一种抗冲击载荷的箔片动压轴承及轴系的制作方法

1.本发明涉及轴承领域，尤其涉及一种抗冲击载荷的箔片动压轴承及轴系。


背景技术：

2.箔片动压轴承是旋转机械轴系的关键支撑部件，尤其适用于高转速、轻负载、高温、低温以及无油工况。常见的箔片动压轴承主要由顶箔、波箔和轴承套筒构成，其中，顶箔和波箔是决定整个箔片动压空气轴承性能和可靠性的关键零件。旋转机械轴系要求顶箔具有较好的减磨耐磨能力，同时要求波箔具有优良的抗冲击能力。
3.但是，现有的箔片动压轴承没有自我保护功能。当发生重载冲击时，顶箔容易被转轴猛烈冲击剐蹭，导致顶箔上的减磨耐磨涂层烧蚀或者脱落，进而导致轴承的启停寿命降低。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种抗冲击载荷的箔片动压轴承。
5.本发明提供如下技术方案：
6.一种抗冲击载荷的箔片动压轴承，包括轴承套筒、主箔片组件和辅助内圈组件，所述主箔片组件和所述辅助内圈组件均设于所述轴承套筒的内壁，且所述主箔片组件和所述辅助内圈组件沿所述轴承套筒的轴向排列；
7.所述主箔片组件包括第一波箔和第一顶箔；
8.所述辅助内圈组件具有刚性支撑部，所述刚性支撑部与所述轴承套筒的轴心的间距大于所述第一顶箔在正常工况下与所述轴承套筒的轴心的间距。
9.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述辅助内圈组件包括旋转支撑件，所述旋转支撑件转动设于所述轴承套筒的内壁，所述刚性支撑部设于所述旋转支撑件。
10.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述辅助内圈组件还包括第二波箔和第二顶箔，所述第二波箔和所述第二顶箔均设于所述旋转支撑件的内壁，所述第二顶箔在自然状态下与所述轴承套筒的轴心的间距小于所述刚性支撑部与所述轴承套筒的轴心的间距，并大于所述第一顶箔在正常工况下与所述轴承套筒的轴心的间距。
11.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述刚性支撑部成对设置在所述第二波箔沿所述旋转支撑件的轴向的两侧。
12.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述刚性支撑部为凸环，所述凸环位于所述旋转支撑件的内壁，所述凸环与所述旋转支撑件一体成型。
13.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述辅助内圈组件还包括若干滚动体，若干所述滚动体设于所述旋转支撑件与所述轴承套筒之间。
14.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述旋转支撑件的外壁设有外滚道，所述轴承套筒的内壁设有内滚道，若干所述滚动体嵌于所述外滚道和所述内滚道。
15.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述轴承套筒的外壁设有可容所述滚动体穿过的通孔，所述通孔与所述内滚道连通。
16.作为对所述抗冲击载荷的箔片动压轴承的进一步可选的方案，所述轴承套筒的内壁设有台阶面，所述主箔片组件和所述辅助内圈组件分别位于所述台阶面沿所述轴承套筒的轴向的两侧。
17.本发明的另一目的是提供一种轴系。
18.本发明提供如下技术方案：
19.一种轴系，包括上述抗冲击载荷的箔片动压轴承。
20.本发明的实施例具有如下有益效果：
21.正常工况下，刚性支撑部与轴承套筒的轴心的间距大于第一顶箔与轴承套筒的轴心的间距。此时，刚性支撑部不与转轴接触，由第一顶箔对转轴进行支撑，工作状态与普通的箔片动压轴承相同。当发生重载冲击时，第一顶箔和第一波箔在短时间内被进一步压缩，第一顶箔与轴承套筒的轴心的间距迅速增大并大过刚性支撑部与轴承套筒的轴心的间距。此时，刚性支撑部与转轴接触，对转轴进行限制和支撑，来自于转轴的冲击力主要由刚性支撑部承担，从而避免第一顶箔被转轴猛烈冲击剐蹭，进而避免第一顶箔上的减磨耐磨涂层烧蚀或者脱落，保证轴承的启停寿命不受影响。
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
