[发明专利]一种具有类梁结构的沿圆周分布波箔的箔片气体轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种径向弹性箔片气体轴承，更具体的说，它涉及一种具有类梁结构的沿圆周分布波箔的气体动压轴承。

背景技术

箔片气体轴承是一种自作用弹性支承气体动压轴承。它由轴承套、弹性支承箔片和顶层箔片等构成。与普通转子轴承相比，它具有转速高，精度好，可靠性高，无油润滑，摩擦损耗小，能在高温环境下工作等一系列优点。箔片气体轴承在航空航天和国防军工等领域具有广阔的应用前景，包括新一代战机、高温燃气轮机、巡航导弹、超低温冷却系统。同时，弹性箔片轴承技术也是21世纪分布式能源系统微型燃气轮机核心技术之一。

在箔片气体轴承中，箔片是主要的支承结构，它应该具有一定的刚性和阻尼，使轴承相应的获得一定的承载能力和缓和冲击振动的能力。传统的具有沿轴向分布整体式支承箔片的气体轴承由于箔片在轴承套和顶层箔片之间均匀分布，支承箔片只能沿圆周方向变形，轴承在中部和端部具有相同的刚性，而轴承在工作状态下中部气压大，两端气压小，所以中部箔片在轴承工作过程中变形较大。这与箔片空气轴承希望中间刚性比两端刚性大的要求不符，不利于轴承承载能力的进一步提高。本发明通过改进气体轴承的结构，采用特殊形状的多片式支承箔片，提高了轴承中部的刚性，减小变形，提高了轴承的总体承载能力。

发明内容

本发明为了寻求能显著改善气体轴承内部刚性分布情况，提高轴承总体承载能力的方法，提供了一种新型箔片轴承结构。此种结构可以在一定程度上解决气体轴承支承箔片中部刚性较小，运行过程中变形过大，不利于提高轴承承载能力的问题。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：箔片气体轴承的基本组成部分为轴承套、弹性支承箔片、顶层箔片和箔片固定装置。弹性支承箔片上的波状凸起沿圆周方向分布，分为两种：第一种是中间宽两端窄弧形片状结构的主要支承箔片，为轴承提供主要支承。第二种是辅助支承箔片，用于填补主要箔片之间的空缺，为轴承两端提供辅助支承。两种支承箔片和顶层箔片的一端固定在轴承套上，另一端自由无约束。

本发明提出的技术方案意在通过改变现有轴承弹性支承箔片的结构和安装方法，利用主要支承箔片沿圆周方向宽度的不均匀性来提高轴承中部的刚性和承载能力。在轴承工作时，主要支承箔片承受来自顶层箔片的径向载荷而产生变形，凸起高度变小，在一端固定的情况下，自由端就会沿箔片的长度方向也就是轴承的轴向延伸。这为轴承提供了主要的弹性支承。另一方面，主要支承箔片上沿圆周方向波状凸起沿轴承的轴向排列，形成了类似于梁的结构。当轴置于这种类梁结构上时，此结构受到来自于轴的径向载荷，就会产生弯曲变形并沿圆周方向延伸，为轴承提供额外的弹性支承，其大小随着主要箔片的宽度增大而变大。因为主要支承箔片为在宽度方向中间宽两端窄的片状结构，所以这种额外的弹性支承也是在轴承的中部最大，两端较小。在轴承的两端，由于主要支承箔片的特殊形状而形成的空隙由辅助支承箔片来填补，保证了箔片空气轴承的性能不受这些空隙的影响。

与现有的箔片气体轴承相比，本发明提出的特殊箔片结构和安装形式由于其内在的双弹性支承属性可以为轴承中部提供额外的刚性，改善轴承沿轴向的刚性分布，使轴承中部刚性比两端大，轴承运转时压力分布更加均匀，能够显著提高轴承的承载能力，在一定程度上也改善了气体轴承可靠性差的问题。

附图说明

图1箔片气体轴承的整体结构示意图

图2主要支承箔片及其重要形状参数示意图

图3辅助支承箔片及其重要形状参数示意图

图4箔片气体轴承的两种支承箔片在轴承中的布置形式示意图

图5箔片气体轴承的支承箔片端部固定方法示意图

图6箔片气体轴承的主要零件示意图

图中：1-轴承套，2-箔片固定压圈，3-固定螺栓，4-主要支承箔片，5-辅助支承箔片，6-顶层箔片

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

图1为径向弹性箔片气体动压轴承的整体结构示意图。径向弹性箔片气体轴承由轴承套1、弹性支承结构、箔片固定压圈2和顶层箔片6四部分组成，其中弹性支承结构又由主要支撑箔片4和辅助支承箔片5组成。弹性支承结构和顶层箔片一起形成了箔片气体轴承的弹性支承表面。