本發(fā)明屬于箔片氣體動壓軸承領域，涉及一種填充異形箔片的徑向空氣軸承。

背景技術：

1、隨著國民經濟的發(fā)展，被廣泛應用于工業(yè)、國防等領域的渦輪機械朝著高速、大功率和高能量密度發(fā)展，這對支承部件的穩(wěn)定、可靠運行提出了越來越高的要求，同時軸承性能也制約著我國在航空、航天、新能源等領域的進展。例如，微型渦軸發(fā)電機的轉速通常高達150～200krpm，且工作溫度在400～500℃，這對軸承提出了苛刻的設計和使用要求。傳統(tǒng)的滾動軸承很難適應這種工況條件，且附帶的潤滑冷卻系統(tǒng)對整機重量以及可靠性不利。箔片動壓軸承作為一類柔性氣體軸承，在航空機載空壓機、小型燃氣發(fā)電站、微型超高速風機、航空渦輪冷卻器等裝備中的應用價值較大。

2、相比普通剛性軸承，彈性箔片的引入使其兼具結構簡單、穩(wěn)定性好、極限轉速高、耐高溫、耐沖擊、壽命長、啟停性能優(yōu)異等諸多特點，且安裝精度要求相對較低，對轉子熱/離心膨脹的容忍能力也大大提高。另外，箔片間的摩擦阻尼使得軸承-轉子系統(tǒng)的部分能量被消耗，能有效抑制其高、低頻渦動，增加了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。幾十年來，箔片軸承得到了廣泛關注和研究，是未來中/低功率、高速/超高速渦輪機械支承的理想選擇。

3、傳統(tǒng)徑向箔片氣體動壓軸承結構如圖1所示，主要包括軸承套、波箔、平箔等，其存在如下不足之處：

4、1、單層波箔片的剛度有限，在轉子受到瞬間的徑向大沖擊時，波拱容易被壓潰變形，無法回彈，導致軸承間隙增大和轉子葉輪刮蹭；

5、2、單層平箔加單層波箔的結構，軸承的庫倫摩擦阻尼不佳，無法有效吸收航空機載、新能源車載等領域的環(huán)境振動；

6、3、徑向軸承對承載力的自適應性較差，完全依靠改變箔片厚度或硬度來匹配承載力，導致單一徑向軸承對不同使用場景下的承載需求缺乏自主調節(jié)能力；

7、4、依靠波拱高度的梯度變化實現局部收斂楔，以提高承載力，這種方法對模具的加工精度高，且波箔受力變形后拱高發(fā)生變化，使得預制氣膜楔形的形狀逐漸偏離最佳設計值。

8、5、徑向軸承的兩側氣體端泄嚴重，不利于軸承的內部保壓和穩(wěn)定承載力的提升；

9、6、缺少多層預緊結構，解決徑向軸承和轉子之間的安裝偏斜問題；

10、7、缺少明確的冷卻氣孔結構，解決徑向軸承使用過程中的發(fā)熱問題；

11、8、搭接式徑向軸承缺少可調安裝預緊結構，箔片對軸的抱緊力矩一般不可調，啟停性能的調整優(yōu)化受限；

12、9、缺少調隙墊片結構，軸承的安裝間隙只能依靠反修軸承套進行調整；

13、10、平箔表面和轉子之間為面接觸，導致產品啟動力矩較大。

技術實現思路

1、發(fā)明目的

2、提供一種填充異形箔片的徑向空氣軸承結構。本發(fā)明具有結構阻尼大、抗振動沖擊能力強、自適應能力好、啟動力矩小、預緊和間隙可調等優(yōu)點。

3、技術方案

4、一種填充異形箔片的徑向空氣軸承，包括頂層平箔、波箔、中間底箔、中間平箔、矩形底箔、軸承座；所述頂層平箔為設有固定端和自由端的弧面結構，所述頂層平箔固定端上焊接預緊墊片，頂層平箔自由端上內表面設有蝕刻槽，頂層平箔自由端上外表面設有窄片，波箔為設有固定端和自由端的弧面結構，波箔自由端為大圓弧雙連拱結構，波箔自由端上開設有冷卻氣孔；中間底箔自由端為弧面結構，中間底箔自由端的弧面結構具體由若干三角形或梯形組成，兩兩三角形或梯形之間連接區(qū)域設有下陷，所述下陷方向與三角形或梯形成形角度方向相反；所述中間平箔分為第一中間平箔和第二中間平箔，所述第一中間平箔和第二中間平箔上均設有百葉結構，且第一中間平箔和第二中間平箔上百葉結構的朝向相反，第一中間平箔和第二中間平箔通過百葉結構嵌套為一體；所述矩形底箔自由端內外表面設有交叉相錯的凸起，所述矩形底箔自由端上表面的凸起上，設有凹槽和冷卻氣孔；所述矩形底箔、中間平箔、波箔、中間底箔、頂層平箔通過各種的固定端依次裝配在所述軸承座上的v型槽處，并保證中間平箔上的嵌套區(qū)域對應在所述矩形底箔下表面凸起處。

