一種箔片動壓軸承彈性支撐裝置及其製作方法

2023-04-24 11:58:06

專利名稱：一種箔片動壓軸承彈性支撐裝置及其製作方法
技術領域：
本發明涉及高速透平機械的箔片動壓軸承，特別是涉及一種箔片動壓軸承彈性支撐裝置及其製作方法。
背景技術：
箔片軸承是以流體作潤滑劑並採用箔片作為彈性支承元件的一種動壓軸承。美國從20世紀60年代末開始，成功地應用到DC-10飛機環境控制系統的核心製冷部件空氣循環機(ACM)上，因為它具有無油、高效率、免維護、抗衝擊振動、抗汙染能力強、可靠性高、壽命長等優點，在以後的幾乎所有民航飛機上，均採用箔片軸承支撐的空氣循環機。箔片軸承分為葉型箔片軸承和波型箔片軸承兩大類，一般由頂層箔片和箔片動壓軸承彈性支撐組成。頂層箔片由金屬箔片捲曲而成，箔片動壓軸承彈性支撐一般由金屬箔片經過模具壓制而成。轉子靜止時頂層箔片與軸緊密貼合，轉子高速旋轉時產生動壓氣膜推開頂層箔片，使軸懸浮於氣膜上。箔片動壓軸承彈性支撐主要作用是優化氣膜分布，增強軸承承載能力；同時，箔片動壓軸承彈性支撐能夠增強軸承的結構阻尼，有效增強產品抗衝擊性能。箔片軸承承載能力的提高主要是對箔片動壓軸承彈性支撐的改進。根據箔片動壓軸承彈性支撐的結構特點和承載能力，把箔片軸承劃分為三代。第一代箔片軸承是早期產品，無箔片動壓軸承彈性支撐或箔片動壓軸承彈性支撐剛度均一，箔片軸承承載能力非常低；第二代箔片軸承的特點是彈性支撐剛度在一個方向(軸向或者周向)變化，有效改善氣膜結構，減小了該方向端部的空氣洩漏，箔片軸承承載能力有較大提高；第三代箔片軸承包括較多數量的經精細裁剪的箔片，箔片動壓軸承彈性支撐剛度在兩個方向(軸向和周向) 變化，使氣膜結構在兩個方向都得到優化，最大程度的減小了端部的空氣洩漏，進一步增加了箔片軸承承載能力。雖然箔片軸承具有眾多的優點，但因為理論研究嚴重滯後，造成製作工藝非常複雜，尤其是箔片動壓軸承彈性支撐的設計製作更加複雜，其設計準則、尺寸確定、材料選取、 熱處理與表面處理等均需耗費大量工作，不僅研製難度很大，而且開發投入巨大，工藝水平要求高，目前只有少數幾個公司掌握了它的設計製作方法，其設計準則和製作工藝也處於嚴格的保密範圍，應用也主要局限於航空航天等少數領域。近年來，一些國家開始開發具有各自特色的箔片軸承，國內也出現很多具有自主智慧財產權的箔片軸承彈性支撐結構。公開號為CN1563732A、發明名稱為「高速透平機械彈性支承平箔型止推氣體軸承」 的發明專利申請和公開號為CN2363119Y、發明名稱為「彈性支承箔片動壓徑向軸承」的實用新型專利公開了一種採用橡膠片代替金屬箔片的彈性支撐結構，該軸承結構簡單，製作加工方便，但作為支撐的彈性橡膠片耐溫性差，軸承彈性支撐容易因過熱導致失效，同時因為剛度無法調節，軸承承載能力較低，無法實現工業化應用。公開號為專利CN101280801A、發明名稱為「一種具有徑向支撐箔片的動壓氣體軸承結構」的發明專利申請公開了一種帶鼓泡的彈性支撐結構，該結構克服了彈性橡膠片耐溫性差的缺點，但其鼓泡結構需要採用專用模具衝壓而成，而且剛度均一，承載能力較低。

發明內容
本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種箔片動壓軸承彈性支撐裝置及其製作方法，使其具有製作方便、結構簡單、經濟合理、剛度可調、承載力較高的特點ο本發明提供的一種箔片動壓軸承彈性支撐裝置，包括由軸承彈性支撐本體和第一鍵組成的軸承彈性支撐，所述第一鍵設置於軸承彈性支撐本體的一端，第一鍵與軸承彈性支撐本體呈70° 100°，所述軸承彈性支撐本體上內外表面設有多條凸起。