气体轴承、电机及高速旋转设备的制作方法

1.本实用新型涉及气体轴承技术领域，特别涉及一种气体轴承、电机及高速旋转设备。


背景技术：

2.气体轴承与其他轴承相比，具有工作转速高，摩擦能耗小、使用寿命长和工作环境温度范围广等优点。相关技术中，气体轴承包括轴套、顶箔、波箔和插销，波箔的一端和顶箔的一端均折成直角，且嵌入安装槽，插销插设于安装槽中以固定波箔和顶箔，通过上述方式设置的气体轴承，实现了顶箔和波箔的可拆卸，轴套可重复使用，降低了维修成本；但由于顶箔的一端和波箔的一端均要折成直角，在长时间的使用中，受残余应力影响，顶箔和波箔容易在折角处产生变形，进而影响轴承的性能。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种气体轴承，维修成本低，且顶箔和波箔在折角处不易产生变形，使气体轴承性能更好。
4.本实用新型还提出一种具有上述气体轴承的电机及高速旋转设备。
5.根据本实用新型第一方面实施例的气体轴承，包括轴套、顶箔、波箔和插销，所述轴套具有轴孔，所述轴套的内周壁设有安装槽，所述轴套的端面设有安装孔，所述安装孔和所述安装槽均自所述轴套的一端延伸至另一端，所述安装孔与所述安装槽部分重合，所述安装槽沿所述轴套的径向倾斜设置；所述顶箔设于所述轴孔内，所述顶箔沿所述轴套周向的一端设有第一折边，所述第一折边嵌入所述安装槽；所述波箔设于所述轴套的内周壁和所述顶箔的外周壁之间，所述波箔沿所述轴套周向的一端设有第二折边，所述第二折边嵌入所述安装槽；所述插销插设于所述安装孔以固定所述第一折边和所述第二折边。
6.根据本实用新型实施例的气体轴承，至少具有如下有益效果：由于第一折边嵌入安装槽，第二折边嵌入安装槽，安装孔和安装槽均自轴套的一端延伸至另一端，且安装孔与安装槽部分重合，故插销插设于安装孔，能够使第一折边和第二折边固定，当顶箔或波箔损坏后，将插销拔出，将损坏的部件拆卸并更换，而轴套可以重复使用，降低维修成本；另外，由于安装槽沿轴套的径向倾斜设置，故此时顶箔和波箔在折角处不折为直角，此时折角处的残余应力是固定的，两者不易在折角处产生变形，气体轴承的性能更好。
7.根据本实用新型的一种实施例，所述安装孔的宽度大于所述安装槽的宽度。
8.根据本实用新型的一种实施例，所述安装孔与所述安装槽的重合处位于所述安装槽沿所述安装槽的高度方向的中部。
9.根据本实用新型的一种实施例，所述安装槽相对于所述轴套的径向的倾斜角度为β，满足：40
°
≤β≤50
°
。
10.根据本实用新型的一种实施例，所述顶箔朝向所述轴孔中心的内周壁设有耐磨涂
层。
11.根据本实用新型的一种实施例，所述顶箔的厚度为b，所述波箔的厚度为c，满足：0＜b≤0.5mm，0＜c≤0.5mm。
12.根据本实用新型的一种实施例，所述安装孔为圆形孔或方形孔，所述插销与所述安装孔过盈配合。
13.根据本实用新型的一种实施例，所述波箔和所述顶箔配合形成箔片单元，所述箔片单元设有多个，多个所述箔片单元沿所述轴套的周向分布于所述轴孔内，所述轴套设有多个沿所述轴套的周向间隔设置的所述安装槽，并设有多个沿所述轴套的周向间隔设置的所述安装孔，每个所述安装孔对应地与一个所述安装槽部分重合，所述插销设有多个，每个所述插销插设于对应的所述安装孔内。
14.根据本实用新型第二方面实施例的电机，其包括本实用新型第一方面实施例的气体轴承。
15.根据本实用新型实施例的电机，至少具有如下有益效果：由于气体轴承实现顶箔和波箔可拆卸的同时，性能更好，故电机的工作性能也得到提高，且当电机中的气体轴承损坏时，维修方便，维修费用低。
16.根据本实用新型第三方面实施例的高速旋转设备，其包括本实用新型第二方面实施例的电机。
17.根据本实用新型实施例的高速旋转设备，至少具有如下有益效果：由于电机的工作性能得到提高，故高速旋转设备的整体性能得到提高，另外，当电机中的气体轴承损坏时维修方便，维修费用低，而电机中的气体轴承是高速旋转设备中较易损坏的部件，故高速旋转设备整体的维修更加方便，维修费用降低。
18.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：
20.图1为本实用新型一种实施例的气体轴承的示意图；
21.图2为本实用新型一种实施例的气体轴承的分解示意图；
22.图3为本实用新型一种实施例的气体轴承的轴套的示意图；
23.图4为本实用新型一种实施例的气体轴承的顶箔的示意图；
24.图5为本实用新型一种实施例的气体轴承的顶箔未放入轴孔时的示意图；
25.图6为本实用新型一种实施例的气体轴承的波箔的示意图；
26.图7为本实用新型一种实施例的气体轴承的波箔未放入轴孔时的示意图。
