带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，包括轴承，以及位于轴承内的转轴；在所述轴承内侧设置弹性支承元件，在所述弹性支承元件和所述转轴之间设置顶层平箔，在所述转轴表面的轴向中间区域设置光滑轴段，在所述转轴表面、位于光滑轴段的两侧各设有一列倾斜槽，且所述顶层平箔内侧环绕包裹转轴并在所述顶层平箔和所述转轴之间形成预间隙，同时所述弹性支承元件和所述顶层平箔的一端固定在轴承的同一位置上且另一端自由；本实用新型专利技术的优点在于，能在相对较低的转速、较小的箔片变形下形成动压气膜，在启、停阶段使转轴与轴承接触均匀，减小转轴与轴承间的接触摩擦时间和磨损，提高系统的运行稳定性与可靠性。

Elastic support foil dynamic pressure gas bearing with inherent structure pre wedge-shaped space

The utility model discloses an elastic supporting foil dynamic pressure gas bearing with an inherent structural pre wedge space, including a bearing and a rotating shaft in a bearing; an elastic supporting element is arranged on the inner side of the bearing, and a top flat foil is set between the elastic support element and the rotating shaft, and the axis of the shaft is on the surface of the rotating shaft. A smooth axis is provided to the middle area, and a row of tilting slots on both sides of the shaft surface and the smooth axis are arranged on the sides, and the inner side of the top layer foil is surrounded by a rotating shaft and a pre gap is formed between the top flat foil and the rotating shaft, and one end of the elastic support element and the top flat foil is fixed to the bearing. The utility model has the advantages of forming a dynamic pressure gas film under relatively low speed and small foil deformation, making the rotating shaft contact with the bearing evenly in the starting and stopping stages, reducing the contact friction time and wear between the rotating shaft and the bearing, and improving the stability and reliability of the system.

【技术实现步骤摘要】
带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承
本技术涉及一种带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承。
技术介绍
