[发明专利]一种分离式波箔动压气体推力轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够承受一定轴向载荷的分离式波箔动压气体推力轴承，属于气体动压润滑领域。

背景技术

动压气体轴承是一种以气体为润滑介质的流体膜润滑轴承，与传统的液体润滑轴承和滚动轴承相比，动压气体轴承在运行过程中具有高转速、低摩擦、低噪声、无污染、工作精度高、可靠性高等特点。其工作原理为形成楔形间隙的两个高速相对运动的表面，在气体自身粘性作用下将气体带入楔形间隙内，形成能够承受轴向载荷的动压流体膜，与静压气体轴承相比，气体动压轴承无需外部高压气源设备、节流器等，整个支承系统的结构更为简单、紧凑。但是动压气体轴承也存在是自身的局限性，如承载能力相对较低、启停摩擦较为剧烈等。综上所述动压气体轴承通常应用在高速、轻载旋转类机械中，例如微型燃气涡轮机、透平膨胀机、离心机等。

动压气体轴承根据轴承基体可以分为刚性轴承和弹性轴承。刚性轴承支承的转子系统难以满足可靠性和稳定性的要求，轴承加工精度和装配精度要求较高，使用寿命短的问题一直没得到解决。弹性基体轴承也经过了一系列的发展，其主要结构形式有螺旋槽型、管支承型、悬臂型及波箔型。螺旋槽型轴向箔片气动轴承的弹性基体是由刻有螺旋槽的柔性箔片和网状弹性组件构成。管支承型轴向箔片气动轴承的弹性基体是由若干扇形箔片和管状的弹性支承元件组成。悬臂型轴向箔片气动轴承的每个扇形箔片顺序排列在圆环状平板上，下部装有弹性支承元件，箔片的自由端与止推盘形成楔形。

波箔轴承是一种以柔性表面为支承的自作用式弹性轴承，它主要由平箔、波箔、轴承座和旋转盘组成。其承载机理与刚性表面动压轴承类似，即旋转盘表面与平箔表面之间存在收敛楔，在转速达到一定值时，旋转盘表面与平箔表面之间形成动压流体膜，将旋转盘与平箔隔离。在流体膜的压力作用下，平箔和波箔均发生变形，从而产生了平箔与波箔本身的弹性阻尼以及平箔与波箔之间、波箔与轴承座之间的库仑摩擦阻尼，这些阻尼能够有效地吸收轴承的涡动能量，并抑制流体膜产生自激振荡，使其在高速旋转的情况下具有良好的稳定性。与传统的气体轴承相比，波箔轴承还具有运行寿命长、可靠性高、承载能力大、以及高转速等特点。

波箔轴承根据波箔的结构形式可以分为整体式和分离式。整体式波箔的箔拱在半径方向连续，箔拱之间的距离不变。国内外针对一代波箔轴承即整体式波箔轴承做了大量理论分析和实验研究，整体式波箔轴承存在着严重的侧面气体泄露，从实验结果观察到平箔严重磨损甚至烧伤。分离式箔片是由沿圆周方向的若干狭缝将扇形箔片分为几条环带，在各个环带上可以加工出不同节距的波箔。分离式箔片沿半径方向和圆周方向有着不同的刚度特性，这种刚度有特性有助于轴承适沿应半径方向线速度的差异，从而能够均匀化压力，协调箔片变形，提高轴承承载能力。环形狭缝使得波箔片避免了由于温度分布不均引起的热变形，此外还能够使轴承适应少量的轴向偏斜。

到目前为止从国内外众多文献、技术资料可以发现，对箔片动压气动轴承的研究主要集中在径向轴承方面，在实际应用中取得了一些成功。然而，对于箔片气动推力轴承的研究则相对较少，其类型没有径向轴承丰富，相关理论和应用相对缺乏。在国外，箔片轴承已经成功的应用于航空涡轮发动机、微型涡轮发动机、透平膨胀机等高速旋转机械之中，并产生了巨大的经济效益。

因此，针对国内存在的现有情况，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种分离式波箔动压气体推力轴承，其能够承受一定的轴向载荷。

本发明采用如下技术方案：一种分离式波箔动压气体推力轴承，其包括轴承底盘、设置于所述轴承底盘外表面上的平箔片和波箔片以及设置于轴承底盘中的垫片，所述轴承底盘为圆形形状且轴承底盘圆由沿半径方向的缝隙均匀的分成若干部分，所述平箔片和波箔片均匀的分布在轴承底盘的圆周上，其中所述平箔片位于轴承底盘的工作端面上，波箔片位于轴承底盘和平箔片之间。

所述平箔片和波箔片均是一端固定，另一端自由伸缩，所述平箔片的固定端到自由端的方向与压力气流流动方向一致，所述波箔片的固定端到自由端的方向与压力气流流动方向相反。

所述波箔片在径向被分割成若干个箔带，每条箔带沿半径方向分布着不同节距的箔拱，所述箔带的自由端连为一体。

所述每一条箔带上距离波箔片自由端最近的箔拱在圆周方向的位置相同。

所述轴承底盘上还形成有供所述平箔片和波箔片插入的倒“T”形槽。

所述轴承底盘上还形成有紧邻所述倒“T”形槽的矩形槽及紧邻所述矩形槽的螺纹孔，所述矩形槽位于所述倒“T”形槽和所述螺纹孔之间，所述垫片插入所述矩形槽中。