具有金屬橡膠和彈性箔片復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的空氣動壓軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種徑向彈性空氣動壓軸承，具體的說，它是一種具有金屬橡膠和彈性箔片復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的空氣動壓軸承。這種新型復(fù)合支承結(jié)構(gòu)空氣軸承由軸承套、金屬橡膠塊、彈性箔片和頂層箔片組成。彈性支承結(jié)構(gòu)由金屬橡膠塊和彈性箔片疊加而成。彈性箔片和頂層箔片的一端固定在軸承套上，另一端自由。金屬橡膠塊由金屬絲纏繞并經(jīng)冷沖壓工藝制成，由彈性箔片和軸承套四面包圍固定。彈性箔片的剛度較大，阻尼較小，而金屬橡膠材料的剛度較小，阻尼大。本發(fā)明通過改進(jìn)空氣軸承的彈性支承結(jié)構(gòu)，采用金屬橡膠和彈性箔片疊加布置的形式，使軸承具有高剛度、高阻尼的特性，提高了軸承的承載能力，減小振動沖擊，同時提高了軸承的可靠性。
【專利說明】具有金屬橡膠和彈性箔片復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的空氣動壓軸承
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種徑向彈性空氣軸承，更具體的說，通過使用金屬橡膠和彈性箔片在軸承徑向形成兩層支承結(jié)構(gòu)，使軸承具有高剛度、高阻尼的特性，能夠提高軸承的承載能力和緩和沖擊振動的能力，同時提高了軸承的可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]箔片氣體軸承是一種自作用彈性支承空氣動壓軸承。它由軸承套、彈性支承結(jié)構(gòu)和頂層箔片等構(gòu)成。與普通轉(zhuǎn)子軸承相比，它具有轉(zhuǎn)速高，精度好，可靠性高，無油潤滑，摩擦損耗小，能在高溫環(huán)境下工作等一系列優(yōu)點(diǎn)。箔片氣體軸承在航空航天和國防軍工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，包括新一代戰(zhàn)機(jī)、高溫燃?xì)廨啓C(jī)、巡航導(dǎo)彈、超低溫冷卻系統(tǒng)。同時，彈性箔片軸承技術(shù)也是21世紀(jì)分布式能源系統(tǒng)微型燃?xì)廨啓C(jī)核心技術(shù)之一。
[0003]金屬橡膠是一種均質(zhì)的彈性多孔物質(zhì)，它是用一定的方法將按質(zhì)量配好的拉伸開的螺旋狀態(tài)的金屬絲堆放好，然后用冷沖壓工藝制成符合需要的形狀。它因由金屬制成同時具有橡膠的彈性而得名。金屬橡膠材料在各類工作環(huán)境下不揮發(fā)、性質(zhì)穩(wěn)定，能耐高溫和低溫，且具有較大的阻尼和一定的剛度，因而由其做減振、阻尼件制成支承結(jié)構(gòu)能夠顯著提高空氣軸承的壽命、可靠性和承載能力。
[0004]在空氣軸承中，彈性支承結(jié)構(gòu)位于頂層箔片和軸承套之間，它應(yīng)該具有一定的剛度和阻尼，使軸承相應(yīng)的獲得一定的承載能力和緩沖沖擊振動的能力?，F(xiàn)有使用金屬橡膠材料作為支承結(jié)構(gòu)的空氣軸承有足夠的阻尼，但由于材料本身剛度普遍較小的原因?qū)е螺S承承載能力受到了很大的限制。為了提高空氣軸承的承載能力，就需要在保留金屬橡膠高阻尼優(yōu)點(diǎn)的前提下通過改進(jìn)彈性支承結(jié)構(gòu)來提高其剛度。