一种轴向箔片气体轴承
阅读：645发布：2020-05-15
专利汇可以提供一种轴向箔片气体轴承专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种轴向箔片 气体 轴承 ，包括轴承座、底层箔片、顶层箔片和加 热机 构，所述底层箔片设置在所述轴承座和顶层箔片之间，所述底层箔片与所述轴承座固定连接，所述顶层箔片的一侧与所述底层箔片固定连接，所述底层箔片上分布设置有 支撑 结构，所述支撑结构设置在所述顶层箔片的下方，所述支撑结构由形状记忆 合金 材料制得。本轴向箔片 气体轴承 可以对预紧 力 以及阻尼进行调整，简化结构，使用方便。，下面是一种轴向箔片气体轴承专利的具体信息内容。
1.一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，包括轴承座、底层箔片、顶层箔片和加热机构，所述底层箔片设置在所述轴承座和顶层箔片之间，所述底层箔片与所述轴承座固定连接，所述顶层箔片的一侧与所述底层箔片固定连接，所述底层箔片上分布设置有支撑结构，所述支撑结构设置在所述顶层箔片的下方，所述支撑结构由形状记忆合金材料制得。
2.根据权利要求1所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述支撑结构包括多个沿所述底层箔片表面分布设置的弹性箔片，所述弹性箔片一侧翘起，另一侧与所述底层箔片固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述底层箔片由形状记忆合金材料制得，所述底层箔片与所述弹性箔片一体成型，所述底层箔片上具有与所述弹性箔片匹配的容纳口。
4.根据权利要求1所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，加热机构包括与底层箔片连接设置的通电导线。
5.根据权利要求4所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述底层箔片为圆盘状且一侧断开，所述底层箔片断开的两侧分别向外连接有通电导线。
6.根据权利要求3所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述加热机构包括加热片，所述加热片向外连接有导线，所述轴承座上设置有与所述加热片匹配的容纳槽，所述加热片安装在所述容纳槽内。
7.根据权利要求6所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述底层箔片为分体式，所述底层箔片个数与所述顶层箔片个数一致且分别对应设置，所述底层箔片和顶层箔片均呈扇形设置。
8.根据权利要求1所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述底层箔片与所述轴承座螺钉连接、卡接或焊接。
9.根据权利要求1所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述顶层箔片与所述底层箔片螺钉连接、卡接或焊接。
10.根据权利要求4所述的一种轴向箔片气体轴承，其特征在于，所述底层箔片表面以及顶层箔片与底层箔片接触的一侧表面涂有耐磨绝缘膜。
一种轴向箔片气体轴承
技术领域
背景技术
[0002] 目前的箔片式动压气体轴承，主要分为顶层箔片、底层箔片和轴承座。底层箔片起到提供刚度和阻尼的作用，阻尼的主要作用是抑制转子振动，提高系统稳定性。而气体轴承转子系统在运行过程中，转子转速、载荷等工况存在变化，所需要的阻尼大小也随之而变，但底层箔片由于提供的阻尼较小且无法主动控制，所以现有结构无法做到在任何转速工况下阻尼都是最优值。轴承预紧能够增加轴承的承载力，但预紧过大会导致气体轴承摩擦磨损严重，缩短寿命，所以如何提供一种能够调节阻尼以及预紧力的轴向箔片气体轴承成为本领域技术人员首要解决的技术问题。
发明内容
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0005] 一种轴向箔片气体轴承，包括轴承座、底层箔片、顶层箔片和加热机构，所述底层箔片设置在所述轴承座和顶层箔片之间，所述底层箔片与所述轴承座固定连接，所述顶层箔片的一侧与所述底层箔片固定连接，所述底层箔片上分布设置有支撑结构，所述支撑结构设置在所述顶层箔片的下方，所述支撑结构由形状记忆合金材料制得。
[0006] 本技术方案中，在底层箔片上设置有支撑结构，用于对顶层箔片进行支撑以及调整。具体的，支撑结构由形状记忆合金材料制得，在常温下，形状记忆合金材料的支撑结构呈弧形，具有一定的角度。常温初始状态下曲率小，支撑结构的角度大，支撑大，轴承预紧力大，在受热达到变形温度后，支撑结构的曲率变大，支撑结构的角度小，支撑小。当转子即旋转轴在启动过程中，为了避免摩擦过大，支撑结构通过加热机构加热，支撑结构温度升高受热变形，使得支撑结构的角度减小，曲率变大，使得顶层箔片朝向推力盘的方向的变形减小，从而减小预紧力。当气体轴承逐渐达到起飞转速，开始悬浮时，加热机构断电，温度降低，支撑结构回到初始状态，轴承预紧力加大，承载力加大。
