一种高阻尼、高稳定性的径向箔片动压气体轴承

1.本发明涉及空气动压轴承领域，更具体地说，涉及一种高阻尼、高稳定性的径向空气箔片轴承。


背景技术：

2.径向动压气体轴承，又称空气轴承、气浮轴承，是以空气为润滑介质的高速轴承。常见的空气箔片动压轴承是由一层或多层波纹波箔和顶箔组成的具有弹性表面的动压气浮轴承，依靠轴与轴承表面相对运动挤压一定粘性的气体形成压力润滑气膜达到支承与润滑的作用。
3.气浮轴承具有摩擦损耗小、极高转速下几乎无摩擦、高温下稳定性好、振动小、不需要润滑油等一系列优点，广泛应用于空气循环机、空压机、微型燃气轮机、气垫船、纺织机械、电缆机械、仪表机床、气体循环器等机械中，在低温技术、高温透平、新能源汽车等领域，有着十分广阔的应用前景。
4.传统的空气轴承波箔多采用金属波箔提供弹性支承，而金属波箔的刚度较大，波箔的变形程度大幅受限于波箔与平箔之间的摩擦，所以常见的波箔空气轴承阻尼效果差，一般无法提供足够的阻尼以抑制轴承的振动。
5.本发明通过优化空气动力轴承弹性缓冲结构，采用双层波箔与耐高温橡胶混合布置的结构，使轴承具有更高的弹性缓冲能力，并利用了橡胶的材料阻尼所提供的能量吸收特性，减小机械结构的共振振幅，使机械受到瞬时冲击时很快恢复稳定状态，提高轴承的稳定性与阻尼特性，减小了轴承启停时的振动，优化了轴承的动态性能。同时橡胶还有助于减少振动噪声。


技术实现要素：

6.本发明目的是提供一种高阻尼、高稳定性的径向空气箔片轴承，具体而言，提供了一种空气轴承或空气轴承弹性支承结构，以一定程度上优化现有径向空气箔片轴承承载能力，同时缓和冲击，增大阻尼，提高稳定性的能力。
7.为了达到以上目的，本发明提出了如下技术方案：一种高阻尼、高稳定性的径向弹性空气轴承，包括轴承套、顶层平箔、弹性支承结构与底层平箔；所述轴承套、顶层平箔、弹性支承结构与底层平箔依次由外而内同轴设置。
8.本发明提供了一种高阻尼、高稳定性的径向弹性空气轴承，其特征在于，包括：依次由外而内同轴设置的轴承套、顶层平箔、弹性支承结构与底层平箔；所述轴承套起安装与保护作用；所述顶层平箔构成轴承套与空气箔片轴承的配合面；所述弹性支承结构包括上层波箔、柱体橡胶与下层波箔，所述上层波箔通过粘合剂限制柱体橡胶轴向滑动；所述柱体橡胶通过上层波箔与下层波箔共同夹持实现固定；所述底层平箔起传递压力与振动作用。
9.所述弹性支承结构，其特征在于：上层波箔与下层波箔可以加工为一体式的波箔结构。
10.进一步的，所述的弹性支承结构，其特征在于：一体式波箔结构中柱体橡胶的设置方式为热胀冷缩，无需粘合剂。
11.进一步地，所述弹性支承结构，其特征在于：上层波箔与下层波箔采用错向布置。
12.进一步地，所述弹性支承结构，其特征在于：所述柱体橡胶通过上层波箔的凸面与下层波箔的凹面实现夹持与固定。
13.进一步地，所述的一种高阻尼、高稳定性的径向箔片动压气体轴承，其特征在于：所述柱体橡胶为圆柱体。
14.进一步地，所述柱体橡胶为硅橡胶，所述粘合剂为有机硅类粘合剂。
15.与现有箔片气体轴承相比，本发明提出的弹性支承结构因为其具有高阻尼和高刚度的优点，可以显著提高轴承的承载能力，也在一定程度上改善气体轴承可靠性差的问题。
附图说明
16.图1：轴承套加弹性支承结构。
17.图2：弹性支承结构。
具体实施方式
18.下面结合附图及具体实施过程对本发明做进一步的详细描述。
19.图1、图2示出了本发明径向弹性空气轴承的结构，如图1所示，该空气轴承包括，轴承套、顶层平箔、弹性支承结构与底层平箔。其中所述轴承套、顶层平箔、弹性支承结构与底层平箔依次由外而内套设装配如图1所示，轴承套位于最外端，支撑轴承的弹性支承结构，起固定与保护作用，弹性支承结构位于顶层平箔与底层平箔之间，如前文所述，其截面是具有缺口的鱼钩状，其中一段固定于轴承套的凹槽内，另一端自由。由此，在轴承座的内表面，顶层平箔、弹性支承结构与底层平箔共同组成弹性支承轴承。其中，弹性支承结构包括上层波箔、柱体橡胶与下层波箔，上层波箔与下层波箔通过夹持的作用对柱体橡胶进行固定，耐高温粘合剂涂抹于上层波箔与柱体橡胶的接合表。上述弹性支承结构为轴承提供主要的刚度与一定阻尼，其中柱体橡胶为轴承提供了主要阻尼。进一步的，上层波箔与下层波箔设置于柱体橡胶的外侧，组成弹性支承架构，共同为轴承提供弹性支承。进一步的，上层波箔与下层波箔可以加工成一体式结构，一体式波箔结构中的柱体橡胶的设置方式为热胀冷缩，无需粘合剂。
20.本发明中，所述所有箔片材料优选为金属材料，根据不同的轴承承载能力需求可采用不同金属，例如不锈钢4169、铝镁合金或钛合金。所述金属都具有密度低，强度高，耐高温性能、抗蠕变性能好、对振动冲击具有良好的吸收性能。所述平箔与波箔的一种优选制作方式包括：将合金材料放置于圆环模具中，置于高温气氛炉中氮气高温烧制定型，波箔另外置于波纹模具中压力冲制成型，柱体橡胶采用常规的模具浇铸冷却成型，组合后得到所述的弹性支承结构。
21.本发明中弹性支承结构采用两层错位放置的弹性波箔，两层波箔中在上层波箔的凸面出与下层波箔的凹面处设置柱体橡胶。在接触压力的初期，弹性支承结构的初期主要形变由两层波箔产生，两层波箔通过相互挤压，使得两层波箔之间的缝隙越来越小，致使压
力传递至柱体橡胶，直至柱体橡胶完全吸收压力与振动。相较于传统的纯金属动压气体轴承，这种结构增加了橡胶这一柔性材质，增强了缓冲能力，同时双层错位放置的波箔使得这种弹性支承架构具有足够的刚度与阻尼，并且隔音与散热性能良好，具有优良的能量吸收特性，使用上述材料制作的弹性支承结构能够显著的提高空气轴承的可靠性、承载能力与抗冲击能力。
22.柱体橡胶采用耐高温橡胶材料，本发明中采用了硅橡胶，上述橡胶易于加工所需形状，相比于普通的橡胶具有耐高温与更强的抗氧化能力，显著改善了轴承的使用寿命。
23.综上，本发明的技术方案采用了双层错位设置的波箔与填充柱体橡胶的弹性支承结构，这种结构具有足够大的刚度与阻尼特性，同时本发明在保留金属波箔良好的刚度与强度的同时加入耐高温橡胶，大大提高了动压气体轴承的减振能力与承载能力。本发明通多改变箔片轴承的弹性支承结构，采用波箔与耐高温的混合布置，提高了轴承的承载能力与缓和冲击振动的能力。
24.除了以上提出的实例，柱体橡胶与双层波箔可以有不同的安装方式和固定方式，柱体橡胶的安装数量和形状与多层波箔的数量与布置方式可以根据不同情况进行设置。以上所举实例仅为本发明的优选实例。


