[發(fā)明專利]一種具有分段組合復(fù)合支承的箔片動壓徑向氣體軸承

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010184620.7
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN101839281A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙紅利;張僑禹;侯予;陳雙濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F16C32/06
• 分類號: F16C32/06;F16C35/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計中的動壓氣體軸承領(lǐng)域，特別涉及一種適用于高速透平(渦輪)機(jī)械的應(yīng)用于不同轉(zhuǎn)速和承載力范圍的具有分段組合復(fù)合支承的箔片動壓徑向氣體軸承。

背景技術(shù)

隨著航空航天、能源動力等領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，為了保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)定性和可靠性，對潤滑技術(shù)也提出了越來越高的要求。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速非常高、或相對運(yùn)動速度很大時，如飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)或微小型燃?xì)廨啓C(jī)，因?yàn)楦咚龠\(yùn)動造成的摩擦使油溫急速升高而不能形成有效的潤滑膜，油軸承已經(jīng)不能滿足需要；當(dāng)工作環(huán)境需要較高的純凈度時，例如氦液化裝置、空間制冷機(jī)等用的透平機(jī)械，若采用油軸承，會對工作環(huán)境造成污染。此時，就需要其他型式的軸承來進(jìn)行潤滑。由于磁軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，限制了其推廣，故氣體軸承成為較好的選擇。氣體軸承利用氣體粘性來提高其間隙內(nèi)的氣體壓力，而使轉(zhuǎn)子浮起，按其工作原理可分為靜壓氣體軸承和動壓氣體軸承兩種。目前，國內(nèi)外對靜壓氣體軸承的研究、設(shè)計制造已經(jīng)成熟，并已經(jīng)有了系列產(chǎn)品。但是，靜壓氣體軸承需要一套供氣系統(tǒng)，增加了裝置的復(fù)雜性，還需要耗費(fèi)一定量的壓力氣體，使其經(jīng)濟(jì)性和可用性降低。對于一些特定的場合，如燃?xì)廨啓C(jī)、航空渦輪制冷器、空間微型透平制冷機(jī)等，采用動壓氣體軸承已是必然的選擇。動壓氣體軸承可分為剛性表面動壓氣體軸承和柔性表面動壓氣體軸承。目前應(yīng)用最為廣泛的動壓氣體軸承是柔性表面動壓氣體軸承，也可稱為彈性箔片軸承或箔片軸承(Compliant?Foil?Bearing，簡稱CFB)。近十年來，美國NASA、ASAC和MTI在箔片動壓氣體軸承的基礎(chǔ)理論及試驗(yàn)研究方面取得了很大進(jìn)展，并在工程應(yīng)用上獲得了成功。在國內(nèi)，西安交通大學(xué)低溫研究所氣體軸承研究組于1990年開始對箔片氣體軸承進(jìn)行研究，取得了良好的研究進(jìn)展與成果。

由于箔片動壓氣體軸承主要應(yīng)用于航空、航天、高速列車、裝甲車輛等高科技領(lǐng)域，其研究結(jié)果及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)很少公開，且其開發(fā)投入巨大，制作過程復(fù)雜且加工工藝水平要求高。目前在高速透平(渦輪)機(jī)械領(lǐng)域最為廣泛應(yīng)用的徑向箔片動壓氣體軸承是美國的波箔動壓氣體軸承，被各種戰(zhàn)斗機(jī)環(huán)控系統(tǒng)、裝甲車渦輪制冷器所采用。然而這種軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，軸承的性能與安裝的情況也有很大關(guān)系；而且制造困難，從設(shè)計準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)尺寸的確定、材料選取及加工和熱處理工藝的選擇均需開展大量的工作；另外，由于結(jié)構(gòu)限制，現(xiàn)有波箔軸承結(jié)構(gòu)剛度不均勻、載荷適應(yīng)范圍小。鑒于此，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、適合國內(nèi)工業(yè)水平、獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)且具有良好的剛度和良好阻尼特性以及更大載荷適應(yīng)范圍的新型箔片動壓氣體軸承，以滿足我國高速透平發(fā)展應(yīng)用的需求就顯得十分迫切和必要了。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種既能充分發(fā)揮傳統(tǒng)動壓箔片氣體軸承的優(yōu)點(diǎn)，又具有更寬載荷適應(yīng)范圍、更高運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、更好的彈性支承性能和動態(tài)特性的具有分段組合復(fù)合支承的箔片動壓徑向氣體軸承。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種具有分段組合復(fù)合支承的箔片動壓徑向氣體軸承，包括軸承座、若干個反向波箔和若干個平箔，所述若干個平箔沿軸承座內(nèi)壁周向均勻分布，每個平箔首端固定在軸承座內(nèi)壁，其尾端自由地迭搭在相鄰平箔內(nèi)側(cè)；所述平箔與軸承座內(nèi)壁之間都設(shè)置有反向波箔；所述反向波箔首端固定在軸承座內(nèi)壁，其尾端處于自由狀態(tài)。

所述反向波箔沿周向設(shè)置有若干個弧形凸起，弧形凸起頂端與軸承座內(nèi)壁貼合。

所述軸承座內(nèi)壁設(shè)置有若干個卡槽，反向波箔和平箔的首端都固定在軸承座內(nèi)壁的卡槽中。

本發(fā)明的具有分段組合復(fù)合支承的箔片動壓徑向氣體軸承，包括軸承座以及設(shè)置在軸承座內(nèi)的主軸，在軸承座與主軸之間自外向內(nèi)設(shè)置有多段反向波箔和平箔，所說的反向波箔和平箔的一端固定在軸承座的卡槽中，反向波箔和平箔的另一端均處于自由狀態(tài)，使反向波箔和平箔具有變形和滑移的空間，平箔、波箔和軸承座均可進(jìn)行表面處理。

本發(fā)明的反向波箔由許多彈性波構(gòu)成，反向波箔的弧形凸起頂端沿周向分布并與軸承座內(nèi)側(cè)貼和，反向波箔的波拱間過渡底邊與平箔貼和，反向波箔與平箔組成的彈性元件的延展即滑移方向與主軸旋轉(zhuǎn)方向相反。

本發(fā)明的軸承結(jié)構(gòu)包含多組反向波箔與平箔組成的復(fù)合支承彈性元件，布置方向相同，多組反向波箔和平箔通過尾端插入軸承座的卡槽內(nèi)進(jìn)行固定。