一种分体式轴承单体及动压气体止推箔片轴承

1.本发明涉及动压气体轴承制备领域，尤其涉及一种分体式轴承单体及动压气体止推箔片轴承。


背景技术：

2.动压气体轴承是一种以空气或其它气体作为润滑介质的被动式滑动动压轴承。箔片动压气体轴承是在刚性动压轴承的基础上具有附加的弹性支承结构，通常由形成润滑气膜的顶层箔片以及具有一定刚度与库伦阻尼特性的底层弹性箔片组成。
3.根据箔片结构的构型，传统的箔片动压气体轴承主要可以分为悬臂型与波箔型。悬臂型箔片轴承由多叶一端铰接一端自由的弧形箔片依次搭接构成弹性箔片结构，在没有底层支承箔片的情况下轴承的刚度与承载力均不高，弧形箔片的成型过程一般需要借助模具。波箔型箔片轴承由多个拱形结构依次连接成的波箔带作为弹性支承结构，具有较高的箔片刚度与承载力。波箔结构的加工也需要借助模具液压成型，其变参数设计加工过程成本较高。
4.本技术提出的多平直支承片型止推箔片轴承，提供了一种制造过程简单的支承结构，且能够提供足够的刚度与承载能力，与顶箔之间有较多相对独立接触点，能够提供良好的阻尼，且便于设计和制造不同参数与刚度分布的箔片动压气体轴承。


技术实现要素：

5.基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种工艺制作简单、成本低、承载能力强，且具有平直片支承箔片的分体式轴承单体及动压气体止推箔片轴承。
6.本发明的技术方案之一如下：
7.一种分体式轴承单体，包括外形为扇形环状平直构造的轴承座、平直片状构造的支承箔片、外形为扇形环状平直构造的顶箔以及垫片；
8.在所述轴承座的一表面沿顺时针方形开设有若干斜面状的窄槽；
9.所述支承箔片包括嵌入端和延伸端，所述支承箔片的嵌入端卡入所述窄槽中，所述延伸端外露在所述轴承座的表面；
10.所述顶箔包括位于顺时针方向的固定端和位于逆时针方向的自由端，所述固定端通过所述垫片固定设置在所述轴承座表面且靠近所述轴承座顺时针方向的侧边，所述顶箔的自由端则悬露在所述支承箔片的延伸端上方。
11.较好地，所述的分体式轴承单体中，所述窄槽平行于所述轴承座的逆时针方向的侧边，且相邻两个所述窄槽间距相等，或者所述窄槽沿轴承单体径向分布，且相邻两个所述窄槽的圆弧角相等。
12.较好地，所述的分体式轴承单体中，所述支承箔片的两个轴向端部分别设有一个凸耳，所述支承箔片装入所述窄槽后，所述凸耳外露于轴承座的外圈和内圈，且在所述轴承座的内圈和外圈分别起限位作用。
13.较好地，所述的分体式轴承单体中，在所述延伸端的直边上沿纵向方向开具多个缺口。
14.较好地，所述的分体式轴承单体中，每个所述支承箔片包括一片主翅片及多个辅助翅片；所述辅助翅片的嵌入端与所述主翅片的嵌入端平齐贴合，所述辅助翅片的延伸端紧邻所述主翅片的延伸端贴合设置，所述辅助翅片的凸耳与所述主翅片的凸耳平齐贴合。
15.较好地，所述的分体式轴承单体中，所述辅助翅片的数量与所述主翅片的数量大于两片时，中间层的所述辅助翅片低于两端的所述辅助翅片。
16.较好地，所述的分体式轴承单体中，沿顺时针方向，将所述轴承座的表面设置为支承片区和非支承片区；在所述支承片区设置有所述支承箔片，所述非支承片区无任何支承箔片。
17.较好地，所述的分体式轴承单体中，在所述轴承座的表面，沿顺时针方向，所述支承箔片的延伸端相对所述轴承座的表面间距由高到低进行梯度降低设置。
18.较好地，所述的分体式轴承单体中，所述轴承座的外圈半径区域设置的所述支承箔片的密度高于所述轴承座的内圈半径区域设置的所述支承箔片的密度。
19.本发明的技术方案之二如下：