气体轴承是一种以粘性气体作为润滑剂的非接触性滑动轴承。根据产生气膜压力机理的不同，气体轴承可分为静压气体轴承和动压气体轴承。静压气体轴承利用外部气源提供高压气体，需要额外的供气系统，增加了整体系统的复杂性，同时供气系统压缩产生高压气体，使系统的经济性降低，限制了静压气体轴承的应用范围。动压气体轴承是利用转轴运动时，轴承楔形间隙里粘性气体产生的气膜压力来支承载荷，其最大的特点是不需要额外的供气系统，结构简单，拓展了气体轴承的应用领域，尤其是在涡轮增压机、航空燃气透平、空间透平膨胀机等航空航天领域。根据轴承表面是否变形，动压气体轴承可分为刚性表面气体轴承和柔性表面气体轴承。刚性表面气体轴承主要缺点是在高速运行时，稳定性较差，并且由于轴承气膜间隙较小，对轴承和转轴的加工精度和装配方式要求较高。柔性表面气体轴承，即箔片气体轴承，一般采用金属箔片作为轴承的支承面，其柔性表面有利于气膜间隙的形成。当转轴载荷发生变化时，柔性表面气体轴承会发生适应性形变以调节气膜间隙，建立起与载荷相匹配的气膜厚度，使轴承具有较好的高速稳定性。同时，柔性表面气体轴承的这一特性，使得转轴和轴承壳体存在一定的热变形、机械变形和不对中，降低了轴承和转轴的加工精度和装配精度，因此，柔性表面气体轴承在高速旋转机械中得到广泛应用。对于箔片动压气体轴承，在转轴启动阶段，由于轴承间隙尚未建立有效的动压气膜，转轴表面和轴承顶层平箔表面会不可避免地发生接触摩擦并产生磨损，进而降低了转轴和轴承的使用寿命。同时磨损的转轴表面和轴承顶层平箔表面反而又不利于动压气膜的建立和稳定，导致转轴起浮时间增长和轴承的稳定性与可靠性降低。
技术实现思路
本技术目的是：提供一种带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，能在相对较低的转速、较小的箔片变形下形成动压气膜，在启、停阶段使转轴与轴承接触均匀，减小转轴与轴承间的接触摩擦时间和磨损，提高系统的运行稳定性与可靠性，同时还具有良好的刚度与阻尼特性，可适用于多种载荷工况，有效抑制转轴涡动。本技术的技术方案是：一种带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，包括轴承，以及位于轴承内的转轴；在所述轴承内侧设置弹性支承元件，在所述弹性支承元件和所述转轴之间设置顶层平箔，在所述转轴表面的轴向中间区域设置光滑轴段，在所述转轴表面、位于光滑轴段的两侧各设有一列倾斜槽，且所述顶层平箔内侧环绕包裹转轴并在所述顶层平箔和所述转轴之间形成预间隙，同时所述弹性支承元件和所述顶层平箔的一端固定在轴承的同一位置上且另一端自由。作为优选的技术方案，所述倾斜槽的外侧端与其对应侧的轴承端面平齐或延伸出轴承端面。作为优选的技术方案，两列倾斜槽在转轴上呈轴向对称布置，且在向转轴的中间区域过渡时，所述倾斜槽的深度、宽度相等或逐渐减小。作为优选的技术方案，所述倾斜槽在周向的倾斜方向与转轴的转动方向相反。作为优选的技术方案，所述倾斜槽采用矩形截面槽、三角形截面槽、梯形截面槽、阶梯槽、卧式半圆柱槽或渐缩半锥形槽等。作为优选的技术方案，所述弹性支承元件的整体刚度均匀或轴向中间区域刚度大、两边缘侧刚度小。作为优选的技术方案，所述弹性支承元件和所述顶层平箔的一端通过焊接或固定元件固定在轴承上，同时所述弹性支承元件和所述顶层平箔从固定端到自由端布置的旋转方向与转轴的转动方向相反。作为优选的技术方案，所述弹性支承元件为悬臂、波箔、鼓泡或其他结构的弹性支承箔片。本技术的优点是：1．本技术能在相对较低的转速、较小的箔片变形下形成动压气膜，并提前为转轴提供一定的刚度支承和缓冲阻尼，吸收转轴振动能量，有效削弱转轴的晃动，在启、停阶段使转轴与轴承接触均匀，减小转轴与轴承间的接触摩擦时间和磨损，提高系统的运行稳定性与可靠性，同时还具有良好的刚度与阻尼特性，可适用于多种载荷工况，有效抑制转轴涡动；2．本技术在转速和箔片变形较小时，由倾斜槽和顶层平箔间、光滑轴段与顶层平箔间的动压气膜共同提供承载力；而在大转速情况下，承载力主要由光滑轴段与顶层平箔间的动压气膜提供，保证了载荷在大幅度变化时，轴承都能为转轴的高速运转和重载工况提供足够的承载力；3．本技术可以通过改变光滑轴段长度和倾斜槽轴向长度的比例，倾斜槽在转轴周向的排布密度，以及倾斜槽的形状来调节转轴与轴承间的气膜刚度，改善转轴启、停和正常运行时系统的运转特性和承载性能，促进系统的稳定运行；4．本技术在转轴表面的轴向中间区域设置光滑轴段，有利于高压区的形成和压力分布，减小高压区到低压区的压降梯度，对高压区具有保压作用，进一步提高轴承的稳定性；5．本技术采用弹性支承箔片和顶层平箔为轴承提供弹性支承，与固有结构预楔形空间的动压效应耦合，具有良好的结构阻尼和多重适应性刚度，能够及时吸收转轴的冲击载荷，增大轴承的承载力变化范围，提高了轴承的稳定性和启、停性能，并且轴承中部弹性支承箔片结构自对中性能好，方便轴承和转轴的加工和安装。