專(zhuān)利名稱(chēng)：具有密封功能的徑向箔片軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有密封功能的徑向箔片軸承。
背景技術(shù)：
軸承可粗分為滾動(dòng)軸承(使用滾珠或滾子)、無(wú)油軸承(使用具有潤(rùn)滑性的材料來(lái) 摩擦并動(dòng)作)、滑動(dòng)軸承(使用油)、氣體軸承及磁性軸承(利用磁力作無(wú)接觸動(dòng)作)?；瑒?dòng) 軸承又分為動(dòng)壓滑動(dòng)軸承和靜壓滑動(dòng)軸承，其中動(dòng)壓滑動(dòng)軸承通過(guò)相對(duì)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生油壓 來(lái)支承軸；靜壓滑動(dòng)軸承通過(guò)從軸承外部供給高壓的油來(lái)支承軸。氣體軸承是以氣體來(lái)代 替油，其工作原理與滑動(dòng)軸承相同。若從外部輸入加壓氣體，則為靜壓氣體軸承，若通過(guò)相 對(duì)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生壓力，則為動(dòng)壓氣體軸承。動(dòng)壓氣體軸承由于具有摩擦損失少、不需要液體潤(rùn)滑油等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高速 旋轉(zhuǎn)領(lǐng)域，尤其適用于很難用滾動(dòng)軸承支承的超高速領(lǐng)域和難以使用液體潤(rùn)滑油的地方。 動(dòng)壓氣體軸承可分為溝槽軸承、斜墊軸承和箔片軸承，其中溝槽軸承是通過(guò)設(shè)置溝槽結(jié)構(gòu) 來(lái)產(chǎn)生壓力，其代表例是螺旋溝槽軸承。動(dòng)壓液膜斜墊軸承(Hydrodynamic fluid-film tilt pad bearing)的使用條件非常有限，因此，若超過(guò)該條件，其被損壞的危險(xiǎn)性會(huì)增 大。例如在設(shè)計(jì)條件以上或以下的條件下，剛性急速降低，所以該軸承對(duì)沖擊、軸的不對(duì) 準(zhǔn)(misalignment)及熱變形非常脆弱。與此相比，被稱(chēng)為順應(yīng)動(dòng)壓液膜軸承(Compliant hydrodynamicfluid-film bearing)的箔片軸承能夠提供顯著高于固定形態(tài)的斜墊軸承 的性能，而且最近20年來(lái)實(shí)現(xiàn)了飛躍性的發(fā)展，其充分的耐久性和穩(wěn)定性已在航空器空 調(diào)和裝置上得到驗(yàn)證，尤其適用于如超過(guò)10萬(wàn)RPM的超高速旋轉(zhuǎn)的極低溫用渦輪壓縮機(jī) 那樣的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。此軸承在混有少許液體的情況下也能夠使用，其優(yōu)點(diǎn)是柔軟性和 可低價(jià)格化。航空中的箔片軸承從1970年開(kāi)始主要使用在環(huán)境調(diào)節(jié)裝置ECS的氣冷設(shè) 備(Air Cooling Machine :ACM)中，該設(shè)備是用于調(diào)節(jié)機(jī)艙內(nèi)的壓力和溫度的核心組成部 件，這可以看作是箔片軸承最佳的使用例。在此應(yīng)用中，由于箔片軸承沒(méi)有油系統(tǒng)，因此不 會(huì)污染機(jī)艙內(nèi)部，不需要預(yù)定的維修日程，與滾珠軸承相比可以進(jìn)行足夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性 動(dòng)作。并且，即使在軸承破損時(shí)，幾乎也不會(huì)造成渦輪組成部件的破損的，使得應(yīng)用于波音 (Boeing) 747的箔片軸承不需維修也能進(jìn)行超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)以上的工作。箔片軸承粗分為兩大類(lèi)。如圖1所示，分為將每片翼狀箔片沿旋轉(zhuǎn)方向重疊一部 分配置并支承軸的葉式(Leaf type)箔片軸承，和如圖2所示，將整體做成一個(gè)箔片，在箔 片外部配置以多種形態(tài)支撐箔片的彈簧的凸起式箔片軸承(Bump type foil bearing)。