20.一种动压气体止推箔片轴承，包括环形构造的轴承安装底板、环形挡环以及若干个上述分体式轴承单体；若干个所述分体式轴承单体依照圆周分布排列固定设置在所述轴承安装底板，所述环形挡环将若干个所述分体式轴承单体固定紧箍起来；所述分体式轴承单体的内外径分别与所述轴承安装底板的内外径相一致。
21.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
22.1、平直片构造的支承箔片直接插入轴承单体的窄槽中，可以起到对顶箔的弹性支承效果；同时具备周向滑移的趋势。
23.2、该轴承结构、制造工艺简单，具备较高的刚度和承载能力，同时具有良好的阻尼性能，支承箔片组合灵活搭配可实现非线性刚度，不同支承箔片之间与顶箔之间的多处接触区域提供良好的阻尼，同时，该轴承易于变化各种参数，以获得不同的轴承性能。
24.3、该轴承可通过调整辅助支承片的高度沿周向变化等来调整入口楔形间隙，通过主支承片径向分割或辅助支承片的悬伸端形状变化来调整径向刚度分布。
附图说明
25.图1为一实施例中分体式轴承单体的装配示意图；
26.图2为窄槽等间距间隔平行且轴承座的表面设置为支承片区和非支承片区的分体式轴承单体局部结构示意图；
27.图3为窄槽等间距间隔平行且支承箔片包括主翅片及多个辅助翅片的分体式轴承单体局部结构示意图；
28.图4为平直片状的支承箔片结构示意图；
29.图5为平直片状且延伸端开设有缺口的支承箔片结构示意图；
30.图6a、6b分别为支承箔片包括主翅片及多个辅助翅片的结构示意图；
31.图7为窄槽等圆弧角设置且支承箔片沿轴承内外半径区域设置密度不同的分体式轴承单体局部结构示意图；
32.图8为窄槽等间距间隔平行且支承箔片的延伸端相对轴承座的表面间距由高到低进行梯度降低设置的分体式轴承单体局部结构示意图；
33.图9为窄槽等圆弧角设置且轴承座的表面设置为支承片区和非支承片区的分体式轴承单体局部结构示意图；
34.图10为包含分体式轴承单体的动压气体止推箔片轴承结构装配示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
36.实施例1
37.如图1至5所示，本实施例中的分体式轴承单体10，包括外形为扇形环状平直构造的轴承座300、若干平直片状结构的支承箔片210组成的支承箔片组200、外形为扇形环状平直构造的顶箔100以及垫片400。在轴承座300的内壁开具有若干条窄槽310，这些窄槽310平行于轴承座300的逆时针方向(g方向)的侧边302，且相邻两个窄槽210间距相等。
38.支承箔片组200由若干片支承箔片210组成，每片支承箔片210包括嵌入端212和延伸端211，支承箔片210的嵌入端212卡入窄槽310中，延伸端211外露在轴承座300的表面，每条窄槽320在轴承座300的深度相等。
39.由于支承箔片210为平直片状构造，相应地，窄槽320为沿顺时针方向(g方向)设置为斜直槽构造，窄槽320与轴承单体表面所形成的倾斜角，这样就可以实现支承箔片210的弹性支承。支承箔片210的两个轴向端部分别设有一个凸耳202；支承箔片210装入窄槽310后，凸耳210外露于轴承座300的外圈304和内圈303，且在轴承座300的内圈303和外圈302分别起限位作用。