27.附图标记：
28.气体轴承100；轴套110；轴孔111；安装孔112；安装槽113；槽口1131；顶箔120；第一折边121；波箔130；第二折边131；波纹结构1321；波纹段1301；平直段1302；插销140。
具体实施方式
29.下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、内、外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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
31.在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
32.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
33.众所周知，气体轴承又可以称为空气轴承或气浮轴承，指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中。与其他轴承相比，气体轴承具有工作转速高，摩擦能耗小、使用寿命长和工作环境温度范围广等优点。
34.相关技术中，气体轴承包括轴套、顶箔、波箔和插销，波箔的一端和顶箔的一端均折成直角，且嵌入安装槽，插销插设于安装槽中以固定波箔和顶箔，通过上述方式设置的气体轴承，实现了顶箔和波箔的可拆卸，轴套可重复使用，降低了维修成本；但由于顶箔的一端和波箔的一端均要折成直角，在长时间的使用中，受残余应力影响，顶箔和波箔容易在折角处产生变形，进而影响轴承的性能。
35.为此，本实用新型第一方面的实施例提出一种气体轴承100，具体参照说明书附图的图1至图7所示。
36.参照图1和图2所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，包括轴套110、顶箔120、波箔130和插销140。参照图3所示，轴套110沿其轴向具有两端面，且轴套110设有贯通两端面的轴孔111，使轴套110整体呈现为圆筒状。需要说明的是，轴孔111为圆孔，与电机转轴(图中未示出)相匹配。轴套110的内周壁设有安装槽113，安装槽113沿轴套110的轴向自轴套110的一端延伸至另一端，需要说明的是，安装槽113贯通轴套110沿其轴向的两端面，即安装槽113沿轴套110轴向的两端开口，所以安装槽113的长度为轴套110的长度；另外，继续参照图3所示，安装槽113与轴孔111的连通处形成槽口1131，槽口1131沿轴套110的轴向分别延伸至两端面，同时，安装槽113具有相对的两侧壁，以及与两侧壁连接的底壁。可以理解的是，安装槽113相对的两侧壁之间的最短距离即为安装槽113的宽度，底壁与槽口1131之间的最短距离即为安装槽113的高度。
37.参照图3所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，安装槽113沿轴套110的径向倾斜设置，且安装槽113相对于轴套110的径向的倾斜角度为β。需要说明的是，倾斜角度β可以任意设置，只要大于0
°
即可，在此不作具体限定。在一种实施例中，安装槽113相对于轴套110的径向的倾斜角度为β，满足：40
°
≤β≤50
°
。可以理解的是，在上述角度范围内，第一折边121和第二折边131更容易嵌入安装槽113内。在一种实施例中，β＝45
°
，需要说明的是，
倾斜角度β还可以为42
°
、47
°
等，在此不作具体限定。继续参照图3所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，轴套110的端面设有安装孔112，安装孔112沿轴套110的轴向自轴套110的一端延伸至另一端，需要说明的是，安装孔112贯通轴套110沿其轴向的两端面，即安装孔112为通孔，所以安装孔112的长度为轴套110的长度。需要说明的是，安装孔112与安装槽113部分重合，在一种实施例中，安装孔112位于安装槽113的一侧且相连通，安装孔112的一部分与安装槽113交错。
