[发明专利]径向箔片空气轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种径向箔片空气轴承。

背景技术

箔片空气轴承(foil air bearing)是一种通过空气压力来支撑载荷的轴承，其中空气压力是通过在转子高速旋转时在转子或轴承板(bearing disc)和与之接触的箔片之间进入的具有粘度的空气而产生。

在箔片空气轴承中，径向箔片空气轴承(journal foil air bearing)在高速下会产生转子-轴承系统的动态失稳。即，当转子高速旋转时，动态特性将变得不稳定，并会产生一些问题如振动。

动态失稳可能会由于转子和箔片之间的意外的压力分布而导致，并且受到箔片结构的摩擦阻尼或者转子的质量不平衡的影响。这种动态失稳不利于转子的稳定工作，应当予以解决。

通常，径向箔片空气轴承由一个波箔片(bump foil)和一个顶箔片(topfoil)或者三个波箔片和三个顶箔片构成。

在这些径向箔片空气轴承之中，公知的是由三个波箔片和三个顶箔片构成的径向箔片空气轴承在承载能力和动态稳定性方面是有利的。然而，在此情况下，轴承构件的数量增加，因此制造成本上升，三个波箔片和三个顶箔片应当具有相同的公差，并且三个顶箔片的所有的固定部分都暴露于转子，因此应当确保固定部分的可靠性。

因此，考虑到确保顶箔片的固定部分的可靠性，减少箔片的数量、尤其是减少顶箔片的数量是有利的。

在通常的径向箔片空气轴承中，顶箔片的一端固定于轴承壳体的孔的内周，另一端没有固定而构成自由端，因而顶箔片能够沿其圆形形状在其半径上弹性地扩展或收缩。当转子开始旋转的速度低于起飞速度(lift off speed)时，在转子与顶箔片涂层之间存在明显的摩擦，这会在顶箔片上产生切向力。这意味着顶箔片应当安装成其能够针对转子的旋转方向进行扩展。如果顶箔片安装成与转子的旋转方向相反，则转子与顶箔片之间的间隙将会随着转子的旋转而减小，从而转子可能无法成功旋转，并且轴承可能受损。由此，当转子高速旋转时，转子与顶箔片之间的间隙增大，并且能够适应转子与顶箔片之间产生的热变形和压力。

因此，需要一种能允许转子在两个方向旋转的顶箔片结构。在此情况下，可以解决上述问题，并且组装和安装将变得容易，因为不再需要对应预定的旋转方向来安装顶箔片，所以管理将变得容易，并且降低了轴承受损的可能性。

因此，理想的是提供一种顶箔片结构以减少构件数量且使得顶箔片固定部分的暴露最小化。基于此，如果能够解决转子高速旋转时的动态失稳且允许转子在两个方向旋转，则将是更加理想的。在另一方面，可以在顶箔片上生成凸起(lobe)以解决转子高速旋转时的动态失稳。在此情况下，如果能容易地调节凸起的数量、大小和位置，则将是理想的。本发明能够满足一些或者所有这些要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种径向箔片空气轴承结构，其提供一种顶箔片结构以减少构件数量且最小化顶箔片固定部分的暴露，并且解决转子高速旋转时的动态失稳的问题。此外，本发明的目的是提供一种径向箔片空气轴承结构，其提供一种顶箔片结构以减少构件数量且最小化顶箔片固定部分的暴露，并且允许转子在两个方向旋转。此外，本发明的目的是提供一种径向箔片空气轴承结构，其提供一种顶箔片结构以减少构件数量且最小化顶箔片固定部分的暴露，解决转子高速旋转时的动态失稳的问题，并且允许转子在两个方向旋转。同时，在本发明的另一个方面，本发明的目的是提供一种径向箔片空气轴承，其能够容易地调节凸起的数量、大小和位置，凸起是用来解决转子高速旋转时的动态失稳的问题。

本发明提供一种径向箔片空气轴承，该轴承包括：设置有孔的轴承壳体，转子布置在所述孔内；沿所述轴承壳体的所述孔的内周彼此间隔开设置的至少两个波箔片；以及通过沿周向的一个箔片提供且沿所述波箔片的顶端设置的顶箔片；由此，在所述转子高速旋转时，所述顶箔片在所述波箔片彼此间隔开的间隔处向外变形并在该间隔处形成凸起形状。

根据本发明，有利的是在所述波箔片之间没有形成波的周向距离由所述轴承壳体的所述孔的半径与在相邻的所述波箔片中所述波终止的点关于所述孔的圆心形成的角度的乘积决定，并且该角度在5°和45°之间。

根据本发明，可以沿径向提供多个彼此层叠的所述顶箔片。

根据本发明，理想的是所述顶箔片的两端具有弯曲部分，并且该弯曲部分安装在设置于所述轴承壳体的所述孔的所述内周上的槽内，以便能够在该槽内在周向和径向弹性移动。

根据本发明，理想的是所述顶箔片安装成使得所述两个弯曲部分在所述槽内相互面对且接触，并且所述顶箔片关于所述弯曲部分对称。