一種空氣軸承結構的製作方法
2023-10-07 11:48:44
專利名稱：一種空氣軸承結構的製作方法
技術領域：
一種空氣軸承結構技術領域[0001]本實用新型屬於軸承設計或旋轉式動力機械支撐與減振技術領域，涉及一種空氣軸承。具體的說，是用在航空發動機、燃氣輪機，或其它旋轉式機械，轉子系統支撐中的空氣軸承。
背景技術：
[0002]軸承與支撐系統，是旋轉式機械設計中關鍵技術，關係整機運行的穩定性、可靠性和壽命。在眾多的軸承形式中，空氣軸承以長壽命，低成本，結構簡單，免維護等技術特點， 成為旋轉機械，尤其是高速旋轉機械支撐系統的首選。然而，其關鍵性設計技術仍掌握在美國、俄羅斯、日本等技術先進國家。我國目前沒有空氣軸承系統的設計能力和成功先例。但國內的市場需求卻極其龐大，蘊藏著巨大的經濟效益。[0003]如圖8-10所示，空氣軸承在結構上由裡向外依次包括平箔層(I)、波箔層(2)和外支撐結構層(3)，常用於支承轉子結構(4)，在先進國家的發展已經歷經三代產品，其設計、 市場化已趨於成熟。另外，現代空氣軸承也具有一定的技術瓶頸承載力有待提高，以滿足大型轉子的支撐需求；波箔層切向剛度分布不均，庫侖阻尼效應無法得到最大限度的發揮； 在氣膜壓力作用下，軸向有效剛度分布不均，庫侖阻尼使用有限，承載力受到限制。這些局限性的存在，是由于波箔層的薄片式結構，及氣動載荷在支撐面上非均勻分布的特點造就的。因此，若能提出一種支撐結構，解決上述瓶頸點，就能使空氣軸承的應用領域和適用範圍，得到進一步提升。尤其對於我國而言，不但掌握了自主智慧財產權，更突破了相關領域的技術封鎖，具有重大的工程價值和經濟意義。發明內容[0004]本實用新型的目的，是提出一種新型空氣軸承結構，對現有技術的空氣軸承結構進行改進，使用金屬橡膠層代替傳統空氣軸承結構中的波箔支撐結構，在保持傳統空氣軸承長壽命、低成本、結構簡單、免維護的優點的基礎上，結合金屬橡膠成本低、適應性強、承載力大、減振效果突出等特點，從而滿足諸如航空發動機等高速旋轉機械對轉子支撐的要求，進一步提升了空氣軸承的應用領域和適用範圍。[0005]為達到上述目的，本實用新型提供一種新型空氣軸承結構，設置於高速旋轉機械的轉子支撐系統中，其特徵在於，所述空氣軸承結構由外向內依次包括外支撐結構層、金屬橡膠層和平箔層，所述金屬橡膠層採用金屬橡膠製成，所述金屬橡膠由金屬絲壓制而成。[0006]優選地，所述金屬橡膠中的金屬絲全部或部分金屬絲為記憶合金金屬絲。[0007]優選地，所述金屬橡膠中的金屬絲纏繞截面為矩形截面或梯形截面或其它類似形狀。[0008]優選地，所述金屬橡膠中，包括至少兩種不同直徑的金屬絲，所述至少兩種不同直徑的金屬絲中，直徑最大的金屬絲為主絲，相鄰主絲之間是相切的，所述主絲之間的間隙中填充有直徑較小的金屬絲。[0009]優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為矩形，相鄰兩層主絲之間。任意相切的兩個主絲中心連線為垂直線。[0010]優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為梯形，相鄰兩層主絲之間。任意相切的兩個主絲中心連線為非垂直線。[0011 ] 優選地，所述金屬橡膠中，所述至少兩種不同直徑的金屬絲混搭繞絲，可以是三種直徑的金屬絲混搭。[0012]優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是矩形排列三直徑金屬絲混搭截面。[0013]優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列二直徑金屬絲混搭截面。[0014]優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列三直徑金屬絲混搭截面。[0015]傳統空氣軸承的不足之處在於承載力不夠高，難以滿足大型轉子的支撐需求； 其中的波箔層切向剛度分布不均，庫侖阻尼效應無法得到最大限度的發揮；在氣膜壓力作用下，軸向有效剛度分布不均，庫侖阻尼使用有限，承載力受到限制。