24.图1示出了本发明实施例1提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承的整体结构示意图；
25.图2示出了本发明实施例2提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承的整体结构示意图；
26.图3示出了本发明实施例2提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承的爆炸示意图；
27.图4示出了本发明实施例2提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承中轴承套筒的结构示意图；
28.图5示出了本发明实施例2提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承中主箔片组件的结构示意图；
29.图6示出了本发明实施例2提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承中辅助内圈组件的结构示意图；
30.图7示出了本发明实施例2提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承中第一顶箔、第
二顶箔和刚性支撑部在正常工况下的相对位置关系示意图；
31.图8示出了本发明实施例2提供的一种抗冲击载荷的箔片动压轴承中第一顶箔、第二顶箔和刚性支撑部在发生重载冲击时的相对位置关系示意图。
32.主要元件符号说明：
33.100-轴承套筒；110-台阶面；120-第一安装孔；130-第二安装孔；140-内滚道；150-通孔；200-主箔片组件；210-第一波箔；220-第一顶箔；300-辅助内圈组件；310-旋转支撑件；311-刚性支撑部；312-外滚道；320-滚动体；330-第二波箔；340-第二顶箔。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
36.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。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。
37.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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.实施例1
40.请参阅图1，本实施例提供一种抗冲击载荷的箔片动压轴承(以下简称为“箔片轴承”)，应用于旋转机械轴系。该箔片轴承包括轴承套筒100、主箔片组件200和辅助内圈组件300，主箔片组件200和辅助内圈组件300均设置在轴承套筒100的内壁上，且主箔片组件200和辅助内圈组件300沿轴承套筒100的轴向排列。
41.具体地，主箔片组件200包括第一波箔210和第一顶箔220。第一波箔210和第一顶箔220均与轴承套筒100的内壁固定连接，且第一顶箔220位于第一波箔210背向轴承套筒100的一侧。
42.具体地，辅助内圈组件300具有刚性支撑部311。刚性支撑部311与轴承套筒100的
轴心的间距始终保持不变，在与旋转机械轴系中的转轴接触时能够对转轴形成刚性支撑。
43.此外，刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距大于第一顶箔220在正常工况下与轴承套筒100的轴心的间距。
44.正常工况下，刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距大于第一顶箔220与轴承套筒100的轴心的间距。此时，刚性支撑部311不与转轴接触，由第一顶箔220对转轴进行支撑，工作状态与普通的箔片动压轴承相同。第一顶箔220与转轴之间存在一层气膜，第一顶箔220不与转轴直接接触，转轴的载荷以气膜压力的形式作用于第一顶箔220上。