在上述技術方案中，所述軸承彈性支撐本體上設有多條軸承通槽，所述軸承通槽與凸起交叉布置。在上述技術方案中，所述軸承彈性支撐本體內外表面的凸起間隔布置。在上述技術方案中，所述軸承彈性支撐的展開圖為長方形或扇形環。在上述技術方案中，所述軸承通槽有多排，多排軸承通槽之間的間距由軸承通槽中心向外側逐漸減少。在上述技術方案中，所述多條凸起之間的間距相同。在上述技術方案中，所述多條凸起之間的間距由第一鍵向另一端逐漸減小。在上述技術方案中，所述軸承彈性支撐本體內外兩側的凸起厚度不相同。一種製作箔片動壓軸承彈性支撐裝置的方法，A、給軸承彈性支撐本體上需要留出凸起的地方塗上可防腐蝕的塗層；B、將塗好塗層的軸承彈性支撐本體放入化學腐蝕液或電化學腐蝕液中；C、通過控制腐蝕的時間設定需要形成的凸起的厚度，腐蝕完後取出軸承彈性支撐本體；D、將被腐蝕的部分從軸承彈性支撐本體上去除；E、將塗層去除。在上述技術方案中，在給軸承彈性支撐本體塗上塗層之前通過衝裁或線切割的方法在軸承彈性支撐本體上剪裁出軸承通槽。本發明的箔片動壓軸承彈性支撐裝置及其製作方法，具有以下有益效果由於軸承彈性支撐採用化學腐蝕或電化學腐蝕等非機械加工方法製作，所以無需模具，既製作方便，又減少了大量模具研製加工所需的周期和費用，而且加工成的凸起不僅使軸承彈性支撐保持了較好的彈性，而且也使得用作箔片動壓軸承彈性支撐裝置的金屬箔片材料也不受金屬材料力學性能的限制，拓寬了用材範圍，提高了加工效率。通過材料、腐蝕深度和通槽寬度的選擇，並通過衝裁或線切割的方法剪裁，使得加工成帶軸承通槽的軸承彈性支撐，該軸承彈性支撐不僅結構簡單，而且實現了軸承彈性支撐在各方向上剛度的變化，並通過剛度的合理分布，使軸承氣膜優化，大大提高了軸承承載力。


圖1為本發明實施例1波型軸承的結構示意圖；圖2為本發明實施例1中徑向軸承彈性支撐的展開圖；圖3為本發明實施例2葉型軸承的結構示意圖4為本發明實施例2中徑向軸承彈性支撐的展開主視圖；圖5為本發明實施例2中徑向軸承彈性支撐的展開俯視圖；圖6為本發明止推軸承彈性支撐的結構示意圖；圖7為本發明箔片軸承沿軸向氣膜壓力分布示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，但該實施例不應理解為對本發明的限制。實施例1圖1所示為波型軸承結構示意圖，波型軸承包括依次從外向內設置的軸承套1、軸承彈性支撐2、頂層箔片3和軸4。軸4懸浮於氣膜上高速旋轉，頂層箔片3在軸4靜止時由於軸承彈性支撐2的作用，與軸4緊密貼合，當軸4達到一定轉速後，產生的氣膜動壓克服軸承彈性支撐2的彈力，推開頂層箔片3，使軸4懸浮在氣膜上。為了增強波型軸承的阻尼，頂層箔片3可以採用多層，一般為1層到3層，纏繞方向可以是同向，也可以是反向，層數越多，阻尼性越強，但承載能力會降低，反向阻尼性優於同向，但製作安裝精度要求更高， 需要權衡取捨。參見圖2和圖6，本發明波型軸承中的箔片動壓軸承彈性支撐裝置包括軸承彈性支撐2。所述軸承彈性支撐2由軸承彈性支撐本體2. 4和第一鍵2. 3組成，軸承彈性支撐本體2. 4的一端設有第一鍵2. 3，第一鍵2. 3與軸承彈性支撐本體2. 4呈70° 100°，在本實施例中，第一鍵2. 3與軸承彈性支撐本體2. 4呈90°。軸承彈性支撐本體2. 4內外表面設有多條凸起2. 1，所述多條凸起2. 1之間的間距相同，所述軸承彈性支撐本體2. 4內外表面的凸起2. 1間隔布置。軸承彈性支撐本體2. 4設有多條軸承通槽2. 2，所述軸承通槽2. 2 與凸起2. 1交叉布置。所述軸承通槽2. 2有多排，多排軸承通槽2. 2之間的間距由軸承通槽2. 