5、進一步的，徑向空氣軸承上可設置多層中間平箔。

6、進一步的，多層中間平箔之間疊放裝配，改變中間平箔數量可以調節(jié)徑向空氣軸承的安裝間隙。

7、進一步的，頂層平箔的展角為80度，厚度為0.1mm。

8、進一步的，蝕刻槽的槽深為0.015mm。

9、進一步的，預緊墊片的厚度范圍在0.05mm～0.15mm之間。

10、進一步的，窄片寬度為2mm，厚度為0.02mm。

11、進一步的，波箔展角為58°，厚度為0.1mm。

12、進一步的，中間底箔厚度為0.08mm，三角形或梯形的數量和分布與波箔上的雙連拱保持一致。

13、進一步的，矩形底箔上的凸起厚度為0.02mm。

14、進一步的，所述凸起為長條狀，貫穿整個矩形底箔厚度方向。

15、進一步的，頂層平箔、波箔、中間底箔、中間平箔、矩形底箔材料均為gh4169，軸承座材料為7a02。

16、本申請的有益效果在于：

17、頂層平箔1內表面的蝕刻槽11可減小啟動時轉子與軸承的接觸面積，有利于降低產品的起浮力矩或起浮轉速，外表面的窄片13可以減小氣體軸向端泄，從而增強軸承的承載性能；波箔2提供多級結構剛度，在輕載時大波拱起主要支撐，重載時大波拱發(fā)生變形，小波拱也提供一定的支撐；三角形或梯形波箔3可以避免在較大的振動沖擊條件下，波拱發(fā)生永久塑形變形導致軸承失效；改變百葉結構的中間平箔4的數量可調節(jié)徑向空氣軸承的安裝間隙；錯位布置凸起的矩形底箔5可以在軸承受到較大振動沖擊時保證軸承具有一定的彈性支撐，提高軸承的極限承載性能；多層疊放式的箔片可以保證軸承具有較好的摩擦阻尼，能有效吸收使用環(huán)境中的振動沖擊，同時各箔片均設有冷卻氣孔，可有效減小軸承發(fā)熱。

技術特征：

1.一種填充異形箔片的徑向空氣軸承，其特征在于，包括頂層平箔、波箔、中間底箔、中間平箔、矩形底箔、軸承座；所述頂層平箔為設有固定端和自由端的弧面結構，所述頂層平箔固定端上焊接預緊墊片，頂層平箔自由端上內表面設有蝕刻槽，頂層平箔自由端上外表面設有窄片，波箔為設有固定端和自由端的弧面結構，波箔自由端為大圓弧雙連拱結構，波箔自由端上開設有冷卻氣孔；中間底箔自由端為弧面結構，中間底箔自由端的弧面結構具體由若干三角形或梯形組成，兩兩三角形或梯形之間連接區(qū)域設有下陷，所述下陷方向與三角形或梯形成形角度方向相反；所述中間平箔分為第一中間平箔和第二中間平箔，所述第一中間平箔和第二中間平箔上均設有百葉結構，且第一中間平箔和第二中間平箔上百葉結構的朝向相反，第一中間平箔和第二中間平箔通過百葉結構嵌套為一體；所述矩形底箔自由端內外表面設有交叉相錯的凸起，所述矩形底箔自由端上表面的凸起上，設有凹槽和冷卻氣孔；所述矩形底箔、中間平箔、波箔、中間底箔、頂層平箔通過各種的固定端依次裝配在所述軸承座上的v型槽處，并保證中間平箔上的嵌套區(qū)域對應在所述矩形底箔下表面凸起處。

2.如權利要求1所述的軸承，其特征在于，徑向空氣軸承上可設置多層中間平箔。

3.如權利要求2所述的軸承，其特征在于，多層中間平箔之間疊放裝配，改變中間平箔數量可以調節(jié)徑向空氣軸承的安裝間隙。

4.如權利要求3所述的軸承，其特征在于，頂層平箔的展角為80度，厚度為0.1mm。

5.如權利要求4所述的軸承，其特征在于，蝕刻槽的槽深為0.015mm。

6.如權利要求5所述的軸承，其特征在于，預緊墊片的厚度范圍在0.05mm～0.15mm之間。

7.如權利要求6所述的軸承，其特征在于，窄片寬度為2mm，厚度為0.02mm，波箔展角為58°，厚度為0.1mm；中間底箔厚度為0.08mm，三角形或梯形的數量和分布與波箔上的雙連拱保持一致。

8.如權利要求7所述的軸承，其特征在于，矩形底箔上的凸起厚度為0.02mm。

9.如權利要求8所述的軸承，其特征在于，所述凸起為長條狀，貫穿整個矩形底箔厚度方向。

10.如權利要求9所述的軸承，其特征在于，頂層平箔、波箔、中間底箔、中間平箔、矩形底箔材料均為gh4169，軸承座材料為7a02。

技術總結
本發(fā)明屬于箔片氣體動壓軸承領域，一種填充異形箔片的徑向空氣軸承。包括頂層平箔、波箔、中間底箔、中間平箔、矩形底箔、軸承座；頂層平箔內表面的蝕刻槽可減小啟動時轉子與軸承的接觸面積，可降低產品的起浮力矩或起浮轉速，外表面的窄片可以減小氣體軸向端泄，從而增強軸承的承載性能；波箔提供多級結構剛度，在輕載時大波拱起主要支撐，重載時大波拱發(fā)生變形，小波拱也提供一定的支撐；三角形或梯形波箔可以避免在較大的振動沖擊條件下，波拱發(fā)生永久塑形變形導致軸承失效；改變百葉結構的中間平箔的數量可調節(jié)徑向空氣軸承的安裝間隙；錯位布置凸起的矩形底箔在軸承受到較大振動沖擊時保證軸承具有一定的彈性支撐，提高軸承的極限承載性能。

技術研發(fā)人員：胡洪洋,王紀超,劉書明,馮有軍,張永革,陳伊波,郭宇星,魏啟明
受保護的技術使用者：新鄉(xiāng)航空工業(yè)(集團)有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9