本發(fā)明涉及空氣動(dòng)壓軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高承載能力的推力空氣箔片軸承。

背景技術(shù)：

空氣動(dòng)壓箔片軸承是利用楔形效應(yīng)，隨著轉(zhuǎn)速的升高由于氣體的粘性周?chē)h(huán)境中的氣體被拖入楔形中，轉(zhuǎn)速升到一定時(shí)楔形中的氣體氣壓增大到支承起轉(zhuǎn)子。常見(jiàn)的波箔型推力軸承如圖1所示，其中推力空氣箔片軸承頂箔一端固定于推力軸承座底板上，處于自由狀態(tài)的另外一端由頂箔與推力軸承座底板之間的波箔支承起來(lái)，頂箔兩端制造出高度差形成楔形。推力盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)將周?chē)h(huán)境中的空氣拖入楔形中，隨著轉(zhuǎn)速升高楔形中氣壓不斷增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到一定時(shí)楔形中氣體氣壓增大到支承起推力盤(pán)。

氣體箔片軸承由于其耐高溫、轉(zhuǎn)速高、無(wú)油潤(rùn)滑、摩擦損耗小等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于空氣循環(huán)機(jī)、空壓機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)等渦輪機(jī)械中。但由于其承載能力有限，美國(guó)MITI公司提出一種雙波箔型箔片軸承。US005902049A示出了一種雙層波箔的空氣箔片徑向軸承來(lái)增大其承載能力。但在推力氣體箔片軸承中由于其瓣數(shù)多，制造過(guò)程中雙層波箔相對(duì)位置難以保證其精度，產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)位。如圖2所示，雙波箔產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)位后部分區(qū)域上下層間隙為h1,另一部分間隙為h2,上層波箔發(fā)生變形一部分先與下層波箔接觸，使得接觸區(qū)域波箔剛度遠(yuǎn)大于上下層波箔未接觸區(qū)域，造成波箔剛度分布與氣膜所需支承剛度相悖，致使承載能力會(huì)受其制造精度的影響大打折扣。另外傳統(tǒng)推力箔片軸承楔形下面支撐剛度較小，在受到大推力作用后楔形變形嚴(yán)重，很大程度上減小了推力箔片軸承的承載能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有的技術(shù)不足，而提供解決多層波箔之間相對(duì)位置和大載荷下楔形變形嚴(yán)重的問(wèn)題同時(shí)首次提出具有雙楔形的一種具有高承載能力的推力空氣箔片軸承。

本發(fā)明的推力空氣箔片軸承具有多層波箔，每一層波箔有多瓣，每一瓣都通過(guò)外圓箔片連接成一個(gè)整體以保證每一瓣之間的相對(duì)位置，每一層波箔的每一瓣都連接外圓環(huán)箔片，外圓環(huán)箔片上開(kāi)有定位銷(xiāo)孔粗略定位于推力軸承座上，粗略定位的同時(shí)起到限位作用。下層波箔的每一瓣在圓周方向的尺寸都大于上層波箔，對(duì)齊每一層波箔的一端后另外一端由箔片的厚度造成高度差形成第一楔形。這樣即使波箔變形嚴(yán)重，但由于波箔箔片的厚度基本不變高度差依然存在避免楔形變形嚴(yán)重。波箔靠近每瓣對(duì)齊端一段區(qū)域波箔完全重合，這樣軸承各瓣分為三段區(qū)域——第一楔形區(qū)、靠近對(duì)齊端各層波箔完全重合的大剛度區(qū)和中間各層波箔間有微小間隙的小剛度區(qū)。利用波箔軸承每瓣區(qū)域的剛度不同，在大載荷作用下大剛度區(qū)完全重合的波箔起到精密定位作用，同時(shí)大剛度區(qū)與小剛度區(qū)波箔形變不同造成第二高度差，形成第二楔形，進(jìn)一步提高氣膜壓力，從而增大載荷。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種具有高承載能力的推力箔片軸承，包括：軸承座、定位銷(xiāo)、第一層波箔、第二層波箔、第三層波箔、頂箔。軸承座上開(kāi)有定位孔，定位銷(xiāo)固定其中。第一層波箔、第二層波箔、第三層波箔外圓環(huán)上開(kāi)有銷(xiāo)孔，用以粗略定位三層波箔之間的相對(duì)位置。每一層波箔一端對(duì)齊后下層波箔弧長(zhǎng)大于上層波箔即波箔每一瓣弧長(zhǎng)第一層波箔大于第二層波箔大于第三層波箔，用以形成第一楔形?？拷鼘?duì)齊端波箔的幾個(gè)波各層疊在一起后完全重合形成大剛度區(qū)，在載荷的作用下同時(shí)起到精確定位各層波箔相對(duì)位置尺寸作用。中間區(qū)域各層波箔設(shè)有微小間隙形成相對(duì)大剛度區(qū)的小剛度區(qū)。在大載荷作用下由于兩區(qū)域剛度差別致使形變不同形成第二楔形。