45.当发生重载冲击时，气膜压力骤增，第一顶箔220和第一波箔210在短时间内被进一步压缩，第一顶箔220与轴承套筒100的轴心的间距迅速增大并大过刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距。此时，刚性支撑部311与转轴接触，对转轴进行限制和支撑，避免转轴继续靠近第一顶箔220，且来自于转轴的冲击力主要由刚性支撑部311承担。在这样的情况下，第一顶箔220与转轴之间的气膜仍然存在，第一顶箔220不与转轴直接接触，从而避免第一顶箔220被转轴猛烈冲击剐蹭，进而避免第一顶箔220上的减磨耐磨涂层烧蚀或者脱落，保证箔片轴承的启停寿命不受影响。此外，刚性支撑部311对转轴进行限制和支撑，还能避免转轴严重失位，进而避免第一波箔210在冲击载荷作用下发生永久的塑性变形或者完全被碾成扁平状，避免箔片轴承的设计尺寸和性能完全改变。
46.实施例2
47.请一并参阅图2和图3，本实施例提供一种抗冲击载荷的箔片动压轴承(以下简称为“箔片轴承”)，应用于旋转机械轴系。该箔片轴承由轴承套筒100、主箔片组件200和辅助内圈组件300组成。
48.请参阅图4，具体地，轴承套筒100呈圆筒状，其内壁设有台阶面110。台阶面110沿轴承套筒100的周向设置，并沿轴承套筒100的轴向将轴承套筒100内部的空腔分隔为第一安装孔120和第二安装孔130。
49.主箔片组件200和辅助内圈组件300均设置在轴承套筒100的内壁上，且主箔片组件200位于第一安装孔120内，辅助内圈组件300位于第二安装孔130内。
50.请参阅图5，具体地，主箔片组件200由第一波箔210和第一顶箔220组成。
51.第一波箔210和第一顶箔220均呈弧形设置，且第一波箔210和第一顶箔220对应的圆心角均略小于180
°
。沿轴承套筒100的周向上，第一波箔210和第一顶箔220的一端均固定连接在轴承套筒100的内壁上。此外，第一顶箔220位于第一波箔210背向轴承套筒100的一侧。
52.请参阅图6，具体地，辅助内圈组件300由旋转支撑件310、滚动体320、第二波箔330和第二顶箔340组成。
53.具体地，旋转支撑件310呈圆筒状，且旋转支撑件310的轴线与轴承套筒100的轴线重合。旋转支撑件310沿轴承套筒100的周向转动设置在轴承套筒100的内壁上，旋转支撑件310上设有刚性支撑部311。
54.请一并参阅图7和图8，刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距始终保持不变，当刚性支撑部311与旋转机械轴系中的转轴接触时，刚性支撑部311能够对转轴形成刚性支撑。此外，刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距大于第一顶箔220在正常工况下与轴承套筒100的轴心的间距。
55.正常工况下，刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距大于第一顶箔220与轴承套筒100的轴心的间距。此时，刚性支撑部311不与转轴接触，由第一顶箔220对转轴进行支撑，箔片轴承的工作状态与普通的箔片动压轴承相同。第一顶箔220与转轴之间存在一层气膜，第一顶箔220不与转轴直接接触，转轴的载荷以气膜压力的形式作用于第一顶箔220上。
56.当发生重载冲击时，气膜压力骤增，第一顶箔220和第一波箔210在短时间内被进一步压缩，第一顶箔220与轴承套筒100的轴心的间距迅速增大并大过刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距。此时，刚性支撑部311与转轴接触，对转轴进行限制和支撑，避免转轴继续靠近第一顶箔220，来自于转轴的冲击力主要由刚性支撑部311承担。在这样的情况下，第一顶箔220与转轴之间的气膜仍然存在，第一顶箔220不与转轴直接接触，从而避免第一顶箔220被转轴猛烈冲击剐蹭，进而避免第一顶箔220上的减磨耐磨涂层烧蚀或者脱落，保证箔片轴承的启停寿命不受影响。
57.在此基础上，由于旋转支撑件310与轴承套筒100转动连接，故当转轴与刚性支撑部311接触时，旋转支撑件310在摩擦力的作用下随转轴旋转，减小转轴受到的摩擦力，使转轴在短时间内平稳运行或者平稳减速停机。
58.请再次参阅图6，具体地，滚动体320呈球状，且设有多个。多个滚动体320设置在旋转支撑件310与轴承套筒100之间，并沿旋转支撑件310的周向排列。
