3/5～4/5。
11.优选地，第二层平箔的周向延伸长度为整个圆周的2/3。
12.优选地，第二层平箔的周向末端为斜坡结构，且斜坡结构的倾斜面朝向第三层平箔。
13.优选地，第二层波箔和第一层波箔均包括至少三个沿轴向方向依次设置的波箔段，其中位于轴向两端的波箔段的平段和弧形段沿周向对应设置，位于中间的波箔段的波
峰与位于轴向两端的波箔段的波峰沿周向交错排布。
14.优选地，波箔段包括第一波箔段、第二波箔段、第三波箔段和第四波箔段，其中第一波箔段和第四波箔段位于轴承座的轴向两端，第二波箔段和第三波箔段位于第一波箔段和第四波箔段之间，第一波箔段和第四波箔段的平段和弧形段沿周向对应设置，第二波箔段和第三波箔段的平段和弧形段沿周向对应设置，第一波箔段和第二波箔段的波峰沿周向交错排布。
15.优选地，第一波箔段、第二波箔段、第三波箔段和第四波箔段沿轴向方向依次间隔设置，第一波箔段、第二波箔段、第三波箔段和第四波箔段包括固定端和自由端，第一波箔段、第二波箔段、第三波箔段和第四波箔段的固定端共同连接在轴承座上，第一波箔段和第四波箔段的周向长度大于第二波箔段和第三波箔段的周向长度，第一波箔段和第四波箔段的自由端通过连接杆固定连接，第二波箔段和第三波箔段的自由端通过连接杆固定连接。
16.优选地，平箔的内表面喷涂有耐高温润滑涂层。
17.根据本技术的另一方面，提供了一种压缩机，包括气体动压径向轴承，该气体动压径向轴承为上述的气体动压径向轴承。
18.根据本技术的另一方面，提供了一种发动机，包括上述的气体动压径向轴承或上述的压缩机。
19.本技术提供的气体动压径向轴承，包括轴承座、第二层波箔、第一层波箔和平箔，第二层波箔和第一层波箔叠置，并设置在轴承座和平箔之间，第二层波箔和第一层波箔的波峰对应设置，且第二层波箔和第一层波箔的波峰之间具有预设间隙。该气体动压径向轴承采用叠置式结构形成双层波箔，且双层波箔作为波谷的平段贴合在一起，形成共同支撑，作为波峰的弧形段之间具有预设间隙，从而在低载荷时先由第一层波箔和第二层波箔中与平箔接触的顶层波箔提供承载力，由于整个顶层波箔均能够与平箔接触，因此保证了波箔与平箔的接触面积，保证了单个波箔的承载力，随着载荷增加，顶层波箔发生一定变形之后和底层波箔接触，两层波箔共同提供承载力，从而进一步提高气体动压轴承的承载性能和轴承系统的稳定性。
附图说明
20.图1为本技术一个实施例的气体动压径向轴承的结构示意图；
21.图2为本技术一个实施例的气体动压径向轴承的承载结构示意图；
22.图3为图2的i处的放大结构示意图；
23.图4为本技术一个实施例的气体动压径向轴承的第一层波箔的结构示意图；
24.图5为本技术一个实施例的气体动压径向轴承的波箔的立体结构示意图。
25.附图标记表示为：
26.1、轴承座；2、锁紧销钉；3、第一层波箔；4、第二层波箔；5、第一层平箔；6、第二层平箔；7、第三层平箔；8、转轴；101、第一波箔段；102、第二波箔段；103、第三波箔段；104、第四波箔段；201、气膜；202、楔形区域；203、间隙。
具体实施方式
27.结合参见图1至图5所示，根据本技术的实施例，气体动压径向轴承包括轴承座1、
第二层波箔4、第一层波箔3和平箔，第二层波箔4和第一层波箔3叠置，并设置在轴承座1和平箔之间，第二层波箔4和第一层波箔3的波峰对应设置，且第二层波箔4和第一层波箔3的波峰之间具有预设间隙203。
28.该气体动压径向轴承采用叠置式结构形成双层波箔，且双层波箔的作为波谷的平段贴合在一起，形成共同支撑，作为波峰的弧形段之间具有预设间隙203，从而在低载荷时先由第一层波箔3和第二层波箔4中与平箔接触的顶层波箔提供承载力，由于整个顶层波箔均能够与平箔接触，因此保证了波箔与平箔的接触面积，保证了单个波箔的承载力，随着载荷增加，顶层波箔发生一定变形之后和底层波箔接触，两层波箔共同提供承载力，从而进一步提高气体动压轴承的承载性能和轴承系统的稳定性。在本实施例中，以靠近平箔的波箔为顶层波箔，以远离平箔的波箔为底层波箔。