40.顶箔100为扇形环状平直构造，顶箔100的圆弧长、内径及外径均与轴承座300的圆弧长、内径及外径相一致。该顶箔100包括一固定端120和一自由端110，顶箔100的顺时针方向(g方向)侧为固定端120，顶箔100的逆时针方向(h方向)侧为自由端110。固定端120通过垫片400固定设置在轴承座300表面且靠近轴承座300顺时针方向g的侧边301，顶箔100的自由端110则悬露在支承箔片210的延伸端211的上方，且顶箔100内表面不与支承箔片210的延伸端211接触，使得顶箔100与轴承座300表面之间形成一倾斜角。这样在止推盘高速运转条件下，该倾斜角会产生初始动压效应，顶箔100变形后与多片支承箔片210接触，进而承受较大的轴向载荷。另外，支承箔片210的延伸端211将产生弯曲变形，同时延伸端211末端面相对于顶箔100内表面还将产生周向滑移；因此，相比于波箔轴承，该平直片状构造支承箔片210的变形与滑移不受相邻支承箔片210的影响。
41.较好地，如图5所示，在上述平直片状构造的支承箔片210的延伸端211的直边上沿纵向方向开具多个缺口201，这些缺口210，使支承箔片210的延伸端211所在切边被分割为多个小段，每段轴向长度可根据需求设计以形成不同的轴向刚度分布。
42.较好地，如图2所示，沿轴承单体300圆周，由顺时针方向g向逆时针方向h，将轴承座300的表面设置为支承片区i i和非支承片区i；在支承片区i i设置有若干片支承箔片210，而非支承片区i没有设置相应的支承箔片210；也就是说，在轴承座300的表面位于逆时针方向h区域为支承片区i i(也称为高压区)，该区域设有若干片支承箔片210；在轴承座300的表面位于顺逆时针方向g区域为无支承片区i，该区域不设支承箔片210。
43.进一步地，如图3所示，平直片状支承箔片210及轴承单体300上对应的窄槽310沿圆周方向均匀平行分布，在每个轴承单体300上由逆时针方向h向顺时针方向g，窄槽310的宽度略小。沿轴承单体300圆周，由顺时针方向g向逆时针方向h，支承箔片210支承片先逐渐增大再保持不变，以形成楔形收敛间隙。
44.实施例2
45.如图6a和6b所示，本实施例与实施例1的区别在于：支承箔片210不一样。具体如下：
46.每个支承箔片210包括一片主翅片230及多个辅助翅片220；安装时，一个主翅片230及多个辅助翅片220作为一组安装在轴承座300的一个窄槽320中。
47.主翅片230及多个辅助翅片220均有嵌入端212和延伸端211(由于主翅片230的嵌入端与辅助翅片220的嵌入端结构相同、功能相同，因此，本实施例采用同一标识号，如，嵌入端212；当然，在无歧义的前提下，辅助翅片220的嵌入端的标识也可以采用其他的标识号，如，212'、212a等)。辅助翅片220的嵌入端212与主翅片230的嵌入端212平齐贴合，辅助翅片220的延伸端211’紧邻主翅片230的延伸端211贴合设置。辅助翅片220的延伸端211’与主翅片230的延伸端211均可以与顶箔100的外壁相接触，也可以是主翅片230的延伸端211均与顶箔100的外壁相接触，而辅助翅片220的延伸端211’不与顶箔100的外壁相接触。还有辅助翅片220的凸耳202与主翅片230的凸耳202(由于主翅片230的凸耳与辅助翅片220的凸耳的结构相同、大小相同、功能相同，因此，本实施例采用同一标识号，如，凸耳202；当然，在无歧义的前提下，辅助翅片220的凸耳的标识也可以采用其他的标识号，如，202'、202a等)适配平齐贴合。
48.上述主翅片230与实施例1中的平直片状构造的支承箔片210的构造相同，而辅助翅片220的嵌入端与主翅片230的嵌入端相同，均为直线型，辅助翅片220的延伸端211’所在端面可以为直线型、折线型或弧线型等。通常状态，辅助翅片比主翅片间距小，但辅助翅片220的延伸端211’也要外露于轴承座300的内壁，即置于轴承座300的中通孔310中。