這些局限性的存在，是由于波箔層的薄片式結構，及氣動載荷在支撐面上非均勻分布的特點造就的。[0016]本實用新型的新型空氣軸承結構中，使用金屬橡膠層替代了傳統空氣軸承中的波箔層，既保持了傳統空氣軸承長壽命、低成本、結構簡單、免維護的優點，又結合了金屬橡膠成本低、適應性強、承載力大、減振效果突出等特點，從而使得本實用新型的空氣軸承結構可以滿足諸如航空發動機等高速旋轉機械對轉子支撐的要求，進一步提升了空氣軸承的應用領域和適用範圍。[0017]本實用新型的空氣軸承結構，同現有技術的空氣軸承相比，其優點是[0018]I、保持了傳統空氣軸承長壽命、低成本、結構簡單、免維護的優點，又結合了金屬橡膠成本低、適應性強、承載力大、減振效果突出等特點，從而使得本實用新型的空氣軸承結構可以滿足諸如航空發動機等高速旋轉機械對轉子支撐的要求，進一步提升了空氣軸承的應用領域和適用範圍。[0019]2、對於全部或部分使用記憶合金金屬絲的金屬橡膠製成的空氣軸承，還利用了記憶合金金屬絲隨著使用環境和工作溫度的變化，記憶合金會發生變形的特性，從而改變自身及金屬橡膠整體的剛度特性，實現空氣軸承對於支承對象的隨伺服特性。有利於減小支承對象動態特性的變化範圍，增強穩定性，進而可以延長使用壽命。
[0020]圖I本實用新型的帶有金屬橡膠層的空氣軸承展開圖[0021]圖2金屬橡膠結構立體示意圖；[0022]圖3金屬橡膠截面圖；[0023]圖4矩形排列二二直徑金屬絲混搭截面；[0024]圖5矩形排列三Ξ直徑金屬絲混搭截面；[0025]圖6梯形排列二二直徑金屬絲混搭截面；[0026]圖7梯形排列三Ξ直徑金屬絲混搭截面；[0027]圖8傳統波箔式空氣軸承展開圖；[0028]圖9傳統波箔式空氣軸承工程結構圖；[0029]圖10歷代傳統箔片式空氣軸承結構圖，其中(a)為第一代波箔式箔式軸承，(b)為第二代波箔式箔式軸承，(c)為第三代波箔式箔式軸承，其中，附圖標記101為頂層平箔， 102為波箔，103為鍵，104為變節距支撐彈簧，105為軸承套，106為改變波紋的波長，107為箔片結構交錯排列，A為旋轉方向，R為半徑，W為點焊。
具體實施方式
[0030]為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。[0031]圖I示出了本實用新型的空氣軸承結構的平面展開圖，設置於高速旋轉機械的轉子支撐系統中，所述空氣軸承結構由外向內依次包括外支撐結構層I、金屬橡膠層2和平箔層3，所述金屬橡膠層2採用金屬橡膠製成，常見的金屬橡膠的結構如圖2所示，所述金屬橡膠通過金屬絲繞絲、編織、壓制而成。所述金屬橡膠中的金屬絲全部或部分金屬絲為記憶合金金屬絲。[0032]圖3-7示出了一些實施例中的空氣軸承結構可能使用到的金屬橡膠形式。如圖 3所示，金屬橡膠中，所有金屬絲的直徑相同，金屬橡膠使用單一直徑的金屬絲纏繞壓制而成。[0033]如圖4所示，金屬橡膠中，包含兩種不同直徑的金屬絲11、12。截面形式為矩形，金屬絲11為主絲，金屬絲12填充於金屬絲11的空隙中。此時，金屬絲11同時與8根金屬絲接觸，亦即有8個摩擦面，阻尼特性得到增強；同時，金屬橡膠整體的結構動力特性得到提高，也提高了惡劣使用條件下的可靠性。金屬絲11、12中，可以有一種金屬絲使用記憶合金金屬絲，也可以兩種直徑的金屬絲都採用記憶合金金屬絲。通過使用記憶合金金屬絲，利用記憶合金金屬絲隨著使用環境和工作溫度的變化，記憶合金會發生變形的特性，從而改變自身及金屬橡膠整體的剛度特性，實現支承結構對於支承對象的隨伺服特性。有利於減小支承對象動態特性的變化範圍，增強穩定性，進而可以延長使用壽命。同時，金屬橡膠本身受到的損耗也會減小，提高其本身的耐用性。[0034]如圖5所示，金屬橡膠中，包含三種不同直徑的金屬絲11、12和13。截面形式為矩形，金屬絲11為主絲，金屬絲12填充於金屬絲11的空隙中，金屬絲13填充於金屬絲12之間的空隙及金屬絲11與金屬絲12之間的空隙。此時，金屬絲I擁有更多的摩擦面數目，阻尼特性及可靠性較實施例一更好。金屬絲11、12、13中，可以有一種或兩種金屬絲使用記憶合金金屬絲，也可以三種直徑的金屬絲都採用記憶合金金屬絲。