本發(fā)明通過改進(jìn)空氣軸承的彈性支承結(jié)構(gòu)，采用金屬橡膠和彈性箔片疊加布置的形式，提高了支承結(jié)構(gòu)的阻尼和剛性，減小振動沖擊，提高了軸承的總體承載能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了尋求能顯著提高現(xiàn)有使用金屬橡膠做支承結(jié)構(gòu)的空氣軸承總體承載能力和緩和沖擊振動的能力，提供了一種新型空氣軸承結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)可以在一定程度上解決此類空氣軸承承載能力不足的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:軸承的基本組成部分為軸承套、金屬橡膠塊、彈性箔片和頂層箔片。金屬橡膠塊的基本形狀為底部與軸承套內(nèi)表面等半徑的扇形，在徑向有一定的厚度，為軸承提供主要的阻尼和一定的剛度。彈性箔片為包覆金屬橡膠塊除了底部以外其他三面的金屬箔片，并在兩端有凸起與軸承套的內(nèi)表面相接觸，為軸承提供主要的剛度和附加的阻尼。彈性箔片的一端固定在軸承套內(nèi)表面的槽上，另一端自由。金屬橡膠塊通過彈性箔片和軸承套內(nèi)表面的包圍來固定。
[0007]本發(fā)明涉及一種徑向彈性空氣動壓軸承，具體的說，它是一種具有金屬橡膠和彈性箔片復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的空氣動壓軸承。這種新型復(fù)合支承結(jié)構(gòu)空氣軸承由軸承套、金屬橡膠塊、彈性箔片和頂層箔片組成。彈性支承結(jié)構(gòu)由金屬橡膠塊和彈性箔片疊加而成。彈性箔片和頂層箔片的一端固定在軸承套上，另一端自由。金屬橡膠塊由金屬絲纏繞并經(jīng)冷沖壓工藝制成，由彈性箔片和軸承套四面包圍固定。彈性箔片的剛度較大，阻尼較小，而金屬橡膠材料的剛度較小，阻尼大。本發(fā)明通過改進(jìn)空氣軸承的彈性支承結(jié)構(gòu)，采用金屬橡膠和彈性箔片疊加布置的形式，使軸承具有高剛度、高阻尼的特性，提高了軸承的承載能力，減小振動沖擊，同時提高了軸承的可靠性。
[0008]本發(fā)明提出的技術(shù)方案意在通過改變現(xiàn)有金屬橡膠空氣軸承彈性支承結(jié)構(gòu)的形式和安裝方法，利用金屬橡膠塊和彈性箔片的剛度和阻尼的疊加效果來提高空氣軸承的承載能力和緩和沖擊振動的能力。在軸承工作時，彈性箔片承受來自頂層箔片的徑向載荷而產(chǎn)生變形，凸起高度變小，則彈性箔片將壓迫金屬橡膠塊使其同時產(chǎn)生變形，共同為軸承提供彈性支承。因?yàn)閺椥圆哂幸欢ǖ暮穸龋云鋭偠容^大而阻尼較小，而金屬橡膠具有剛度小，阻尼大的內(nèi)在屬性，在彈性箔片和金屬橡膠的共同作用下，兩者的剛度特性和阻尼特性相互疊加，空氣軸承就具有了高剛度和高阻尼兩個優(yōu)點(diǎn)。
[0009]與現(xiàn)有的箔片氣體軸承相比，本發(fā)明提出的復(fù)合支承結(jié)構(gòu)和安裝形式由于其內(nèi)在的高剛度、高阻尼特性能夠顯著提高軸承的承載能力和緩和沖擊振動的能力，在一定程度上也改善了氣體軸承可靠性差的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1由金屬絲纏繞而成的金屬橡膠結(jié)構(gòu)示意圖
[0011]圖2冷沖壓后的金屬橡膠塊橫截面示意圖
[0012]圖3分離式彈性箔片橫截面示意圖
[0013]圖4分離式彈性箔片及其在軸承中分布情況示意圖
[0014]圖5頂層箔片和分離式彈性箔片空氣軸承軸承套
[0015]圖6具有分離式彈性箔片的空氣軸承裝配示意圖
[0016]圖7整體式彈性箔片
[0017]圖8整體式彈性箔片橫截面示意圖
[0018]圖9整體式彈性箔片空氣軸承軸承套
[0019]圖10具有整體式彈性箔片的空氣軸承裝配示意圖
[0020]圖中:1-分離式彈性箔片空氣軸承軸承套,2-金屬橡膠塊，3-分離式彈性箔片，
[0021]4-頂層箔片，5-整體式彈性箔片，6-整體式彈性箔片空氣軸承軸承套