[0007] 在常温下将形状记忆合金材料的支撑结构预加载至弹性极限附近，然后装配到设备中，在设备运行过程中，产生振动、转子与轴承碰撞等不同工况，形状记忆合金可吸收大量能量，显著降低振动。
[0008] 同时通过理论计算分析，得到轴向动压气体轴承在不同工况下所需的阻尼力大小，根据不同的工况调节电流，改变支撑结构的温度，从而改变支撑结构的阻尼，实现振动控制，扩大稳定运行范围。
[0009] 具体的通电电流、变形温度、变形量可通过轴承的具体预紧力需求、阻尼需求、工况下环境温度进行形状记忆合金选型以及有针对性的结构设计，使变形温度在轴承正常稳定运行工况下的温度以上。
[0010] 进一步的，所述支撑结构包括多个沿所述底层箔片表面分布设置的弹性箔片，所述弹性箔片一侧翘起，另一侧与所述底层箔片固定连接。在温度变化导致弹性箔片发生变形时，一侧固定，另一侧可以变形，进而对顶层箔片与底层箔片之间的距离进行调整，进而调整预紧力。
[0011] 具体的，弹性箔片的形状不限于一侧翘起，弹性箔片可以呈板状、圆弧状等，均属于本专利申请要求保护的范围。
[0012] 进一步的，所述底层箔片由形状记忆合金材料制得，所述底层箔片与所述弹性箔片一体成型，所述底层箔片上具有与所述弹性箔片匹配的容纳口。这样，在弹性箔片变形时，容纳口给予弹性箔片容纳空间，扩大了变形程度以及范围。
[0013] 进一步的，加热机构包括与底层箔片连接设置的通电导线。可以通过通电导线通电使得底层箔片发热，电流大小可以通过人为调节也可以通过温控装置进行调整。
[0014] 进一步的，所述底层箔片为圆盘状且一侧断开，所述底层箔片断开的两侧分别向外连接有通电导线。结构简单，方便生产加工制造以及装配和更换以及维修。
[0015] 进一步的，所述加热机构包括加热片，所述加热片向外连接有导线，所述轴承座上设置有与所述加热片匹配的容纳槽，所述加热片安装在所述容纳槽内。加热片与底层箔片接触，可以更好的传热，加热片通电发热，加热片内设置有加热电阻丝。具体的，加热片通过温控装置与电源连接，可以通过温控装置控制电流大小以及通电时间，进而得到温度，调整支撑结构的变形量，进而对预紧力进行调整。进一步的，还可以设置有温度传感器，提高调整准确性以及精度。
[0016] 进一步的，所述底层箔片为分体式，所述底层箔片个数与所述顶层箔片个数一致且分别对应设置，所述底层箔片和顶层箔片均呈扇形设置。方便顶层箔片的安装，减少底层箔片的材料用量，降低成本。具体的，底层箔片和顶层箔片的数量以及大小可以根据轴承大小以及承载力的要求进行选择。
[0017] 进一步的，所述底层箔片与所述轴承座螺钉连接、卡接或焊接。方便安装连接。
[0018] 进一步的，所述顶层箔片与所述底层箔片螺钉连接、卡接或焊接。方便安装连接。
[0019] 进一步的，所述底层箔片表面以及顶层箔片与底层箔片接触的一侧的表面涂有耐磨绝缘膜，以避免和周边零件电流导通。
[0020] 综上所述，本申请具有以下有益效果：
[0021] 1.本申请在不增加气体轴承复杂程度的情况下，通过改变底层箔片的温度，从而改变顶层箔片的预紧力，增加了轴向箔片气体轴承的承载力。
[0022] 2.本申请在不增加气体轴承复杂程度的情况下，选用形状记忆合金材料作为底层箔片和支撑结构的材料，阻尼远大于普通合金，大阻尼增加了轴承在工作过程中的稳定性。
[0023] 3.本申请在不增加气体轴承复杂程度的情况下，选用形状记忆合金材料作为底层箔片和支撑结构的材料，通过改变底层箔片温度，调节形状记忆合金的阻尼大小，实现在多个工况下轴承均能提供更优的阻尼值，扩大了轴承的稳定运行范围。附图说明
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
[0025] 图1为本发明公开的一种轴向箔片气体轴承的整体结构示意图。
[0026] 图2为图1中加热机构为通电导线时的结构分解示意图。
[0027] 图3为图2中A处局部放大示意图。
[0028] 图4为图1中加热机构为加热片时的结构分解示意图。
[0029] 图5为图4的局部剖视放大图。
[0030] 图6为图3中弹性箔片处于原始状态的结构示意图。
[0031] 图7为图6中的弹性箔片被加热后恢复至原始状态的结构示意图。
[0032] 图8为另一种弹性箔片的结构示意图。
[0033] 图9为另一种弹性箔片的结构示意图。
具体实施方式
[0034] 为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0035] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0037] 如图1-9：