進(jìn)一步，所述軸承座上開(kāi)有定位銷(xiāo)孔。

進(jìn)一步，各波箔層的每一瓣起始端沿徑向方向向外設(shè)有凸起，外端凸起與外圓環(huán)連接，使每層各瓣連接成一個(gè)整體，外圓環(huán)上開(kāi)有銷(xiāo)孔用于初步定位各層波箔。

進(jìn)一步，軸承每一瓣分為三段區(qū)域，第一楔形區(qū)、小剛度區(qū)、大剛度區(qū)。

進(jìn)一步，每層波箔中的各瓣波箔弧長(zhǎng)相等，下層波箔各瓣弧長(zhǎng)長(zhǎng)與上層波箔。即第一層波箔各瓣的弧長(zhǎng)大于第二層波箔，第二層波箔各瓣的弧長(zhǎng)大于第三層波箔。波箔的每瓣一端對(duì)齊，由于上下層各瓣的弧長(zhǎng)不同一端對(duì)齊后另外一端形成高度差。

進(jìn)一步，頂箔各瓣固定端與前一瓣波箔對(duì)齊端對(duì)齊，與第三層波箔固定在一起，這樣頂箔靠近固定端由于波箔的高度差形成第一楔形區(qū)。

進(jìn)一步，靠近對(duì)齊端波箔的幾個(gè)波各層疊在一起后完全重合，在載荷作用下各層波箔間的貼合會(huì)越來(lái)越小，每個(gè)波的相對(duì)位置公差會(huì)越來(lái)越小，從而形成大剛度區(qū)同時(shí)對(duì)各層波箔起精確定位作用。

進(jìn)一步，每一瓣的中間區(qū)域各層波箔之間設(shè)有微小間隙，只有在上層波箔在載荷作用下發(fā)生形變與下層波箔接觸后，下層波箔與上層波箔開(kāi)始同時(shí)起支承作用。從而形成有階躍剛度特性的相對(duì)大剛度區(qū)剛度的小剛度區(qū)。

進(jìn)一步，在大載荷作用下，小剛度區(qū)發(fā)生的形變大于大剛度區(qū)形成高度差，從而形成第二楔形，進(jìn)一步增大氣膜壓力。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具有以下有益效果：本發(fā)明提供解決多層波箔之間相對(duì)位置和大載荷下楔形變形嚴(yán)重的問(wèn)題并且首次提出具有雙楔形的一種具有高承載能力的推力空氣箔片軸承。軸承各瓣分為三個(gè)區(qū)域，第一楔形區(qū)、小剛度區(qū)、大剛度區(qū)。第一楔形區(qū)通過(guò)波箔箔片的厚度產(chǎn)生高度差，保證了在大載荷作用下楔形依舊存在。小剛度區(qū)通過(guò)各層波箔之間設(shè)有間隙形成剛度階躍的小剛度區(qū)。大剛度區(qū)由于設(shè)計(jì)波箔的波疊在一起后相互重合，三層箔片同時(shí)起支承作用，在載荷作用下各層間每個(gè)波貼合會(huì)越來(lái)越緊，相對(duì)位置公差會(huì)越來(lái)越小，從而形成大剛度區(qū)同時(shí)對(duì)各層波箔起精確定位作用。由于大剛度區(qū)與小剛度區(qū)形變的不同形成高度差，支承頂箔后形成第二楔形，氣體從第剛度區(qū)帶入高剛讀取時(shí)氣膜會(huì)進(jìn)一步壓縮，從而增加了氣膜壓力，提高了軸承的承載能力。