技术特征：
1.一种高阻尼、高稳定性的径向箔片动压气体轴承，其特征在于，包括：轴承套（1）、顶层平箔（2）、弹性支承结构（3）与底层平箔（4）；所述轴承套（1）、顶层平箔（2）、弹性支承结构（3）与底层平箔（4）依次从外而内同轴设置.所述轴承套（1）起安装与保护作用；所述顶层平箔（2）构成轴承套（1）与弹性支承结构（3）的配合面；所述弹性支承结构（3）包括上层波箔（5）、柱体橡胶（6）与下层波箔（7），所述上层波箔（5）通过粘合剂限制柱体橡胶（6）轴向滑动；所述柱体橡胶(6)通过上层波箔（5）与下层波箔（7）共同作用实现固定所述底层平箔（4）起传递压力与振动作用。2.如权利要求1所述径向箔片动压气体轴承，所述的弹性支承结构（3），其特征在于：上层波箔（5）与下层波箔（7）可以加工为一体式的波箔结构。3.如权利要求2所述径向箔片动压气体轴承，所述的弹性支承结构（3），其特征在于：一体式波箔结构中柱体橡胶（6）的设置方式为热胀冷缩，无需粘合剂。4.如权利要求1或2所述径向箔片动压气体轴承，所述的弹性支承结构（3），其特征在于：上层波箔（5）与下层波箔（7）采用错位布置。5.如权利要求1或2所述径向箔片动压气体轴承，所述的弹性支承结构（3），其特征在于：所述柱体橡胶（6）通过上层波箔（5）的凸面与下层波箔（7）的凹面实现夹持与固定。6.如权利要求1或2所述径向箔片动压气体轴承，其特征在于：所述柱体橡胶（6）为圆柱体。7.根据权利要求4-6中任意一项所述的轴承，其特征在于，所述柱体橡胶（6）为硅橡胶，所述粘合剂为有机硅类粘合剂。

技术总结
本发明涉及一种高阻尼、高稳定性的径向箔片动压气体轴承，包括：依次由外到内同轴设置的轴承套、顶层平箔、弹性支撑结构与底层平箔；所述轴承套起安装和保护作用；所述顶层平箔构成轴承套与弹性支承结构的配合面；所述弹性支撑结构包括上层波箔、柱体橡胶与下层波箔；所述上层波箔通过粘合剂限制柱体橡胶轴向滑动；所述柱体橡胶通过上层波箔与下层波箔共同作用实现固定；底层平箔起传递压力与振动作用。其中，弹性支承结构中，上层波箔与下层波箔可以加工为一体式的波箔结构。本发明通过优化空气动力轴承弹性缓冲结构，采用波箔片与耐高温橡胶混合布置的结构，使轴承具有更高的弹性缓冲能力，并利用了橡胶的能量吸收特性，减小机械结构的共振振幅，使机械受到瞬时冲击时很快恢复稳定状态，提高轴承的稳定性与阻尼特性，减小了轴承启停时的振动，提高了轴承的动态性能。同时橡胶还有助于减少振动噪声。同时橡胶还有助于减少振动噪声。同时橡胶还有助于减少振动噪声。


技术研发人员：杨山举 张惠铭 张泽国
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2022.07.30
技术公布日：2022/11/11