29.在一个实施例中，第二层波箔4设置在靠近平箔的一侧，第一层波箔3设置在靠近轴承座1的一侧，第二层波箔4的刚度小于第一层波箔3的刚度。在本实施例中，由于两层波箔之间存在高度差，波峰位置具有间隙203，且顶层波箔的刚度小于底层波箔的刚度，因此可以利用顶层波箔提供低载荷承载力，当载荷较大时，则可以利用双层波箔提供承载力，同时由于底层波箔的刚度更大，因此能够承载更大的载荷，可以对顶层波箔形成更加良好的支撑作用，利用两者刚度的不同提供更加良好的承载性能，进一步提高轴承系统的稳定性。
30.在一个实施例中，间隙203的高度为第二层波箔4的波峰高度的20％～35％，作为一个优选的实施例，间隙203的高度为第二层波箔4的波峰高度的27％。
31.在一个实施例中，第二层波箔4和第一层波箔3均包括平段和弧形段，第二层波箔4的平段支撑在第一层波箔3的平段上，第二层波箔4的平段沿周向方向的宽度小于第一层波箔3的平段沿周向方向的宽度，第二层波箔4的弧形段弦长大于第一层波箔3的弧形段弦长。
32.在本实施例中，第一层波箔3和第二层波箔4由金属箔片通过该结构对应的模具通过压制、保压成型如图4所示的结构，之后再通过特制工装进行卷绕、热处理成型图5的结构，确保每个拱之间的平段贴合轴承座1的内表面，以此保证轴承制备的一致性及可行性。第一层波箔3和第二层波箔4的设计参数弦长和平段值均不同，可以根据两者的设计位置进行合理设置，使得第一层波箔3和第二层波箔4的平段部分贴合，同时不产生干涉现象。此外，第二层波箔4的拱高大于第一层波箔3，每一段拱形均存在间隙203，保证第一层波箔3和第二层波箔4的弧形段叠置，且不会由于平段的宽度设计不合理而发生干涉。两层波箔的设计方案的实施可增加轴承阻尼及拱箔的变形程度，提高拱箔的承载性能。
33.在一个实施例中，平箔用于与转轴8接触，沿着径向由外而内的方向，平箔包括依次贴设的第一层平箔5、第二层平箔6和第三层平箔7，第一层平箔5和第二层平箔6的周向延伸方向与转轴8的转动方向相反，第二层平箔6的周向延伸方向与转轴8的转动方向相同。
34.第一层平箔5、第二层平箔6和第三层平箔7均为整周式环绕结构，因此在轴承的制备、弯折过程中，能够保证各个箔片的结构一致性，保证气体动压轴承的整体结构的一致性，进而保证气体动压轴承安装的一致性，提高气体动压轴承的承载性能。
35.在一个实施例中，第二层平箔6的周向延伸长度为整个圆周的3/5～4/5。作为一个优选的实施例，第二层平箔6的周向延伸长度为整个圆周的2/3。第二层平箔6的周向末端为斜坡结构，且斜坡结构的倾斜面朝向第三层平箔7。
36.在本实施例中，第二层平箔6相对于第一层平箔5和第三层平箔7的环绕方向相反，
这个反向环绕的设计是基于转轴8的运转方向决定的，在转轴8起始运转时会形成一个楔形区域202，该中间层的设计形状以及环绕方式均基于该点的基础进行设计，在转轴8起始运转时，顶层平箔随转轴8启动，在中间层斜坡结构处，会产生一个微变形，通过设计该微变形可增大径向轴承的阻尼，从而提高整体刚度，增加承载性能。
37.高速电机运转起始阶段，转轴8高速旋转前进过程中的偏心运动导致转轴8和气体动压径向轴承在第一层平箔5、第二层平箔6和第三层平箔7的相交位置处形成楔形区域，带有粘性的气体进入楔形区域后形成高压润滑气膜，为轴承-转轴系统提供承载力。第二层平箔6随转轴8旋转，其尾端的楔形角和第三层平箔7接触区域发生楔形形变如图3所示，202为第三层平箔7随转轴8的旋转发生弹性形变后所形成的楔形区域。201为转轴与径向气体动压轴承之间的气膜。该结构能够为径向气体动压轴承增加轴承阻尼，并提高轴承在启停阶段的抗磨损及冲击能力，增加轴承的自适用性。
38.在一个实施例中，第二层波箔4和第一层波箔3均包括至少三个沿轴向方向依次设置的波箔段，其中位于轴向两端的波箔段的平段和弧形段沿周向对应设置，位于中间的波箔段的波峰与位于轴向两端的波箔段的波峰沿周向交错排布。
39.在一个实施例中，波箔段包括三段，其中第一段和第三段位于两端，第二段位于中间，第一段和第三段沿轴向方向的长度相同，第二段沿轴向方向的长度与第一段和第三段沿轴向方向的长度之和相同，使得沿轴向的最小顶箔变形出现在轴承的轴向边缘位置，能够减小顶箔轴向边缘处波箔的刚度，即可增大顶箔轴向边缘处的局部变形，从而允许轴承具有更大的偏心率，提高轴承的承载性能。
