[发明专利]一种悬臂结构弹性箔片动压气浮止推轴承

说明书

本发明涉及一种悬臂结构弹性箔片动压气浮止推轴承，包括止推轴承座和安装在止推轴承座上的若干悬臂结构弹性箔片，所述悬臂结构弹性箔片包括依次相连的顶箔部分、折弯处和底箔部分，底箔部分设有若干等高的弹性单元；若干悬臂结构弹性箔片首尾顺次相接，上一悬臂结构弹性箔片的顶箔部分搭接在下一相邻悬臂结构弹性箔片底箔部分的弹性单元上。该气浮止推轴承具备波箔轴承中弹性支承单元且兼具悬臂轴承结构简单的优势，能够适应不同的载荷和使用环境，可满足高运行稳定性及大规模工程应用的使用要求。

技术领域

本发明涉及箔片动压气体轴承技术领域，具体涉及一种悬臂结构弹性箔片动压气浮止推轴承。

背景技术

动压气浮轴承利用轴承摩擦表面之间气体工质的动压效应进行润滑和冷却，分为刚性表面轴承和柔性表面轴承。与具备人字槽或螺旋槽表面的刚性表面动压气体轴承在其名义间隙确定后就无法自适应调整，而箔片动压气体轴承的最大特点是其具有柔性，可确保轴承表面和支承结构在气体动压效应的作用下发生变形，从而引起气膜间隙的变化。而气膜间隙的变化反过来会影响轴承的压力分布，通过箔片元件的变形和相互库伦摩擦力的作用，箔片轴承能够吸收多余的能量，使轴承-转子系统在一定的振动冲击和涡动范围内保持较高的稳定性。因此，具备柔性表面的弹性箔片动压气浮轴承可应用外界力学环境条件较为复杂的机载应用场合，有望取代机载环控空调涡轮中的油润滑滚珠轴承，从而满足机载设备对可靠性、环境适应性及体积重量的严苛要求。

动压气浮轴承按照限制转子位移方式的不同又可分为动压气浮径向轴承和动压气浮止推轴承，其中动压气浮止推轴承用于限制转子的轴向位移并平衡来自转子的轴向载荷。止推轴承座上设置若干个周向均布的扇形瓦块，并在每个扇形瓦块起始边预先设置如图1所示的预楔角。当转子止推盘高速旋转时周围具有一定粘性的气体工质会被不断卷入预楔角与转子止推盘形成的楔形空间内，形成动压效应使气体工质压力升高，从而获得一定的支反力可平衡轴向载荷及将转子浮起，起到支撑机械旋转体及降低运动过程中摩擦系数的作用。

悬臂型箔片动压气浮止推轴承是箔片动压气浮轴承一种重要的形式，其表面由若干个箔片沿轴承座表面均匀重叠排列组成。这些箔片的一端刚性的固定装配或焊接轴承座表面，另一端则处于自由状态，与其前后相邻的箔片相互叠搭。工作时转子止推盘旋转方向从箔片固定端转向自由端，将具备粘性的气体不断卷入箔片和止推盘之间的楔形空间中，形成动压气膜使转子起浮，具有结构简单、启动转矩低、寿命长、费用低等优点。然而，由于悬臂箔片动压轴承无弹性支承结构，仅依靠动压气膜自身阻尼及刚度支承转子，当转子受到外部冲击载荷会发生自激振动时箔片无法提供弹性变形空间，从而易造成气膜失效或轴承烧毁。同时由于悬臂箔片搭接而成的轴承接近刚性表面，在进行小名义间隙转子装配时，对位于止推轴承支撑面相对于转子轴向的垂直度及轴向长度尺寸链公差要求相对较高，偏差较多时可能会因为箔片和止推盘无法分离造成动压气膜无法形成从而导致摩擦烧毁，容错性相对较低。

波箔型动压气浮止推轴承的轴承表面是由顶箔和底箔相互组合而成，上层的顶箔用以支撑止推盘，顶箔下方的底箔设有波浪型弹性单元用以支撑顶箔。顶箔和底箔绕轴承座端面周向布置，并在一端固定，另一端可沿轴承周向自由伸缩，在工作时通过顶箔和底箔的共同变形来支撑止推盘，从箔片的固定端转向自由端，具备转速高、稳定性好、加工精度要求不高等优势。然而，由于波箔轴承的顶箔和底箔属于相对独立的结构单元，结构相对悬臂型箔片动压轴承更加复杂。随着技术进展，为了进一步提升波箔轴承承载力及工作转速，并优化其库伦阻尼效应以提升运行稳定性，将波箔进行分段以保证每个弹性单元在受力过程中都发生良好的变形是主要发展趋势。然而无论是单一顶箔对应多个底箔还是多个顶箔对应多个底箔的技术方案改进都会带来轴承结构复杂程度的进一步增加，在工程实施中需对顶箔和底箔进行单独处理后固定安装至轴承座表面，大大增加了过程工序的复杂程度和装配难度，限制了其在民用领域的大规模应用。

因此，继承现有悬臂型动压气浮止推轴承和波箔动压气浮轴承的优势，发展具有更加简单结构有利于大规模工程实施及应用推广、且兼具波箔轴承良好稳定性及对加工精度要求不高的悬臂结构弹性箔片动压气浮轴承尤为重要。

发明内容