[0035]如圖6所示，金屬橡膠中，包含兩種不同直徑的金屬絲11和12。截面形式為梯形， 金屬絲11為主絲，金屬絲12填充於金屬絲11的空隙中。任取相鄰兩層中相切的金屬絲1-1 和1-4，其中心連線1-5為非垂直線。此時，僅考慮主絲之間的接觸面，單根主絲有6個接觸面；加上金屬絲12的影響，單根主絲共有12個接觸面。較實施例一中，接觸面更多，因而其可靠性、阻尼特性更好。另外，梯形截面中，主絲之間的搭配方式，使得其結構穩定性也優於矩形截面。金屬絲11、12中，可以有一種金屬絲使用記憶合金金屬絲，也可以兩種直徑的金屬絲都採用記憶合金金屬絲。對比而言，相同數目的金屬絲直徑時，梯形截面比矩形截面性能更優。[0036]如圖7所示，金屬橡膠中，包含三種不同直徑的金屬絲11、12和13。截面形式為梯形，金屬絲11為主絲，金屬絲12填充於金屬絲11的空隙中，金屬絲13填充於金屬絲12之間的空隙及金屬絲11與金屬絲12之間的空隙。原理同前，該種結構的金屬橡膠特性較實施例一、實施例二、實施例三均好。金屬絲11、12、13中，可以有一種或兩種金屬絲使用記憶合金金屬絲，也可以三種直徑的金屬絲都採用記憶合金金屬絲。[0037]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的範圍之內。
權利要求1.一種空氣軸承結構，設置於高速旋轉機械的轉子支撐系統中，其特徵在於，所述空氣軸承結構由外向內依次包括外支撐結構層、金屬橡膠層和平箔層，所述金屬橡膠層採用金屬橡膠製成，所述金屬橡膠由金屬絲壓制而成。
2.根據權利要求I所述的空氣軸承結構，其特徵在於，所述金屬橡膠中的金屬絲全部或部分金屬絲為記憶合金金屬絲。
3.根據權利要求2所述的空氣軸承結構，其特徵在於，所述金屬橡膠中的金屬絲纏繞截面為矩形截面或梯形截面。
4.根據權利要求I至3任一項所述的空氣軸承結構，其特徵在於，所述金屬橡膠中，包括至少兩種不同直徑的金屬絲，所述至少兩種不同直徑的金屬絲中，直徑最大的金屬絲為主絲，相鄰主絲之間是相切的，所述主絲之間的間隙中填充有直徑較小的金屬絲。
5.根據權利要求4所述的空氣軸承結構，其特徵在於，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為矩形。
6.根據權利要求4所述的空氣軸承結構，其特徵在於所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為梯形。
7.根據權利要求4所述的空氣軸承結構，其特徵在於所述金屬橡膠中，包括三種不同直徑的金屬絲混搭繞絲。
8.根據權利要求7所述的空氣軸承結構，其特徵在於所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面是矩形排列三直徑金屬絲混搭截面。
9.根據權利要求4所述的空氣軸承結構，其特徵在於混搭繞絲的金屬絲纏繞截面是梯形排列二直徑金屬絲混搭截面。
10.根據權利要求4所述的空氣軸承結構，其特徵在於混搭繞絲的金屬絲纏繞截面是梯形排列三直徑金屬絲混搭截面。
專利摘要本實用新型公開了一種空氣軸承結構，所述空氣軸承區別於傳統的波箔式空氣軸承結構形式，用金屬橡膠層，代替傳統結構中的波箔支撐結構；其中，金屬橡膠層可以採用普通金屬絲編織，也可以採用記憶合金絲編織，也可以採用普通金屬絲和記憶合金絲混合編織的方法加工；所述金屬橡膠截面形式，可以是矩形截面，也可以是梯形截面。本實用新型的空氣軸承結構，在保持傳統空氣軸承長壽命、低成本、結構簡單、免維護的優點的基礎上，結合金屬橡膠成本低、適應性強、承載力大、減振效果突出等特點，從而滿足諸如航空發動機等高速旋轉機械對轉子支撐的要求，進一步提升了空氣軸承的應用領域和適用範圍。
文檔編號F16C32/06GK202811846SQ201220420520
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月22日 優先權日2012年8月22日
發明者陳巍, 郭寶亭 申請人:中國科學院工程熱物理研究所