49.辅助翅片220的延伸端211’为直边，支承于主翅片230的延伸端211腰部，以提高主翅片230的支承刚度。而辅助翅片230的高低也将影响支承刚度，因此沿圆周方向，辅助翅片230可以设置为按一定规律变化高度，以达到变刚度分布的目的。
50.辅助翅片220的延伸端211’为折线边缘或曲边，不同形式的边缘可形成不同的轴向刚度分布，主要目的是增强中部区域的支承刚度。
51.由于辅助翅片230的数量较多，为两片或两片以上，此时，所有辅助翅片220可以设置在主翅片230的同一侧，或者多片辅助翅片220分别设置在主翅片230的两侧。
52.具体地，当主翅片230及辅助翅片220的数量大于两片时，辅助翅片220并不一定按照高低顺序依次排列，中间层的辅助翅片220可低于两边的辅助翅片220，主翅片230产生一定的弯曲变形后才与某些辅助翅片220的延伸端211’接触，可以达到非线性刚度的效果，这样，主翅片230及辅助翅片220组成的翅片组在弯曲变形过程中，层与层之间将会产生滑移，具有阻尼效应。
53.实施例3
54.本实施例与实施例1的区别在于：
55.如图7至10所示，轴承座300的窄槽310沿轴承单体300径向分布，且相邻两个窄槽
310的圆弧角相等。
56.针对这种轴承座300的设计，如图7所示，在外半径区域a可以相对内半径区域b进行增加支承箔片210的分布密度，以提高支承刚度，以克服外半径区域相邻支承箔片210跨距大的缺点。
57.较好地，如图8所示，由逆时针方向h向顺时针方向g方向，支承箔片210的延伸端211相对轴承座300的表面间距由高区m到低区n进行梯度降低设置；且高区m中的支承箔片210的延伸端211到轴承座300的表面距离相等，而低区n中的支承箔片210的延伸端211沿顺时针方向g到轴承座300的表面距离是梯度降低的。这样，轴承座300上支承箔片210均沿径向分布，在轴承座300的靠近内圈303的相邻两片支承箔片210之间的宽度略小，且沿轴承座300的圆周方向由g到h方向先逐渐增大再保持不变，以形成楔形收敛间隙此时各平直支承箔片210的径向长度均可保持一致，进而降低了支承箔片210的制造难度，更易于大批量生产制造。
58.实施例4
59.本实施例中，选用实施例1中的分体式轴承单体10，该分体式轴承单体10中，选用实施例2中的支承箔片210，其包括一片主翅片230及多个辅助翅片220。
60.如图10所示，一种动压气体止推箔片轴承20，包括中空环形构造的轴承安装底板12、环形挡环11以及六个分体式轴承单体10；六个分体式轴承单体10依照圆周分布排列固定设置在轴承安装底板12，环形挡环11将六个分体式轴承单体10固定紧箍起来；分体式轴承单体10的内外径分别与轴承安装底板12的内外径相一致。也就是由图10中(a)部分各组件经组装完成后，得到图10中(b)所示的动压气体止推箔片轴承20。
61.这种轴承，平直片构造的支承箔片直接插入轴承单体的窄槽中，可以起到对顶箔的弹性支承效果；同时具备周向滑移的趋势；而且轴承结构、制造工艺简单，具备较高的刚度和承载能力，同时具有良好的阻尼性能，支承箔片组合灵活搭配可实现非线性刚度，支承箔片组之间及主支承片与顶箔之间的多处接触区域提供良好的阻尼，同时，该轴承易于变化各种参数，以获得不同的轴承性能。因此，该轴承可通过调整辅助支承片的高度沿周向变化等来调整入口楔形间隙，通过主支承片径向分割或辅助支承片的悬伸端形状变化来调整径向刚度分布。
62.应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。