59.设置滚动体320能够有效地减小旋转支撑件310与轴承套筒100之间的摩擦力，当转轴与刚性支撑部311接触时，旋转支撑件310的转速能够迅速增加至与转轴相同，进而与转轴同步转动。由此，刚性支撑部311与转轴发生相对摩擦的时长得以缩短，摩擦力也会减小，从而减少转轴受到的磨损。
60.进一步地，旋转支撑件310的外壁设有外滚道312，轴承套筒100的内壁设有内滚道140，且外滚道312和内滚道140均沿旋转支撑件310的周向设置。
61.各个滚动体320嵌于外滚道312和内滚道140内，能够稳定地保持在旋转支撑件310与轴承套筒100之间。
62.进一步地，轴承套筒100的外壁设有通孔150。通孔150与内滚道140连通，可容滚动体320穿过。组装箔片轴承时，通过通孔150能够方便快捷地完成对滚动体320的安装。
63.具体地，第二波箔330和第二顶箔340均呈弧形设置，且第二波箔330和第二顶箔340对应的圆心角均略小于180
°
。其中，第二顶箔340位于第二波箔330背向旋转支撑件310的一侧。
64.请一并参阅图7和图8，沿旋转支撑件310的周向上，第二波箔330和第二顶箔340的一端均固定连接在旋转支撑件310的内壁上。此外，第二顶箔340在自然状态下与轴承套筒100的轴心的间距小于刚性支撑部311与轴承套筒100的轴心的间距，并大于第一顶箔220在正常工况下与轴承套筒100的轴心的间距。
65.正常工况下，刚性支撑部311、第二顶箔340和转轴之间互不接触。
66.当发生重载冲击时，第一顶箔220和第一波箔210在短时间内被进一步压缩。转轴偏离设计位置，靠近第二顶箔340的内圆表面，二者之间开始形成动压效应，第二波箔330则受第二顶箔340的压迫而变形。此后，转轴继续偏离，直至通过第二顶箔340与刚性支撑部311相抵，由刚性支撑部311对转轴进行限位，且转轴、第二顶箔340、刚性支撑部311、旋转支
撑件310和滚动体320一起形成刚性接触。
67.在转轴与刚性支撑部311刚性接触之前，转轴与第二顶箔340之间的摩擦力已经驱使旋转支撑件310开始转动，故转轴与刚性支撑部311的相对转速减小，转轴受到的磨损更小。
68.在本实施例中，刚性支撑部311为凸环，且凸环沿旋转支撑件310的周向设置。凸环成对设置，两个凸环分别位于旋转支撑件310的内壁沿旋转支撑件310轴向的两端，两个凸环与旋转支撑件310一体成型。
69.此外，第二波箔330位于两个凸环之间，在安装过程中能够借助两个凸环进行定位。第二顶箔340沿旋转支撑件310的轴向的长度等于旋转支撑件310的长度，第二顶箔340沿旋转支撑件310的轴向的两端分别覆盖于两个凸环上。
70.总之，上述箔片轴承中的辅助内圈组件300作为抗冲击结构，能够对主箔片组件200进行有效的保护。当发生重载冲击时，转轴偏离设计位置，先与第二顶箔340软接触，然后通过第二顶箔340与刚性支撑部311刚性接触。一部分冲击能量被第二顶箔340与第二波箔330之间的相对摩擦吸收耗散，另一部分冲击能量转化为整个辅助内圈组件300的动能，使转轴能够短时平稳运行或者安全平稳停机，并减轻转轴的磨损程度。
71.刚性支撑部311对转轴的最大偏离位置进行限制，始终避免转轴与第一顶箔220直接接触，从而避免第一顶箔220上的减磨耐磨涂层烧蚀或者脱落，保证箔片轴承的启停寿命不受影响。此外，刚性支撑部311对转轴进行限制和支撑，还能避免转轴严重失位，进而避免第一波箔210在冲击载荷作用下发生永久的塑性变形或者完全被碾成扁平状，避免箔片轴承的设计尺寸和性能完全改变。
72.本实施例还提供一种轴系，具体为一种旋转机械轴系，包括转轴和上述箔片轴承。其中，转轴穿设于第一顶箔220和第二顶箔340内。
73.在这里示出和描述的所有示例中，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，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
74.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定义和解释。
75.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。