[发明专利]一种具有反向波箔支承的箔片动压径向气体轴承

说明书

技术领域

本发明属于机械设计中的动压气体轴承领域，特别涉及一种适用于高速透平(涡轮)机械的应用于不同转速和承载力范围的具有反向波箔支承的箔片动压径向气体轴承。

背景技术

气体轴承是一种采用气体作为润滑介质的流体膜润滑轴承，即在轴和轴承之间形成气膜，使运动面和静止面避免发生直接接触。箔片式动压径向气体轴承是径向气体轴承的一种重要形式，由于箔片式动压气体轴承在高速透平(涡轮)机械应用上的优越性，近年来对其研究应用日益受到重视，并得到迅速发展。但由于它主要应用于航空、航天、装甲车辆等军工领域，其研究结果及设计标准很少公开，且其开发投入巨大，制作过程复杂且加工工艺水平要求高。目前在高速透平(涡轮)机械领域最为广泛应用的径向箔片动压气体轴承是美国的波箔动压气体轴承，被各种战斗机环控系统、装甲车辆透平制冷器所采用。然而这种轴承结构复杂、精度要求高，轴承的性能与安装的情况也有很大关系；而且制造困难，从设计准则、结构尺寸的确定、材料选取及加工和热处理工艺的选择均需开展大量的工作；另外，由于结构限制，现有波箔轴承结构刚度不均匀、载荷适应范围小。鉴于此，开发结构简单、适合国内工业水平、独立知识产权且具有均匀刚度和良好阻尼特性以及更大载荷适应范围的新型箔片动压气体轴承，以满足我国高速透平应用发展的需要就显得十分迫切和必要了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能充分发挥传统动压箔片气体轴承的优点，又具有更宽载荷适应范围、更高运转稳定性、更好的弹性支承性能和动态特性的具有反向波箔支承的箔片动压径向气体轴承。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：包括套装在主轴上的轴承座，在轴承座与主轴之间自外向内设置有反向波箔和平箔，所说的反向波箔和平箔的一端固定在轴承座的卡槽中，反向波箔和平箔的另一端均处于自由状态，使反向波箔和平箔具有变形和滑移的空间。

本发明的反向波箔由许多弹性波构成，反向波箔的弧形凸起顶端沿周向分布并与轴承座内侧贴和，反向波箔的波拱间过渡底边与平箔贴和，反向波箔与平箔组成的弹性元件的延展即滑移方向与主轴旋转方向相反；反向波箔和平箔的一端通过定位件固定在轴承座的卡槽中。

本发明具有结构简单，易于加工、装配的优点，能够方便的与现有径向动压气体轴承实现互换。本发明波箔弧形顶部与轴承座内侧贴和、弹性波拱底部与平箔贴和的新结构，体现了平箔良好的刚度均匀性和反向波箔弹性支承优异的刚度和阻尼特性。当轴承承受径向载荷时，平箔的变形与滑移可使载荷转移到下层反向波箔，使其在载荷作用下周向变形和滑移特性较现有的箔片轴承均有大幅提高，从而产生恰当的刚度和阻尼来适应更宽的载荷范围，并有效遏制轴的不稳定涡动，提高运转稳定性。

因此本发明的新型波箔径向动压气体轴承具有良好的静、动态性能和稳定性；而且平箔起到了轴承柔性表面支承作用，轴承间隙内的压力和气膜厚度分布是连续的，即使转子与轴承表面发生摩擦也是面接触，大大降低了转子及轴承表面的损伤。还可以通过调节反向波箔的材料与特征参数，周向分布规律、密度、波拱几何尺寸等结构参数来改变轴承的刚度和阻尼特性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明箔片弹性元件工作受力示意图。

图1图2中：1.主轴；2.平箔；3.反向波箔；4.轴承座；5.定位件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括套装在主轴1上的轴承座4，在轴承座4内侧布置的反向波箔3，紧贴反向波箔3的平箔2以及用于固定弹性箔片原件的定位件5。反向波箔3及平箔2的一端利用定位件5固定在卡槽内，两者的另一端自由(两者大小一致)，使其具有形变、滑移的空间。反向波箔3由许多弹性波构成，反向波箔3的弧形凸起顶端沿周向分布并与轴承座4内侧贴和，反向波箔3的波拱间过渡底边与平箔4贴和，反向波箔3与平箔2组成的弹性元件的延展即滑移方向与主轴1旋转方向相反。

参见图2，本发明轴承承受径向载荷时，平箔2的变形与滑移可使载荷转移到下层反向波箔3，反向波箔3弧形凸起顶端紧贴轴承座4内侧，使得反向波箔3可产生较大范围的形变和滑移，形成轴承间隙内连续的压力和气膜厚度分布，以获得较为均匀的可变刚度和结构阻尼来适应大范围的载荷变化。当透平机械运转时，平箔2和主轴1间隙的大小随着轴承所受载荷F和转速ω的变化而变化，间隙中的润滑气膜受压后引起反向波箔3产生形变，反向波箔3的形变引起反向波箔3、平箔2和轴承座4之间产生相对滑移，产生结构阻尼、摩擦阻尼和可变刚度。当轴旋转时，由轴旋转引起的周向力，由具有粘性的润滑气膜从平箔2传递给反向波箔3，由于反向波箔3弧形凸起顶部与轴承座4内侧接触，形成了一定的接触角，反向波箔3弧形凸起顶部将会产生一个的沿周向的作用力F_t，促使反向波箔3的波拱顶部相对于轴承座4滑移，并产生摩擦阻尼，有效的抑制轴的涡动。