[发明专利]一种双特性波箔气体轴承

说明书

本发明公开了一种双特性波箔气体轴承，其包括轴承套、平箔片和波箔片，平箔片和波箔片的一端作为固定端，另一端作为自由端，且平箔片和波箔片通过固定端固定于轴承套的内孔壁上，波箔片位于平箔片和轴承套之间，其中，平箔片的外壁上间隔设置有若干个沿轴承轴向延伸的压电陶瓷，压电陶瓷与驱动信号源电连接。上述双特性波箔气体轴承结合了动压气体轴承和挤压膜气体轴承的特点，不仅结构简单，设计巧妙；而且能够减少轴承启动时的摩擦，提高轴承的承载力和稳定性，通过调节高频信号的频率和振幅，实现整体轴承的承载力的调整。

技术领域

本发明涉及一种气体轴承，尤其是涉及一种双特性波箔气体轴承。

背景技术

气体轴承是一种采用气体为润滑介质的流体膜润滑轴承，因其润滑介质的低粘性使得气体轴承成为高速涡轮机的最佳选择。提高旋转速度可以大规模减少旋转机械的尺寸，进而减少质量，提高工作效率，故自20世纪60年代起，气体轴承就被用在许多旋转机械中，尤其在支承高速转子的精密机械中显示了其特殊价值。与传统的液体润滑轴承和滚动轴承相比，气体轴承在运行过程中具有高转速、低噪声、无污染、可靠性高、运行寿命长、耐冲击、摩擦磨损低、适应温度范围宽广及其较高的耐久性。气体轴承的工作原理与传统的油润滑滑动轴承基本相同，就是利用气体的粘性来提高轴承间隙中的压力，克服物体的重力从而使物体悬浮。

气体挤压膜轴承是气体轴承的一种，其由压电陶瓷或磁致伸缩材料制成的换能器沿支承面法线方向产生高频振动，使间隙内的气体不断受到挤压，形成具有压力的气膜，产生承载力。不过气体挤压膜轴承承载能力较低，因此工程上尚没有得到广泛应用。

动压气体轴承因润滑介质(气体)的低粘性导致气体轴承动力特性与传统轴承特性相比存在以下两方面不足：较低的承载能力和有限的阻尼水平。为了克服这些局限性，1960年中期提出了空气箔轴承的概念，即将弹性结构和耗散结构加入到轴承壳体和轴颈之间。在过去的几十年中，设计出多种类型的箔轴承(盘型，叶型，波箔型等)，波箔型轴承被认为是最有效、最成功的轴承之一。

在过去的40多年间，波箔型气体轴承的研究取得了显著的进步，和滚动轴承相比，采用波箔型气体轴承的高速涡轮机的可靠性提高了十倍以上。随着对飞机性能要求的日益提高，飞机中电子设备的数量在不断增加，进而对制冷功率的要求也愈来愈大，对压力、温度及空气湿度等的要求也在逐渐提高。高速旋转机械空气循环机(ACM)是飞行器中环境控制系统(ECS)的心脏，而环境控制系统用来管理飞行器中气体的制冷、制热及增压过程。因此，在空气循环机中改用波箔型气体轴承透平膨胀机转子的转速可以大幅度提高，而转子转速的提高通过以下两方面来改善飞行器空调系统的综合制冷性能：一方面，波箔型气体轴承改善了气体膨胀机的特性比，进而改变了气体膨胀机的工作效率，从而提高整个冷却系统的循环效率；另一方面，转子的高转速使得气体膨胀机工作轮中的系统膨胀比及气体流动发生了改变，从而导致温降幅度增加、制冷量也随之增大，减少了系统的引气量。另外，转子转速的提高有效降低了飞机的引气阻力、增加了推力进而改善了系统的力学性能，减轻了制冷系统部分组件的重量使得系统部件更加紧凑、轻巧，对附件的要求也随之大大降低，增加了空调系统的使用寿命，飞机的燃油损失也有所降低。

波箔型气体轴承的上述优点可以满足高速透平机械的要求，并得到了广泛应用，目前在美国等西方发达国家的军用、民用飞机及陆地车辆环境控制系统的空气循环机都使用波箔型气体轴承，旧的环境控制系统中的滚动轴承也被替换成了波箔型气体轴承。美国的F-16战斗机，波音747、737客机中的空气循环机均改用波箔型气体轴承。这对现有的波箔型气体轴承的承载力和稳定性就提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双特性波箔气体轴承，以解决现有技术中波箔气体轴承存在承载力低和稳定性差的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：