具有軸向可變剛度和粘彈性結構的動壓氣體徑向軸承制造技術

本發明專利技術公開了一種具有軸向可變剛度和粘彈性結構的箔片動壓氣體軸承結構，包括軸承座以及固定在軸承座上的箔片元件，其特征在于，箔片元件的頂層為光滑的金屬平箔片，中間層為耐高溫的粘彈性箔片，底層為具有泡狀突起的金屬箔片，泡狀突起高度沿軸向逐漸變化；箔片元件的纏繞方向與轉子的旋轉方向相反。與現有技術相比，本發明專利技術軸承結構簡單、易于加工裝配，粘彈性箔片可以改善泡狀突起的應力集中狀況，同時能吸收轉子?軸承系統運行時的振動和沖擊，抑制轉子振幅的增大；底層箔片可削弱軸頸傾斜對氣膜間隙帶來的不利影響，降低軸承表面損傷的可能性，不僅明顯提高箔片動壓氣體軸承的運行可靠性，而且還能提高箔片動壓氣體軸承的承載力。

【技術實現步驟摘要】
具有軸向可變剛度和粘彈性結構的動壓氣體徑向軸承
本專利技術涉及高速旋轉機械用的、具有軸向可變剛度和粘彈性結構的箔片動壓氣體軸承結構。
技術介紹
箔片動壓氣體軸承有著轉速高、壽命長、穩定性好等優點，在高速旋轉機械(如透平膨脹機、透平壓縮機、渦輪增壓機等)上有著廣泛的應用。目前常用的箔片動壓氣體軸承結構為波箔型箔片軸承，其制作工藝復雜、加工水平要求高、資金投入巨大，再加上波箔軸承應用的場合為高科技以及軍工產品，其研究結果和設計準則鮮有報導。為開發適應于國內加工水平、結構簡單、易于制造的箔片動壓氣體軸承，西安交通大學提出了一種具有徑向支撐的動壓氣體徑向軸承結構并進行了相關試驗研究，該軸承結構如圖1所示，試驗結果表明這種箔片動壓氣體徑向軸承結構非常簡單、具有較高的穩定性，但是和其他箔片動壓氣體徑向軸承相比，承載力稍顯不足。特別是當載荷超過一定限度，底層箔片的泡狀突起很容易把頂層箔片頂破，對頂層箔片造成機械損傷，或者底層箔片的泡狀突起被頂層箔片壓扁，從而嚴重影響了該動壓氣體軸承的承載性能。此外，由于軸承-轉子系統在裝配過程中，不可避免會出現軸頸傾斜，使得徑向軸承遠離止推盤的部分與轉子之間的間隙減小，增加了該部分軸承損傷的可能性，箔片元件破壞的情況以及軸頸傾斜分別如圖2、圖3所示。。
技術實現思路
專利技術目的:為了開發應用于高速旋轉機械、結構簡單、運行穩定、承載力較高的箔片動壓氣體徑向軸承，在現有箔片動壓氣體軸承的基礎上，本專利技術提出了一種具有軸向可變剛度和粘彈性結構的箔片動壓氣體徑向軸承。本專利技術的技術解決方案：具有軸向可變剛度和粘彈性結構的箔片動壓氣體徑向軸承，包括軸承座、定位銷和支承箔片元件，其特征在于，軸承座裝有支承箔片，該支承箔片有三層結構：頂層是一層光滑的金屬箔片，為軸承提供支承表面；中間是一層能耐高溫的粘彈性橡膠片；底層是一層具有泡狀突起的金屬箔片，為軸承提供結構剛度和結構阻尼。底層箔片的泡狀突起的高度在圓周方向上是一致的，而在軸向上并非均勻，其中靠近止推盤的泡狀突起高度較低，遠離止推盤的泡狀突起高度較高。可替代的技術方案：底層箔片也可以是具有波紋狀結構的金屬箔片（波箔）或者能夠為軸承提供結構剛度和結構阻尼的其他形式的金屬箔片。本專利技術的技術效果：與現有技術相比，本新型軸承具有結構簡單、易于加工制造等優點。底層箔片對轉子的軸向支承力通過粘彈性箔片傳遞給頂層箔片，能夠顯著改善泡狀突起（或波紋突起）處的應力集中狀況，一方面明顯提高頂層箔片和底層箔片運行可靠性，另一方面，也能提高箔片動壓氣體軸承的承載力。此外，粘彈性箔片能夠有效吸收轉子-軸承系統運行時振動和沖擊，抑制轉子振幅的增大，從而大大提升高速旋轉機械（如微型透平膨脹機、微型透平壓縮機等）的運行穩定性。在軸承傾斜的情況下，底層箔片的泡狀突起高度在軸向上的變化，可以遠離止推盤的支承箔片可以產生更大變形，有利于軸向氣膜間隙的大小更加均勻一致，削弱軸頸傾斜對氣膜間隙帶來的不利影響，減低軸承表面損傷的可能性，從而提升該軸承運行的穩定性和可靠性。