葉 式箔片軸承可適用于支承負(fù)載小且外部沖擊少的情況，具有啟動(dòng)扭矩大的缺點(diǎn)。與此相比， 凸起式箔片軸承被認(rèn)為啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載小，而且耐久性和剛性?xún)?yōu)秀，但設(shè)計(jì)和生產(chǎn)很復(fù)雜，尤 其是難以確保穩(wěn)定性，所以全世界只有2 3家左右持有該技術(shù)。在軸承殼1內(nèi)部焊接有 具有彈簧功能的凸起箔片(Bump foil)，在凸起箔片內(nèi)側(cè)與軸基本上抵接的頂端箔片(Top foil)被焊接在軸承殼1上。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)而帶過(guò)空氣時(shí)，頂端箔片和凸起箔片變形，并產(chǎn)生用 于形成支承負(fù)載的液膜的空間。在箔片軸承上用于產(chǎn)生液膜的幾何結(jié)構(gòu)是由頂端箔片的彈性變形來(lái)提供。轉(zhuǎn)數(shù)越高，頂端箔片和凸起箔片越被推向外部，若軸脫離中心，則形成會(huì)聚 楔形(Converging Wedge)的空間。此時(shí)，由于箔片軸承具有頂端箔片變形的特征，所以通 過(guò)進(jìn)行很好的設(shè)計(jì)，利用頂端箔片的微細(xì)變形，可以得到不需復(fù)雜的機(jī)械加工而能夠產(chǎn)生 適當(dāng)動(dòng)壓的最佳形態(tài)。而且，由于在半徑方向產(chǎn)生的間隙余量，所以可得到能夠?qū)?yīng)基于高 速旋轉(zhuǎn)的軸直徑的增加的優(yōu)點(diǎn)。決定這些特征的是頂端箔片的厚度和支承頂端箔片的凸起 箔片的形狀。特別是，通過(guò)凸起箔片的設(shè)計(jì)決定軸系所需的剛性和阻尼(damping)的提供， 因此凸起箔片的形狀、厚度、高度、間距及個(gè)數(shù)等成為決定軸承性能的最重要的因素。而且，軍事用軸承要求具有更加耐高速、惡劣環(huán)境及沖擊的性能， 在高速、高功率 和高效率B LDC電機(jī)中，由一般油潤(rùn)滑軸承不能提供軍事用軸承所要求的性能。而且，在結(jié) 構(gòu)上要能承受足夠的不對(duì)準(zhǔn)、熱和振動(dòng)，為此，為了得到最大的支承力，通常認(rèn)為將凸起箔 片沿軸向分離并沿旋轉(zhuǎn)方向分離比較有利。在美國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利的有關(guān)文件如下4，300, 806 ；5, 915，841 ；5, 988，885 ； 4，465，384 ；5，498，083 ；5，584，582 ；6，024，491 ；6，190，048B1 ；4，624，583 ；3，893，733 ； 3，809，443 ；4，178，046 ；4，654，939 ；4，005，914 ；5，911，511 ；5，534，723 ；5，427，455 ； 5，866，518。有關(guān)其原理的專(zhuān)利已經(jīng)在1970年代提出基本專(zhuān)利而期滿(mǎn)，可知通過(guò)對(duì)凸起箔片 和頂端箔片的結(jié)構(gòu)改變來(lái)努力提高性能。而且，由美國(guó)專(zhuān)利號(hào)為5，886，518的專(zhuān)利，可知為 開(kāi)發(fā)能夠適用于高溫且粘接性良好的金屬性干式潤(rùn)滑劑而進(jìn)行了許多努力。而且，到目前為止沒(méi)有嘗試由箔片軸承同時(shí)起到密封件的作用，雖然有過(guò)用箔片 軸承形態(tài)的密封件嘗試箔片密封件，但是以變形頂端箔片的形態(tài)沒(méi)有起到軸承的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有密封功能的徑向箔片軸承，其除了具有軸承 的功能以外，同時(shí)還能起到密封件的作用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的徑向箔片軸承，其包括有具有如下厚度的頂端箔 片，及能夠防止軸承部件脫落和遮擋充當(dāng)潤(rùn)滑油作用的氣體通過(guò)凸起箔片之間的縫隙的塞 子，t ^ 0. 1 · D0-33,其中，t為厚度[mm]，D為軸直徑[mm]。


