[发明专利]一种形状记忆合金-箔片可变刚度径向气体动压轴承

说明书

本发明公开了一种形状记忆合金‑箔片可变刚度径向气体动压轴承，包括箔片组、多组SMA撑板、轴向限位板、轴承内套、轴承外套及多个供气软管；轴承内套安装在轴承外套内，轴承外套的两端分别安装一个轴向挡板；轴承内套内壁上设有多个鞍形槽，外壁上对应于每个鞍形槽设有一个通气槽，通气槽与相对应的鞍形槽通过通气孔连通，轴向挡板上对应于每个通气槽设有一个供气孔，一轴向挡板上的供气孔连接供气软管；所述的供箔片组安装在轴承内套中；每个鞍形槽内通过轴向限位板安装有一SMA撑板，SMA撑板支撑供箔片组外壁。本发明可以主动改变轴承刚度，进而改变转子的临界转速位置，在转子升降速过程中有效提高转子在过柔性临界转速的稳定性。

技术领域

本发明涉及主动控制空气轴承技术领域，具体涉及一种形状记忆合金（SMA）-箔片可变刚度径向气体动压轴承。

背景技术

气体箔片轴承一般由顶箔、轴承套和一层或数层箔片构成，基于气体动压效应产生支承力悬浮转子；由于润滑介质为低粘度的环境气体，其具有无需润滑系统、清洁、和高转速等优点。气体箔片轴承可以提高设备的DN值、能量密度和效率，被广泛应用于空气循环机、高速鼓风机/压缩机、高速电机、微型涡喷发动机、微型燃气轮机和车用燃料电池用空压机等小型动力设备。增大转子重量和增长转子长度可以有效提升设备的功率量级，提高转子转速可以提升设备的能量密度，然而，转子重量受到气体箔片轴承承载能力的限制，增长转子长度或进一步提高转子转速会涉及柔性转子，气体和转子的非线性耦合作用将对轴承-转子系统带来更多的问题。

传统气体箔片轴承因为弹性结构的局限性，存在承载能力不足的问题，常规的解决方案是针对箔片结构进行轴向和周向的结构设计，其中，采用双波箔结构能有效优化轴承的径向刚度分布。转子载荷较小时，由刚度较小的上层波箔起作用；当转子载荷较大时，上层波箔压到刚度较大的下层波箔上时，上下层波箔共同支承转子，轴承的径向刚度增大，可以在一定程度上提高轴承的承载能力。

由于支承气膜的非线性，进而导致气体箔片轴承支承的转子在高DN值工况下的次同步振幅较大。常规的解决方案是通过对箔片或轴承套结构进行设计，提出多瓣结构的气体箔片轴承，可以改变支承气膜形状、打断支承气膜连续性进而削弱轴承的交叉刚度，在一定程度上能够抑制转子次同步振幅。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种具有承载能力较高、全局、局部刚度可调、可主动控制气膜形状等优点的形状记忆合金-箔片可变刚度径向气体动压轴承，它能有效解决当前气体箔片轴承承载能力较弱、高DN值工况下支承转子次同步振幅大、支承转子过柔性临界转速时稳定性差的问题。

本发明采用的技术方案是：一种形状记忆合金-箔片可变刚度径向气体动压轴承，包括箔片组、多组SMA撑板、轴向限位板、轴承内套、轴承外套及多个供气软管；所述的轴承内套安装在轴承外套内，轴承外套的两端分别安装一个轴向挡板；轴承内套内壁上设有多个鞍形槽及一插槽，外壁上对应于每个鞍形槽设有一个通气槽，通气槽与相对应的鞍形槽通过通气孔连通，鞍形槽、插槽及通气槽均为轴向设置的通槽；轴向挡板上对应于每个通气槽设有一个供气孔，一轴向挡板上的供气孔连接供气软管；所述的供箔片组设有折边，折边安装在插槽内，供箔片组置于轴承内套内；每个鞍形槽内通过轴向限位板安装有一SMA撑板，SMA撑板支撑供箔片组外壁。

进一步的，所述箔片组包括波箔I、波箔Ⅱ和顶箔；波箔Ⅱ置于波箔I、顶箔之间，波箔Ⅱ外壁的波峰与波箔I外壁的波峰相对应。

进一步的，波箔I外壁的波谷对应于鞍形槽设置；所述SMA撑板是由SMA材料冲压形成的波浪形板，轴向限位板为一设有多个矩形孔的长条形板，轴向限位板的相邻两孔之间的筋设置在SMA撑板的波谷处，限制SMA撑板的轴向变形，逼迫SMA撑板沿径向变形。

进一步的，轴承内套与轴承外套过盈配合。

进一步的，所述的轴向挡板上设有供SMA撑板端部伸出的方孔及限制轴向限位板沿径向窜动的肩台。