[0038] 一种轴向箔片气体轴承，包括轴承座3、底层箔片2、顶层箔片1和加热机构，所述底层箔片2设置在所述轴承座3和顶层箔片1之间，所述底层箔片2与所述轴承座3固定连接，所述顶层箔片1的一侧与所述底层箔片2固定连接，所述底层箔片2上分布设置有支撑结构5，所述支撑结构5设置在所述顶层箔片1的下方，所述支撑结构5由形状记忆合金材料制得。
[0039] 这样，在底层箔片上设置有支撑结构，用于对顶层箔片进行支撑以及调整。具体的，支撑结构由形状记忆合金材料制得，在常温下，形状记忆合金材料的支撑结构呈弧形，具有一定的角度。常温初始状态下曲率小，如图7，支撑结构的角度大，支撑大，轴承预紧力大，在受热达到变形温度后，支撑结构的曲率变大，如图6，支撑结构的角度小，支撑小。当转子即旋转轴在启动过程中，为了避免摩擦过大，支撑结构通过加热机构加热，支撑结构温度升高受热变形，使得支撑结构的角度减小，曲率变大，如图6，使得顶层箔片朝向推力盘的方向的变形减小，从而减小预紧力。当气体轴承逐渐达到起飞转速，开始悬浮时，加热机构断电，温度降低，支撑结构回到初始状态，轴承预紧力加大，承载力加大，如图7。
[0040] 在常温下将形状记忆合金材料的支撑结构预加载至弹性极限附近，然后装配到设备中，在设备运行过程中，产生振动、转子与轴承碰撞等不同工况，形状记忆合金可吸收大量能量，显著降低振动。
[0041] 同时通过理论计算分析，得到轴向动压气体轴承在不同工况下所需的阻尼力大小，根据不同的工况调节电流，改变支撑结构的温度，从而改变支撑结构的阻尼，实现振动控制，扩大稳定运行范围。
[0042] 具体的通电电流、变形温度、变形量可通过轴承的具体预紧力需求、阻尼需求、工况下环境温度进行形状记忆合金选型以及有针对性的结构设计，使变形温度在轴承正常稳定运行工况下的温度以上。
[0043] 本实施例中，所述支撑结构5包括多个沿所述底层箔片2表面分布设置的弹性箔片，如图2、图3所示，所述弹性箔片一侧翘起，另一侧与所述底层箔片2固定连接。在温度变化导致弹性箔片发生变形时，一侧固定，另一侧可以变形，进而对顶层箔片与底层箔片之间的距离进行调整，进而调整预紧力。
[0044] 具体的，弹性箔片的形状不限于一侧翘起，弹性箔片可以呈板状、圆弧状等，均属于本专利申请要求保护的范围。如图8和图9所示，为其他形状的弹性箔片，均满足使用要求，其中图8为波浪形，图9位板形。
[0045] 本实施例中，所述底层箔片2由形状记忆合金材料制得，所述底层箔片2与所述弹性箔片一体成型，所述底层箔片2上具有与所述弹性箔片匹配的容纳口。这样，在弹性箔片变形时，容纳口给予弹性箔片容纳空间，扩大了变形程度以及范围。
[0046] 本实施例中，加热机构包括与底层箔片2连接设置的通电导线4。如图2、图3所示。可以通过通电导线4通电使得底层箔片发热，电流大小可以通过人为调节也可以通过温控装置进行调整。
[0047] 本实施例中，所述底层箔片2为圆盘状且一侧断开，所述底层箔片2断开的两侧分别向外连接有通电导线4。如图3所示。结构简单，方便生产加工制造以及装配和更换以及维修。
[0048] 本实施例中，所述加热机构包括加热片6，所述加热片6向外连接有导线，所述轴承座3上设置有与所述加热片6匹配的容纳槽7，所述加热片6安装在所述容纳槽7内。如图4和图5所示。加热片与底层箔片接触，可以更好的传热，加热片通电发热，加热片内设置有加热电阻丝。具体的，加热片通过温控装置与电源连接，可以通过温控装置控制电流大小以及通电时间，进而得到温度，调整支撑结构的变形量，进而对预紧力进行调整。进一步的，还可以设置有温度传感器，提高调整准确性以及精度。
[0049] 本实施例中，所述底层箔片2为分体式，所述底层箔片2个数与所述顶层箔片1个数一致且分别对应设置，所述底层箔片2和顶层箔片1均呈扇形设置。方便顶层箔片的安装，减少底层箔片的材料用量，降低成本。具体的，底层箔片和顶层箔片的数量以及大小可以根据轴承大小以及承载力的要求进行选择。
[0050] 本实施例中，所述底层箔片2与所述轴承座3螺钉连接、卡接或焊接。方便安装连接。
[0051] 本实施例中，所述顶层箔片1与所述底层箔片2螺钉连接、卡接或焊接。方便安装连接。
[0052] 本实施例中，所述底层箔片2表面以及顶层箔片与底层箔片接触的一侧得到表面涂有耐磨绝缘膜，以避免和周边零件电流导通。
[0053] 具体的，还包括控制器，温控装置、通电导线均与控制器连接；可以根据实际情况选择使用的数字控制器或模拟控制器。
[0054] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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