2中心向外側逐漸減少，這種安排方式可以使剛度沿軸向由中心向兩端逐漸減小，這樣就減少了箔片軸承沿軸向兩端空氣洩漏的可能性，同時通過材料的選取以及凸起2. 1高度即腐蝕深度的確定，共同決定了軸承彈性支撐2剛度的軸向分布，在本實施例中，軸承通槽2. 2條數為偶數，一般為2到6條，根據軸承彈性支撐2尺寸的大小決定軸承通槽2. 2裁剪的數量，在最佳實施例中，軸承通槽2. 2共有四條，將徑向軸承彈性支撐2沿軸向截面分成5個部分，所述軸承通槽2. 2之間的間距寬度由中心向外側共包括3個數量，即bl、b2、 b3，通過bl、b2和b3的選取可以決定軸承彈性支撐本體2. 4剛度的軸向分布，其中bl > b2 > b3。圖7充分顯示了這種間距的安排方式使得壓力在軸承彈性支撐2上的分布情況及效果，曲線I是軸承彈性支撐2沒有經過裁剪的壓力分布，曲線II是軸承彈性支撐2經過裁剪後的壓力分布，曲線II表明，軸承彈性支撐2經過裁剪後承載能力明顯增加。軸承彈性支撐2包括徑向軸承彈性支撐和止推軸承彈性支撐。圖2所示為徑向軸承彈性支撐的展開圖，圖6所示為止推軸承彈性支撐的展開圖，徑向軸承彈性支撐的展開圖為長方形，止推軸承彈性支撐的展開圖為扇形環。本發明箔片動壓軸承彈性支撐裝置的製作方法如下A、通過衝裁或線切割的方法在軸承彈性支撐本體2. 4上剪裁出軸承通槽2. 2。B、給徑向軸承彈性支撐本體2. 4上需要留出凸起2. 1的地方塗上可防腐蝕的塗層(圖中未示出)；C、將塗好塗層的軸承彈性支撐本體2. 4放入化學腐蝕液(圖中未示出)或電化學腐蝕液(圖中未示出)中；D、通過控制腐蝕的時間設定需要形成的凸起2. 1的厚度，腐蝕完後取出軸承彈性支撐本體2. 4 ；E、將被腐蝕的部分從軸承彈性支撐本體2. 4上去除；F、將塗層去除。實施例2本實施例與與實施例1基本相同，不同之處在於圖3所示為葉型軸承結構示意圖，所述葉型軸承中的徑向軸承彈性支撐由多片葉型徑向軸承彈性單元5兩側相接組成， 根據葉型軸承的尺寸大小，一般選取4片到12片，這樣做的好處是相對於單片來說更易於裝配，在本實施例中，徑向軸承彈性支撐由5片葉型徑向軸承彈性單元5組成。參見圖4至圖5，葉型徑向軸承彈性單元5上的凸起2. 1之間的間距，由第一鍵2. 3 向背離另一端逐漸減小，在本實施例中，葉型徑向軸承彈性單元5上的凸起2. 1共有5條， 凸起2. 1之間的間距包括al、a2、a3和a4，其中al靠近第一鍵2. 3的一側，a4位於背離第一鍵2. 3的一側，a2和a3依次位於兩者之間，al > a2 > a3 > a4。在同樣厚度情況下，間距越大，剛度越小，這種凸起2. 1之間間距的周向變化的布置使得葉型徑向軸承彈性單元5 的周向剛度分布更為合理，明顯提高了葉型徑向軸承彈性單元5的承載能力。在本實施例中，葉型徑向軸承彈性單元5設有兩條軸承通槽2. 2，軸承通槽2. 2將葉型徑向軸承彈性單元5沿軸向截面分成3個部分，所述徑向軸承通槽2. 2之間的間距寬度由中心向外側共包括2個數量，即bl、b2，通過bl和1^2的選取可以決定葉型徑向軸承彈性單元5剛度的軸向分布，其中bl >1^2。圖7充分顯示了這種間距的安排方式使得壓力在軸承彈性支撐2上的分布情況及效果，曲線I是軸承彈性支撐2沒有經過裁剪的壓力分布，曲線II是軸承彈性支撐2經過裁剪後的壓力分布，曲線II表明，軸承彈性支撐2經過裁剪後承載能力明顯增加。葉型徑向軸承彈性單元5的內凸起2. 1. 1和外凸起2. 1. 2高度分別為hi和h2，即腐蝕的內外深度，hi和h2可以相同也可以不同，hi = h2時，只需經過一次腐蝕內外表面即可達到要求，當hi興h2時，腐蝕需分兩次進行，即先將一面完全塗上可防腐蝕的塗層，將另一面先腐蝕，控制好時間，待另一面腐蝕深度達到要求後，將完全塗上塗層的一面需要腐蝕的部分的塗層去除，放入化學腐蝕液或電化學腐蝕液中腐蝕，按照所需的腐蝕深度控制好時間即可。