附圖說明圖1-具有徑向支承的動壓氣體軸承:(a)頂層平箔片，(b)底層泡狀突起箔片，(c)為整個動壓氣體軸承的剖視圖，(d)泡狀突起剖視圖圖2-被破壞的箔片元件;(a)被頂破的頂層平箔片,(b)壓壞的底層泡狀突起箔片圖3-軸頸傾斜現象(虛線為傾斜后的軸頸位置)圖4-具有粘彈性結構的箔片動壓氣體徑向軸承的箔片元件：(a)底層箔片軸向剖視圖(h1<h2<h3)，(b)支承箔片元件組合圖圖5-具有粘彈性結構的箔片動壓氣體徑向軸承裝配圖：(a)徑向剖視圖，(b)軸向剖視圖其中，1為頂層平箔片，2為粘彈性橡膠片，3為底層泡狀突起箔片，4為定位銷，5為轉子，6為軸承座，7為止推盤，8為徑向軸承。具體實施方式本專利技術公開了一種用于高速旋轉機械的具有軸向可變剛度和粘彈性結構的箔片動壓氣體徑向軸承，該軸承由軸承座、支承箔片元件和定位銷構成。如圖4所示，該軸承的箔片元件有三層結構：即頂層具有光滑表面的金屬平箔片1，中間是耐高溫的粘彈性橡膠箔片2，底層是具有泡狀突起結構的金屬箔片3，箔片元件為軸承提供結構剛度和結構阻尼。如圖4(b)所示，制作支承箔片元件時，首先把粘彈性橡膠箔片2固定在頂層平箔片1上，然后將頂層平箔片1和底層泡狀突起箔片3一同和定位銷4通過焊接或膠接等方式固定在元件一端，最后把整個支承箔片元件纏繞成圓圈，通過定位銷4固定在軸承座上即可完成該軸承的裝配工作，如圖5所示。軸承裝配需注意兩點：(1)要使泡狀突起高度較小的箔片部分靠近止推盤(2)支承箔片的纏繞方向與轉子旋轉方向相反。當高速旋轉機械（如高速透平膨脹機、高速透平壓縮機）工作時，如圖5所示，轉子5相對于徑向軸承做高速轉動，由于氣體的粘性和可壓縮性，不斷有氣體進入氣膜間隙較小的區域產生動壓效應，使得間隙內的氣體壓力大于環境壓力，一方面能為轉子-軸承系統提供承載力，另一方面也使箔片元件產生變形以及各箔片元件的相對位移。箔片元件的變形和位移，能夠吸收多余的能量，抑制轉子振幅的增大，從而能使整個轉子-軸承系統保持良好的穩定性。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有軸向可變剛度和粘彈性結構的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，包括軸承座和固定在軸承座上的箔片元件；箔片元件的頂層為具有光滑表面的金屬平箔片（1），中間層為粘彈性箔片（2），底層是為軸承提供結構剛度和結構阻尼的金屬箔片（3）；粘彈性箔片（2）為耐高溫的粘彈性橡膠箔片,底層金屬箔片（3）為具有泡狀突起的金屬箔片，并且泡狀突起的高度在軸向上是逐漸變化的，越靠近止推盤（7），泡狀突起的高度越??；泡狀突起高度的變化可以提供軸向可變剛度，能夠使箔片元件遠離止推盤的部分產生更大變形，削弱軸頸傾斜對氣膜間隙帶來的不利影響，降低軸承表面損傷的可能性；底層的金屬箔片對轉子的承載力通過粘彈性箔片（2）傳遞給金屬平箔片1，粘彈性箔片（2）的加入可以改善金屬箔片的突起處的應力集中狀況；粘彈性箔片（2）吸收轉子?軸承系統運行時振動和沖擊，抑制轉子振幅的增大；箔片元件纏繞成圓形，并通過定位銷（4）與軸承座（6）相連接，箔片元件纏繞的方向與轉子（5）旋轉的方向相反；當轉子（5）相對于箔片動壓氣體徑向軸承做高速轉動時，不斷有氣體進入較小的氣膜間隙區域產生動壓效應，使得該區域內的氣體壓力大于環境壓力。

【技術特征摘要】
1.一種具有軸向可變剛度和粘彈性結構的箔片動壓氣體軸承，其特征在于，包括軸承座和固定在軸承座上的箔片元件；箔片元件的頂層為具有光滑表面的金屬平箔片（1），中間層為粘彈性箔片（2），底層是為軸承提供結構剛度和結構阻尼的金屬箔片（3）；粘彈性箔片（2）為耐高溫的粘彈性橡膠箔片,底層金屬箔片（3）為具有泡狀突起的金屬箔片，并且泡狀突起的高度在軸向上是逐漸變化的，越靠近止推盤（7），泡狀突起的高度越??；泡狀突起高度的變化可以提供軸向可變剛度，能夠使箔片元件遠離止推盤的部分產生更大變形，削弱軸頸傾斜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周權，侯予，陳汝剛，
申請(專利權)人：中南林業科技大學，
類型：發明
國別省市：湖南,43