40.在一个实施例中，波箔段包括第一波箔段101、第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104，其中第一波箔段101和第四波箔段104位于轴承座1的轴向两端，第二波箔段102和第三波箔段103位于第一波箔段101和第四波箔段104之间，第一波箔段101和第四波箔段104的平段和弧形段沿周向对应设置，第二波箔段102和第三波箔段103的平段和弧形段沿周向对应设置，第一波箔段101和第二波箔段102的波峰沿周向交错排布。
41.在一个实施例中，第一波箔段101、第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104沿轴向方向依次间隔设置，第一波箔段101、第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104包括固定端和自由端，第一波箔段101、第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104的固定端共同连接在轴承座1上，第一波箔段101和第四波箔段104的周向长度大于第二波箔段102和第三波箔段103的周向长度，第一波箔段101和第四波箔段104的自由端通过连接杆固定连接，第二波箔段102和第三波箔段103的自由端通过连接杆固定连接。
42.电机高速运转时，在气体动压径向轴承和转轴8的间隙203形成高压润滑气膜201，径向轴承的中心区域的气体压强高于径向轴承两端的气体压强，整体式的径向波箔拱形结构会使顶层箔片逆着拱形的方向产生贯穿式的变形，造成中心的高压向两端泄漏，这种现象为端泄现象。
43.而本技术实施例采用如图4和图5所示的结构，第一层波箔3和第二层波箔4设计成四段式的结构，分别为第一波箔段101、第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104。第一波箔段101和第四波箔段104连接在一起，中间的第二波箔段102和第三波箔段103连接在一起，形成类似于“回”型结构的支撑拱箔，第一波箔段101、第四波箔段104的波箔单元和第二波箔段102、第三波箔段103的波箔单元的波峰错开，形成变刚度拱箔。第一波箔段101、
第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104的一端固定，另一端自由，第一波箔段101和第四波箔段104的自由端固定连接在一起，第二波箔段102和第三波箔段103的自由端固定连接在一起，第一波箔段101、第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104的固定端通过固定安装部共同连接至轴承座1上。第一波箔段101、第二波箔段102、第三波箔段103和第四波箔段104波箔的拱高、弦长、平段的设计参数均相同。该变刚度波箔的实施方案可有效改善径向轴承存在的端泄现象，提高气体动压径向轴承承载性能。
44.气体动压径向轴承的四段式波箔，位于轴向两端的两段外支撑波箔和位于中间的两段内支撑波箔，可根据电机运行要求设计中间和两端的刚度差，提升轴承的抗冲击性，利于提高轴承系统的承载稳定性。设计双层波箔结构，能够有效增加支撑波箔的刚度和承载性能。
45.结合参见图1所示，轴承座1用于安装、支撑保护气体动压径向轴承。在本实施例中，气体动压径向轴承的双层波箔的固定端插入轴承座1的卡槽之后，使用锁紧销钉2进行固定。该双层波箔的固定方式不局限于这一种。此外，还需要利用锁紧销钉2或者其他的结构轴向固定气体动压径向轴承，避免气体动压径向轴承发生轴向窜动。
46.第一层波箔3、第二层波箔4、第一层平箔5、第二层平箔6、第三层平箔7的一端固定在轴承座1上，另一端自由，从而保证箔片轴承具有变形和滑移的空间。
47.在一个实施例中，平箔的内表面喷涂有耐高温润滑涂层，能够在电机高速运转的启停阶段起减摩耐磨润滑作用。
48.根据本技术的实施例，压缩机包括气体动压径向轴承，该气体动压径向轴承为上述的气体动压径向轴承。
49.根据本技术的实施例，发动机包括上述的气体动压径向轴承或上述的压缩机。
50.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
51.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。