圖1是徑向箔片軸承的現(xiàn)有形態(tài)示意圖。圖2是具有加厚的頂端箔片的箔片軸承的示意圖。圖3是本發(fā)明具有密封功能的徑向箔片軸承的示意圖。圖4是本發(fā)明具有密封功能的徑向箔片軸承的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示是至今為止使用的代表性的箔片軸承形態(tài)，圖2所示是具有加厚的頂端箔片3的箔片軸承的形態(tài)。因?yàn)橹車(chē)洚?dāng)潤(rùn)滑油作用的氣體可以向具有凸起箔片2的地方 流動(dòng)，所以存在需要追加設(shè)置密封件的困難，而因軸6的動(dòng)作，密封件的性能也降低許多。因此，可使箔片軸承僅在軸6和頂端箔片3之間留有微小間隙而進(jìn)行密封，從而使 其具有密封件的功能。本發(fā)明是將圖2所示的凸起式徑向箔片軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而使其具有密封 件的功能。如圖3、圖4所示，通過(guò)使用由車(chē)床加工制作的具有足夠厚度的頂端箔片3和能 夠遮擋凸起箔片2之間縫隙的塞子7，使得軸6和軸承之間僅存有微小的縫隙而去除其他所 有的流動(dòng)縫隙，從而可提供高性能的密封功能。以上所述頂端箔片3所具有的足夠厚度，通過(guò)具體的剛性和性能試驗(yàn)驗(yàn)證，需滿(mǎn) 足下面的關(guān)系式t ^ 0. 1 · D0'33,t:厚度[mm],D 軸直徑[mm]。當(dāng)然，考慮到軸6的動(dòng)作，塞子7的內(nèi)徑要大于軸直徑，頂端箔片3與塞子7之間 沿軸向要具有熱膨脹等所需的間隙余量，才能保證軸不受干涉而發(fā)揮作用。此外，所述塞子7還具有軸承防脫壁(即防止軸承部件脫落)的功能，并且該功能 對(duì)所有種類(lèi)的箔片軸承是相同的。對(duì)加厚頂端箔片3的厚度的軸承來(lái)說(shuō)，利用軸承防脫壁(Stopper)來(lái)執(zhí)行密封功 能至今沒(méi)有任何嘗試過(guò)，國(guó)際性的箔片軸承企業(yè)Miti (http://www.miti. cc)也僅是通過(guò) 另外開(kāi)發(fā)翼型密封件(Air Foil Seal)以實(shí)現(xiàn)密封。因此，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可利用調(diào)換塞子7的尺寸來(lái)進(jìn)行高性能的密封，從 而不存在因采用密封件而增加高速軸長(zhǎng)度的問(wèn)題，不需要額外設(shè)置密封件也可以執(zhí)行密封 件的功能，從而既能增加軸的穩(wěn)定性，又使密封性能顯著提高。以上所述，通過(guò)設(shè)置能夠遮擋凸起箔片2之間的空隙的塞子7，可使軸6和頂端箔 片3之間僅留有微細(xì)的縫隙，所以可以提供具有最小縫隙的高性能的密封功能。
權(quán)利要求
一種具有密封功能的徑向箔片軸承，其特征在于，其包括有具有如下厚度的頂端箔片(3)t≥0.1·D0.33，其中，t為厚度(mm)，D為軸直徑(mm)；及能夠防止軸承部件脫落和遮擋充當(dāng)潤(rùn)滑油作用的氣體通過(guò)凸起箔片(2)之間縫隙的塞子(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有密封功能的徑向箔片軸承，其包括具有厚度為t≥0.1·D0.33的頂端箔片(3)及能夠防止軸承部件脫落和遮擋充當(dāng)潤(rùn)滑油作用的氣體通過(guò)凸起箔片(2)之間的間隙的塞子(7)，其中，t為厚度(mm)，D為軸直徑(mm)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)設(shè)置能夠遮擋凸起箔片之間縫隙的塞子(7)，使軸(6)和頂端箔片(3)之間僅留有微細(xì)的縫隙，所以可以提供具有最小縫隙的高性能的密封功能。
文檔編號(hào)F16C33/10GK101821519SQ200780053553
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者李憲席 申請(qǐng)人:科特博公司