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於它包括由軸承彈性支撐本體(2.4) 和第一鍵(2. 3)組成的軸承彈性支撐O)，所述第一鍵(2. 3)設置於軸承彈性支撐本體 (2.4)的一端，第一鍵(2. 與軸承彈性支撐本體(2.4)呈70° 100°，所述軸承彈性支撐本體(2. 4)上內外表面設有多條凸起(2. 1)。
2.根據權利要求1所述的箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於所述軸承彈性支撐本體(2. 4)上設有多條軸承通槽(2.幻，所述軸承通槽(2. 2)與凸起(2. 1)交叉布置。
3.根據權利要求2所述的箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於所述軸承彈性支撐本體(2.4)內外表面的凸起(2. 1)間隔布置。
4.根據權利要求3所述的箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於所述軸承彈性支撐O)的展開圖為長方形或扇形環。
5.根據權利要求4所述的箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於所述軸承通槽 (2.2)有多排，多排軸承通槽(2.2)之間的間距由軸承通槽0.2)中心向外側逐漸減少。
6.根據權利要求5所述的箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於所述多條凸起 (2. 1)之間的間距相同。
7.根據權利要求5所述的箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於所述多條凸起 (2. 1)之間的間距由第一鍵0.3)向另一端逐漸減小。
8.根據權利要求7所述的箔片動壓軸承彈性支撐裝置，其特徵在於所述軸承彈性支撐本體0.4)內外兩側的凸起(2. 1)厚度不相同。
9.一種製作箔片動壓軸承彈性支撐裝置的方法，其特徵在於A、給軸承彈性支撐本體(2.4)上需要留出凸起(2.1)的地方塗上可防腐蝕的塗層；B、將塗好塗層的軸承彈性支撐本體(2.4)放入化學腐蝕液或電化學腐蝕液中；C、通過控制腐蝕的時間設定需要形成的凸起(2.1)的厚度，腐蝕完後取出軸承彈性支撐本體(2. 4)；D、將被腐蝕的部分從軸承彈性支撐本體(2.4)上去除；E、將塗層去除。
10.根據權利要求9所述的製作箔片動壓軸承彈性支撐裝置的方法，其特徵在於在給軸承彈性支撐本體(2. 4)塗上塗層之前通過衝裁或線切割的方法在軸承彈性支撐本體 (2. 4)上剪裁出軸承通槽(2. 2)。
全文摘要
本發明公開了一種箔片動壓軸承彈性支撐裝置，包括由軸承彈性支撐本體和第一鍵組成的軸承彈性支撐，所述第一鍵設置於軸承彈性支撐本體的一端，第一鍵與軸承彈性支撐本體呈70°～100°，所述軸承彈性支撐本體上內外表面設有多條凸起。本發明具有製作方便、結構簡單、經濟合理、剛度可調、承載力較高的特點，可以廣泛應用於高速透平機械的箔片動壓軸承上，本發明還公開了製作這種箔片動壓軸承彈性支撐裝置的方法。
文檔編號C25F3/02GK102434580SQ20111034417
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者何婷, 李玉峰, 郭志斌, 頓光明 申請人:武漢航達航空科技發展有限公司