38.参照图1和图2所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，顶箔120设于轴孔111内且与轴套110的内周壁间隔设置。参照图1和图4所示，顶箔120的形状与轴套110内周壁的形状相匹配，即顶箔120呈弯曲状，且顶箔120沿轴套110周向的一端设有第一折边121，第一折边121嵌入安装槽113内。参照图4和图5所示，顶箔120在安装时由平直状卷曲为弯曲状。需要说明的是，顶箔120朝向轴孔111中心的内周壁设有耐磨涂层。可以理解的是，在气体轴承100的使用中，电机转轴可能会与顶箔120朝向轴孔111中心的内周壁接触，并对其造成磨损，降低耐用性，使用户不得不更换顶箔120；而设置耐磨涂层可以对顶箔120朝向轴孔111中心的内周壁起到保护作用，从而延长气体轴承100的使用寿命。在一种实施例中，耐磨涂层由ptfe(聚四氟乙烯)和pi(聚酰亚胺)的混合物制成；在另一种实施例中，耐磨涂层由ptfe(聚四氟乙烯)和mos2(二硫化钼)的混合物制成；在另一种实施例中，耐磨涂层由pi(聚酰亚胺)和mos2(二硫化钼)的混合物制成。
39.参照图1和图2所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，波箔130设于轴套110的内周壁和顶箔120的外周壁之间。参照图1和图5所示，波箔130的形状与轴套110内周壁的形状相匹配，即波箔130在整体上呈弯曲状，且波箔130沿轴套110周向的一端设有第二折边131，第二折边131嵌入安装槽113内。参照图6和图7所示，波箔130在安装时由平直状卷曲为弯曲状。需要说明的是，波箔130由多个波纹结构1321依次连接而成，波纹结构1321能够发生弹性形变，以向顶箔120提供弹力。在一种实施例中，波纹结构1321包括相互连接的波纹段1301和平直段1302。需要说明的是，波纹段1301抵接于顶箔120的外周壁，波纹段1301用于发生弹性形变，以向顶箔120提供弹力；平直段1302抵接于轴套110的内周壁，平直段1302用于使波箔130与轴套110内周壁的接触面积更大，更好地贴合于轴套110的内周壁，由此，使波箔130在气体轴承100的使用中具有更稳定的状态。
40.参照图1和图2所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，插销140插设于安装孔112以固定第一折边121和第二折边131。可以理解的是，由于第一折边121嵌入安装槽113，第二折边131嵌入安装槽113，安装孔112和安装槽113均自轴套110的一端延伸至另一端，且安装孔112与安装槽113部分重合，故插销140插设于安装孔112，能够使第一折边121和第二折边131固定，当顶箔120或波箔130损坏后，将插销140拔出，将损坏的部件拆卸并更换，而轴套110可以重复使用，降低维修成本。
41.另外，相关技术中波箔的一端和顶箔的一端均折成直角，且嵌入安装槽，插销插设于安装槽中以固定波箔和顶箔，此时，波箔和顶箔会在折角处产生变形，且变形的方向不确定，容易导致顶箔与电机转轴发生干磨，或波箔与轴套的内周壁贴合效果不好，导致最终测试的轴承间隙不准确。本实用新型一种实施例的气体轴承100，由于安装槽113沿轴套110的径向倾斜设置，故此时顶箔120和波箔130在折角处不折为直角，此时折角处的残余应力是固定的，两者不易在折角处产生变形，气体轴承100的性能更好。在一种实施例中，顶箔120
和波箔130在折角处折为钝角，此时顶箔120和波箔130的安装更加容易，且折角处不易变形，需要说明的是，残余应力是指消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力，不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力，残余应力一般是有害的，如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
42.需要说明的是，本实用新型一种实施例的气体轴承100为空气动压轴承(又称动压气浮轴承)，当电机转轴(图中未示出)在气体轴承100的轴孔111中转动时，会在轴孔111中形成气膜使轴悬浮转动，但电机转轴在轴孔111中转动时所产生的气膜压力容易出现不均匀现象(即电机转轴周向的某处相对较大，某处相对较小)，从而使电机转轴在轴孔111中晃动，影响轴的使用寿命；通过设置波箔130和顶箔120，可以在轴孔111中的气膜压力出现不均匀现象时，使顶箔120和波箔130沿轴套110的径向延伸或收缩，以使电机转轴周向的气膜压力平衡，进而让电机转轴可以平稳转动，降低噪声，延长电机转轴的使用寿命。
43.参照图3所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，安装孔112的宽度大于安装槽113的宽度。显然，此时，插销140能够更好地固定安装槽113内的第一折边121和第二折边131。可以理解的是，若安装孔112的宽度小于安装槽113的宽度，插销140能向第一折边121和第二折边131提供的紧固力很小，难以固定第一折边121和第二折边131。在一种实施例中，安装孔112与安装槽113的重合处位于安装孔112沿安装槽113宽度方向的中部，可以理解的是，此时，第一折边121和第二折边131被插销140固定的面积更大，不易从安装槽113中脱出。