附圖說(shuō)明

圖1為推力軸承原理示意圖；

圖2為雙波箔由于加工精度影響相互錯(cuò)開(kāi)示意圖；

圖3為本發(fā)明多層波箔推力軸承本發(fā)明爆炸圖；

圖4為本發(fā)明多層波箔推力軸承整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明多層波箔推力軸承頂箔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明多層波箔推力軸承第一層波箔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明多層波箔推力軸承第二層波箔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明多層波箔推力軸承第三層波箔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明多層波箔推力軸承楔形支承結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明多層波箔推力軸承形成兩個(gè)楔形及氣壓分布示意圖

圖11為本發(fā)明兩層波箔推力軸承結(jié)構(gòu)示意圖

圖12為本發(fā)明推力軸承波箔為第二代波箔結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的一種具有高承載能力的推力空氣箔片軸承做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。然而可以理解的是，下述具體實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)該理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖3所示，一種具有高承載能力的推力空氣箔片軸承包括軸承座1、定位銷(xiāo)2、第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5、頂箔6、推力盤(pán)7。所述軸承座開(kāi)有定位孔定位銷(xiāo)2嵌入其中，第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5、頂箔6都設(shè)有銷(xiāo)孔依次堆疊軸承座之上，定位銷(xiāo)起限位和粗略定位作用。第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5、頂箔6均為模具沖壓成型。如圖5所示，每瓣頂箔固定端到自由端為順時(shí)針，如圖6所述第三層波箔5的每瓣從起始端到自由端為逆時(shí)針，使每瓣頂箔6的起始端與第三層波箔5的后一瓣通過(guò)焊接固定在一起。如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，所述推力軸承內(nèi)經(jīng)Ri、外徑Ro、外圓環(huán)半徑Rh，外圓環(huán)寬度為a，各瓣起始端箔片寬度為b，定位銷(xiāo)孔直徑Φ。如圖6所示，所述第一層波箔3前一瓣與后一瓣距離為L(zhǎng)1；如圖7所示，所述第二層波箔4前一瓣與后一瓣距離為L(zhǎng)2；如圖8所示，所述第三層波箔5前一瓣與后一瓣距離為L(zhǎng)3；L1小于L2小于L3。

如圖9所示，各層波箔起始端對(duì)齊并且與頂箔起始端位于相反方向，對(duì)齊第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5的起始端后，由于長(zhǎng)度的不同波箔的自由端由箔片厚度造成高度差，形成第一楔形區(qū)。

如圖9所示，小剛度區(qū)中的第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5之間具有Δh的間隙；大剛度區(qū)堆疊在一起后完全重合。這樣使得小剛度區(qū)只有當(dāng)位于最上面的第三層波箔5在載荷作用下產(chǎn)生Δh的形變與中間層第二層波箔4接觸后第二層波箔4開(kāi)始起支承作用，提供剛度支撐。對(duì)齊第一層波箔3產(chǎn)生支承作用如同第二層波箔4。在大剛度區(qū)第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5堆疊在一起后三層箔片同時(shí)起到支承作用。

如圖9所示，大剛度區(qū)堆疊在一起后完全重合，即使裝配時(shí)第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5相對(duì)位置有一定的錯(cuò)移，在載荷作用小，大剛度區(qū)的波箔由于波形的導(dǎo)向作用產(chǎn)生自適應(yīng)位置調(diào)整，使得第一層波箔3、第二層波箔4、第三層波箔5自適應(yīng)精確定位以保證之間的相對(duì)位置。

如圖10所示，在載荷作用下第一楔形區(qū)波箔發(fā)生變形，由于箔片厚度造成的高度差Δh₁依舊存在確保了第一楔形區(qū)的楔形。第一楔形區(qū)產(chǎn)生楔形效應(yīng)擠壓進(jìn)入楔形的空氣產(chǎn)生壓力，在大載荷作用下小剛度區(qū)發(fā)生的形變大于大于大剛度區(qū)產(chǎn)生Δh₂的高度差，使得在大剛度區(qū)與小剛度區(qū)之間產(chǎn)生第二楔形。第二楔形形成楔形效應(yīng)進(jìn)一步壓縮氣膜增大了氣膜的壓力，從而提升推力軸承的承載能力。

除了以上提出的實(shí)例，一種具有高承載能力的推力空氣箔片軸承可以有其它不同形式。圖11所示的推力軸承，采用兩層波箔支承頂箔形式。如圖12所示，此外，箔片也可以為第二代箔片形式。波箔瓣數(shù)和結(jié)構(gòu)的形式可以根據(jù)具體情況進(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，但凡依本發(fā)明權(quán)利要求及本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專(zhuān)利覆蓋的范圍。