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0023]圖1為由金屬絲纏繞而成的金屬橡膠結(jié)構(gòu)示意圖。金屬橡膠是用一定的方法將按質(zhì)量配好的拉伸開的螺旋狀態(tài)的金屬絲堆放好，然后用冷沖壓工藝制成符合需要的形狀，其橫截面形狀如圖2所示。通過改變金屬橡膠的材料、壓縮比例、孔隙度和厚度等參數(shù)可以改變其剛度和阻尼特性。
[0024]分離式彈性箔片橫截面形狀如圖3所示，箔片厚度δ的大小決定于其設(shè)計(jì)剛度，一般在0.1mm?0.4mm之間。頂部形狀是半徑為r的圓弧形，兩側(cè)具有指向軸承套內(nèi)表面的條狀凸起，凸起底部半徑R的大小與軸承套內(nèi)表面半徑相同，r和R的差值等于彈性箔片和金屬橡膠塊復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的總高度。條狀凸起底部兩端與頂部圓弧圓心連線之間的夾角為Θ，其在高度方向向內(nèi)側(cè)傾斜一定的角度，大小為P。Θ的大小決定于在整個圓周方向分布的彈性箔片的塊數(shù)η，θ=360° /η。η—般取值在6至12之間，則Θ的取值為30°至60°。條狀凸起內(nèi)傾角爐的大小由彈性箔片的設(shè)計(jì)剛度決定，一般小于30°。在分離式彈性箔片底部一側(cè)的末端延伸出一部分矩形條狀結(jié)構(gòu)，用于彈性箔片的固定，其高度與軸承套上開槽的高度大致相同。在圖4中，左側(cè)零件3為分離式彈性箔片，它在軸承中裝配后的分布情況如右側(cè)所示。圖5中零件I和零件4分別為分離式彈性箔片空氣軸承軸承套和頂層箔片。彈性箔片一般由鎳基超高溫合金材料經(jīng)線切割而成，具有較大的剛度。將分離式彈性箔片和金屬橡膠塊疊加后裝入頂層箔片和軸承套之間，彈性箔片和頂層箔片的一端固定在軸承套內(nèi)表面的槽中，另一端自由，就組成了具有分離式彈性箔片和金屬橡膠塊的復(fù)合支承結(jié)構(gòu)空氣軸承，如圖6所示。
[0025]圖7所示零件5為整體式彈性箔片，箔片厚度δ取值為0.1mm至0.4_，其橫截面形狀如圖8所示。它的內(nèi)側(cè)是半徑為r的不連續(xù)的圓弧面，在各圓弧面之間有指向軸承套方向的槽狀凸起，凸起的底部半徑為R，r和R的差值等于彈性箔片和金屬橡膠塊復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的總高度。槽狀凸起底部中心與頂部圓弧圓心連線之間的夾角為Θ。凸起底部寬度為b，其在圓周方向所占的角度約為Θ的五分之一，在軸承裝配后與軸承套內(nèi)表面相接觸。在整體式彈性箔片底部一側(cè)的末端延伸出一部分矩形條狀結(jié)構(gòu)，用于彈性箔片的固定，其高度與軸承套上開槽的高度大致相同。用整體式彈性箔片替換分離式彈性箔片，就組成了復(fù)合支承結(jié)構(gòu)空氣軸承的另一種形式。圖9所示零件為整體式彈性箔片空氣軸承軸承套。將金屬橡膠塊裝入整體式彈性箔片外側(cè)的槽中形成復(fù)合支承結(jié)構(gòu)，然后把復(fù)合支承結(jié)構(gòu)裝配到軸承套中，并將彈性箔片一端的矩形條狀結(jié)構(gòu)與軸承套開槽的側(cè)面焊接固定，頂層箔片的一端也采用焊接的方法固定在軸承套開槽的一個側(cè)面上，裝配完成后的整體式彈性箔片空氣軸承結(jié)構(gòu)如圖10所示。
[0026]在軸承工作時，頂層箔片4受到軸的壓力，壓迫彈性箔片3、5使其產(chǎn)生變形，高度變小，則彈性箔片將壓迫金屬橡膠塊2使其同時產(chǎn)生變形，共同為軸承提供彈性支承。因?yàn)閺椥圆哂幸欢ǖ暮穸惹遗c軸承套內(nèi)表面接觸面積很小，所以其剛度較大而阻尼較小，而金屬橡膠本身剛度小、阻尼大，在彈性箔片和金屬橡膠的共同作用下，兩者的剛度特性和阻尼特性相互疊加，空氣軸承就具有了高剛度和高阻尼兩個優(yōu)點(diǎn)。以上具有兩種不同彈性箔片的復(fù)合支承結(jié)構(gòu)空氣軸承通過改變軸承彈性支承結(jié)構(gòu)的形式和安裝方法，利用金屬橡膠塊和彈性箔片的剛度和阻尼的疊加效果來提高空氣軸承的承載能力和緩和沖擊振動的能力。