44.参照图3所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，安装孔112与安装槽113的重合处位于安装槽113沿安装槽113的高度方向的中部。可以理解的是，通过上述设置，插销140插入安装孔112后，与第一折边121的接触面积更大，能够更好地压紧顶箔120和波箔130，使顶箔120和波箔130不易从安装槽113脱离而出。在另一种实施例中，安装孔112与安装槽113的重合处位于安装槽113沿安装槽113的高度方向的一端，在此不再赘述。
45.本实用新型一种实施例的气体轴承100，顶箔120的厚度为b，波箔130的厚度为c，满足：0＜b≤0.5mm，0＜c≤0.5mm。可以理解的是，在上述厚度范围内，顶箔120和波箔130容易压制成型，另外，若波箔130和顶箔120过厚，会影响到气体轴承100的工作性能。在一种实施例中，顶箔120的厚度为b，波箔130的厚度为c，满足：b＝0.1mm，c＝0.1mm，此时顶箔120和波箔130的压制成型更加方便，气体轴承100的工作性能也较好。需要说明的是，顶箔120的厚度b可以根据实际情况，在0＜b≤0.5mm的范围内任意选取，顶箔120的厚度c可以根据实际情况，在0＜c≤0.5mm的范围内任意选取，在此不作具体限定。在另一种实施例中，顶箔120的厚度b也可以大于0.5mm，波箔130的厚度c也可以大于0.5mm。在一种实施例中，第一折边121的厚度与顶箔120的厚度b相等，第二折边131的厚度与波箔130的厚度c相等。
46.参照图3所示，本实用新型一种实施例的气体轴承100，安装孔112为圆形孔或方形孔，插销140与安装孔112过盈配合。可以理解的是，插销140形状与安装孔112形状相匹配，当安装孔112为圆形孔时，插销140为圆形插销140，当安装孔112为方形孔时，插销140为方形插销140。可以理解的是，插销140与安装孔112过盈配合，能使插销140向第一折边121和第二折边131提供更大的压紧力，使第一折边121和第二折边131更紧地固定于安装槽113内，不易从安装槽113脱出。需要说明的是，安装孔112还可以为棱形孔等，在此不作具体限
定。
47.本实用新型一种实施例的气体轴承100，波箔130和顶箔120配合形成箔片单元，箔片单元设有多个，多个箔片单元沿轴套110的周向分布于轴孔111内，轴套110设有多个沿轴套110的周向间隔设置的安装槽113，并设有多个沿轴套110的周向间隔设置的安装孔112，每个安装孔112对应地与一个安装槽113部分重合，插销140设有多个，每个插销140插设于对应的安装孔112内。需要说明的是，多个顶箔120沿轴套110的周向间隔设置，多个波箔130沿轴套110的周向间隔设置，多个插销140沿轴套110的周向间隔设置，多个安装孔112沿轴套110的周向间隔设置，多个安装槽113沿轴套110的周向间隔设置。可以理解的是，通过设置多个顶箔120、多个波箔130、多个插销140、多个安装孔112和多个安装槽113，当某处的波箔130或顶箔120损坏时，只需更换该处的波箔130或顶箔120即可，其余各处的波箔130或顶箔120无需更换，从而降低了维修成本。
48.本实用新型第二方面的一种实施例还提出一种电机，图中未示出，电机包括本实用新型第一方面实施例的气体轴承100。
49.根据本实用新型实施例的电机，由于气体轴承100实现顶箔120和波箔130可拆卸的同时，性能更好，故电机的工作性能也得到提高，且当电机中的气体轴承100损坏时，维修方便，维修费用低。
50.本实用新型第三方面的一种实施例还提出一种高速旋转设备，图中未示出，高速旋转设备包括本实用新型第二方面实施例的电机。
51.根据本实用新型实施例的高速旋转设备，由于电机的工作性能得到提高，故高速旋转设备的整体性能得到提高，另外，当电机中的气体轴承100损坏时维修方便，维修费用低，而电机中的气体轴承100是高速旋转设备中较易损坏的部件，故高速旋转设备整体的维修更加方便，维修费用降低。
52.需要说明的是，高速旋转设备可以为燃料电池空压机、鼓风机和离心制冷压缩机等。需要说明的是，高速旋转设备的转速可以达到20000r/min以上。
53.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的各实施例技术方案的范围。