附图说明下面结合附图及实施例对本技术作进一步描述：图1为本技术的结构剖视图；图2为本技术的横向截面图；其中：1轴承，2转轴，3弹性支承元件，4顶层平箔，5光滑轴段，6倾斜槽，7固定元件。具体实施方式实施例：参照图1和2所示，一种带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，包括轴承1，以及位于轴承1内的转轴2；在轴承1内侧设置弹性支承元件3，在弹性支承元件3和转轴2之间设置顶层平箔4，在转轴2表面的轴向中间区域设置光滑轴段5，在转轴2表面、位于光滑轴段5的两侧各设有一列倾斜槽6，且顶层平箔4内侧环绕包裹转轴2并在顶层平箔4和转轴2之间形成预间隙，同时弹性支承元件3和顶层平箔4的一端固定在轴承1的同一位置上且另一端自由。本技术的倾斜槽6的外侧端与其对应侧的轴承1端面平齐或延伸出轴承端面，且两列倾斜槽6在转轴上呈轴向对称布置，倾斜槽6由于自身的槽型固有结构能形成有效的楔形动压区域，并具有泵气效应，使两侧的工质气体泵入两列倾斜槽6之间的轴向中间区域，形成高压区，有利于动压气膜的建立，同时在启、停阶段，动压气膜能够为转轴2提供在轴承1两端对称分布的刚度支承和缓冲阻尼，使转轴2与顶层平箔4充分均匀接触，增大有效接触面积，可显著减小甚至避免转轴2与轴承1的剧烈碰撞，减小转轴2与顶层平箔4间的磨损，使转轴2平稳起浮，快速过渡到稳定工作转速。且对于停车阶段，该轴承1具有同样的运转特性，因此在启、停阶段具有良好的稳定性和减摩特性，且在向转轴2的中间区域过渡时，倾斜槽6的深度、宽度相等或逐渐减小，以有利于动压气膜的形成以及动压气膜高压区在光滑轴段5处的保持。本技术的倾斜槽6在周向的倾斜方向与转轴2的转动方向相反，以有效形成动压气膜，且倾斜槽6可以采用矩形截面槽、三角形截面槽、梯形截面槽、阶梯槽、卧式半圆柱槽或渐缩半锥形槽等。本技术的弹性支承元件3和顶层平箔4的一端通过焊接或固定元件7固定在轴承1上，且弹性支承元件3的整体刚度均匀或轴向中间区域刚度大、两边缘侧刚度小，所以在启动阶段，轴承1边缘处较小的刚度使得箔片边缘容易产生变形，同时结合转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，其特征在于，包括轴承（1），以及位于轴承（1）内的转轴（2）；在所述轴承（1）内侧设置弹性支承元件（3），在所述弹性支承元件（3）和所述转轴（2）之间设置顶层平箔（4），在所述转轴（2）表面的轴向中间区域设置光滑轴段（5），在所述转轴（2）表面、位于光滑轴段（5）的两侧各设有一列倾斜槽（6），且所述顶层平箔（4）内侧环绕包裹转轴（2）并在所述顶层平箔（4）和所述转轴（2）之间形成预间隙，同时所述弹性支承元件（3）和所述顶层平箔（4）的一端固定在轴承（1）的同一位置上且另一端自由。

【技术特征摘要】
1.一种带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，其特征在于，包括轴承（1），以及位于轴承（1）内的转轴（2）；在所述轴承（1）内侧设置弹性支承元件（3），在所述弹性支承元件（3）和所述转轴（2）之间设置顶层平箔（4），在所述转轴（2）表面的轴向中间区域设置光滑轴段（5），在所述转轴（2）表面、位于光滑轴段（5）的两侧各设有一列倾斜槽（6），且所述顶层平箔（4）内侧环绕包裹转轴（2）并在所述顶层平箔（4）和所述转轴（2）之间形成预间隙，同时所述弹性支承元件（3）和所述顶层平箔（4）的一端固定在轴承（1）的同一位置上且另一端自由。2.根据权利要求1所述的带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，其特征在于，所述倾斜槽（6）的外侧端与其对应侧的轴承（1）端面平齐或延伸出轴承端面。3.根据权利要求1所述的带有固有结构预楔形空间的弹性支承箔片动压气体轴承，其特征在于，两列倾斜槽（6）在转轴上呈轴向对称布置，且在向转轴（2）的中间区域过渡时，所述倾斜槽（6）的深度、宽度相等或逐渐减小。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯予，王伟，薛绒，郭雨，赖天伟，陈双涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，西安交通大学苏州研究院，
类型：新型
国别省市：陕西,61