[0027]除了以上提出的實(shí)例，軸承彈性支承結(jié)構(gòu)和頂層箔片可以有不同的安裝和固定方法，彈性箔片和金屬橡膠塊的具體形狀可根據(jù)不同情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。以上所舉實(shí)例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例，大凡依本發(fā)明權(quán)利要求及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利覆蓋的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種徑向彈性空氣軸承，包括軸承套、金屬橡膠塊、彈性箔片和頂層箔片，其特征是:金屬橡膠塊是由金屬絲纏繞后堆放好，然后用冷沖壓工藝制成符合需要的形狀，彈性箔片是由鎳基超高溫合金材料線切割而成，具有一定的厚度，彈性箔片和頂層箔片固定在軸承套上，金屬橡膠塊由彈性箔片和軸承套的配合來固定；所述空氣軸承的彈性支承結(jié)構(gòu)由金屬橡膠塊和彈性箔片疊加布置組成，共同形成空氣軸承的復(fù)合支承結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:所述的徑向彈性空氣軸承的彈性箔片和頂層箔片的一端固定在軸承套內(nèi)表面的槽中，另一端自由；金屬橡膠塊由彈性箔片和軸承套內(nèi)表面的包圍固定，其在軸承圓周方向能夠隨著彈性箔片的變形而小范圍的移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:所述的彈性箔片在軸承的軸向和圓周方向是分離式彈性箔片或整體式彈性箔片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:分離式彈性箔片的橫截面頂部為沿軸承圓周方向延伸的圓弧形，兩側(cè)具有指向軸承套內(nèi)表面方向的條狀凸起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:分離式彈性箔片的頂部形狀是半徑為r的圓弧形，兩側(cè)具有指向軸承套內(nèi)表面的條狀凸起，凸起底部半徑R的大小與軸承套內(nèi)表面半徑相同，r和R的差值等于彈性箔片和金屬橡膠塊復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的總高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:條狀凸起底部兩端與頂部圓弧圓心連線之間的夾角為Θ，其在高度方向向內(nèi)側(cè)傾斜一定的角度，Θ的大小決定于在整個圓周方向分布的彈性箔片的塊數(shù)η，Θ =360° /η。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:整體式彈性箔片內(nèi)側(cè)為不連續(xù)的圓弧面，在各圓弧面之間有指向軸承套方向的槽狀凸起，凸起的底部在軸承裝配后與軸承套內(nèi)表面相接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:整體式彈性箔片的內(nèi)側(cè)是半徑為r的不連續(xù)的圓弧面槽狀凸起的底部半徑為R，r和R的差值等于彈性箔片和金屬橡膠塊復(fù)合支承結(jié)構(gòu)的總高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的徑向彈性空氣軸承，其特征是:所述的彈性支承結(jié)構(gòu)在軸承的圓周方向由多個金屬橡膠塊組成。
【文檔編號】F16C33/12GK103438091SQ201310333973
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】馮凱, 趙雪源, 郭志陽 申請人:湖南大學(xué)