[发明专利]一种气体轴承及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种气体轴承及其制造方法。

背景技术

箔片径向动压气体轴承是一种自适应柔性支承气体动压轴承。该轴承中顶层平箔与底层波箔都通过端面梁连接到轴承座结构上，并通过自身的张力保持接触状态。与普通转子轴承相比，它具有无需油润滑，无污染，摩擦阻力小，高转速，能运行在极端变化的温度下等优点。与传统刚性气体轴承相比，其稳定性和自适应性得到了极大的提高。同时与传统气体轴承相比，它的箔片结构的存在增强了气体轴承的承载能力，减轻了轴承的刚性磨损，并且消除了气体轴承的安装误差，便于轴承的安装。箔片径向动压气体轴承在空气压缩机，室内空气循环系统，飞机空气循环系统，燃气轮机，涡轮增压器等机械领域具有广阔的应用前景。但是，现有的箔片径向动压气体轴承因其结构的限制，限制了其承载力及稳定性。

在箔片动压气体轴承中，弹性支承的箔片是主要的承载部件，且是一种柔性支承结构，具有一定的刚度和阻尼，使气体轴承具有一定的承载能力和吸收转子轴承系统振动的能力。但是，箔片气体轴承由于交叉刚度和阻尼的存在，使得转子轴承系统稳定性降低。负泊松比结构是通过冷冲压工艺压制成特定形状的材料结构。通过LIGA工艺，即通过基于X射线光刻技术的高精密加工技术，将负泊松比结构材料加工制作成的支承箔片，在受到转子振动影响时，能够通过轴向和周向同步变形消耗振动产生的能量，增加阻尼效果。同时，顶层箔片增加人字槽结构，规律了气流的流动，提高了转子轴承系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服当前上述技术的不足，而提供了一种气体轴承及其制造方法，该发明提高轴承支承结构的阻尼和刚度，减小运行过程中出现的振动冲击，提高轴承的总体承载力和运行稳定性。

为了解决现有技术中存在技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种气体轴承，包括轴承本体，所述轴承体内表面设置有弹性支撑机构，所述弹性支撑机构一端通过设置在所述轴承体端口上的固定槽与所述轴承本体连接；其另一端自由放置；所述弹性支撑机构由具有负泊松比结构的第一箔片和带人字槽的第二箔片构成。

进一步，所述轴承体内表面通过第一箔片与所述第二箔片连接；所述第一箔片内外表面均设置有由横纵波线相交形成网格的负泊松比结构，所述波线是以正弦曲线为骨线加工而成。

进一步，所述第二箔片的人字槽是经压力机压制成型后在第二箔片内表面形成圆柱结构，其一端留有矩形条状区域。

进一步，所述人字槽的深度为4.5微米～5.5微米，螺旋角为40～50，槽数为10～15条。

一种气体轴承制造方法，包括如下步骤：

步骤1，通过LIGA工艺制成负泊松比结构的第一箔片，所述负箔松比结构以正弦曲线为骨线形成横纵波线相交网格；并通过改变所述负泊松比结构的壁厚和正弦曲线的弦高尺寸获得不同的刚度和阻尼特性的第一箔片；

步骤2，通过LIGA工艺在第二箔片上刻制人字槽结构，并经压力机对人字槽内表面压制成有圆柱形状；压制成形的第二箔片的另一端留有矩形条状区域；最后通过热处理消除第二箔片中人字槽内局部应力；

步骤3,将步骤1中所述第一箔片放入轴承体内表面，同时再将步骤2中所述第二箔片放置在第一箔片内表面，所述第一箔片和所述第二箔片的两端分别与轴承体端面平齐，两者的周向一端部预留的矩形条状箔片通过轴承体所开的固定槽装配起来，并点焊成为整体结构，另一端自由放置。

进一步，所述第一箔片和所述第二箔片均为镍基高温合金或复合尼龙材料。

有益效果

1、本发明提出的径向气体轴承结构，通过引入由负泊松比结构支承箔片，提高了箔片径向气体轴承的承载能力，同时，利用负泊松比结构作为弹性支承来提高轴承的阻尼。

2、本发明中第一箔片采用自身带有波纹状形式的负泊松比结构，增加了轴承的阻尼作用。

3、本发明在运动过程中第二箔片和负泊松比结构第一箔片受到来自转子的载荷而产生变形，二者共同为轴承提供一定的刚度。由于第一箔片具有一定支承空间，所以具有较大的刚度，而第二箔片具有一定的人字槽结构，相对刚度较小，在转子运行过程中负泊松比结构通过自身结构的变形调节刚度，同时人字槽规律了气体的流动状态，使得轴承气膜压力得以均匀化，从而改变了弹性支承结构的整体刚度。

4、本发明通过第一箔片径向动压气体轴承具有承载力高，高刚度，高阻尼的特性，同时又加入了人字槽结构第二箔片，从而提高了箔片轴承的稳定性，市场前景乐观。

附图说明