[發明專利]一種空氣軸承結構

有效

• 申請號: 201210301495.2
• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102808848A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 陳巍;郭寶亭
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F16C32/06
• 分類號: F16C32/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于軸承設計或旋轉式動力機械支撐與減振技術領域，涉及一種空氣軸承。具體的說，是用在航空發動機、燃氣輪機，或其它旋轉式機械，轉子系統支撐中的空氣軸承。

背景技術

軸承與支撐系統，是旋轉式機械設計中關鍵技術，關系整機運行的穩定性、可靠性和壽命。在眾多的軸承形式中，空氣軸承以長壽命，低成本，結構簡單，免維護等技術特點，成為旋轉機械，尤其是高速旋轉機械支撐系統的首選。然而，其關鍵性設計技術仍掌握在美國、俄羅斯、日本等技術先進國家。我國目前沒有空氣軸承系統的設計能力和成功先例。但國內的市場需求卻極其龐大，蘊藏著巨大的經濟效益。

如圖8-10所示，空氣軸承在結構上由里向外依次包括平箔層（1）、波箔層（2）和外支撐結構層（3），常用于支承轉子結構（4），在先進國家的發展已經歷經三代產品，其設計、市場化已趨于成熟。另外，現代空氣軸承也具有一定的技術瓶頸：承載力有待提高，以滿足大型轉子的支撐需求；波箔層切向剛度分布不均，庫侖阻尼效應無法得到最大限度的發揮；在氣膜壓力作用下，軸向有效剛度分布不均，庫侖阻尼使用有限，承載力受到限制。這些局限性的存在，是由于波箔層的薄片式結構，及氣動載荷在支撐面上非均勻分布的特點造就的。因此，若能提出一種支撐結構，解決上述瓶頸點，就能使空氣軸承的應用領域和適用范圍，得到進一步提升。尤其對于我國而言，不但掌握了自主知識產權，更突破了相關領域的技術封鎖，具有重大的工程價值和經濟意義。

發明內容

本發明的目的，是提出一種新型空氣軸承結構，對現有技術的空氣軸承結構進行改進，使用金屬橡膠層代替傳統空氣軸承結構中的波箔支撐結構，在保持傳統空氣軸承長壽命、低成本、結構簡單、免維護的優點的基礎上，結合金屬橡膠成本低、適應性強、承載力大、減振效果突出等特點，從而滿足諸如航空發動機等高速旋轉機械對轉子支撐的要求，進一步提升了空氣軸承的應用領域和適用范圍。

為達到上述目的，本發明提供一種新型空氣軸承結構，設置于高速旋轉機械的轉子支撐系統中，其特征在于，所述空氣軸承結構由外向內依次包括外支撐結構層、金屬橡膠層和平箔層，所述金屬橡膠層采用金屬橡膠制成，所述金屬橡膠通過金屬絲繞絲、編織、壓制而成。

優選地，所述金屬橡膠中的金屬絲全部或部分金屬絲為記憶合金金屬絲。

優選地，所述金屬橡膠中的金屬絲纏繞截面為矩形截面或梯形截面或其它類似形狀。

優選地，所述金屬橡膠中，通過組合、搭配至少兩種不同直徑的金屬絲進行混搭繞絲，所述至少兩種不同直徑的金屬絲中，直徑最大的金屬絲為主絲，相鄰主絲之間是相切的，所述主絲之間的間隙中填充有直徑較小的金屬絲。

優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為矩形，相鄰兩層主絲之間，任意相切的兩個主絲中心連線為垂直線。

優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為梯形，相鄰兩層主絲之間，任意相切的兩個主絲中心連線為非垂直線。

優選地，所述金屬橡膠中，所述至少兩種不同直徑的金屬絲混搭繞絲，可以是三種直徑的金屬絲混搭。

優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是矩形排列三直徑金屬絲混搭截面。

優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列二直徑金屬絲混搭截面。

優選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列三直徑金屬絲混搭截面。

傳統空氣軸承的不足之處在于：承載力不夠高，難以滿足大型轉子的支撐需求；其中的波箔層切向剛度分布不均，庫侖阻尼效應無法得到最大限度的發揮；在氣膜壓力作用下，軸向有效剛度分布不均，庫侖阻尼使用有限，承載力受到限制。這些局限性的存在，是由于波箔層的薄片式結構，及氣動載荷在支撐面上非均勻分布的特點造就的。

本發明的新型空氣軸承結構中，使用金屬橡膠層替代了傳統空氣軸承中的波箔層，既保持了傳統空氣軸承長壽命、低成本、結構簡單、免維護的優點，又結合了金屬橡膠成本低、適應性強、承載力大、減振效果突出等特點，從而使得本發明的空氣軸承結構可以滿足諸如航空發動機等高速旋轉機械對轉子支撐的要求，進一步提升了空氣軸承的應用領域和適用范圍。

本發明的空氣軸承結構，同現有技術的空氣軸承相比，其優點是：