專利名稱：一種具有多重剛度的可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)中的動(dòng)壓氣體軸承領(lǐng)域，特別涉及一種適用于高速透 平機(jī)械的具有多重剛度的可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承。
背景技術(shù)：
氣體軸承是一種采用氣體作為潤(rùn)滑介質(zhì)的流體膜潤(rùn)滑軸承，即在軸和軸承 之間形成氣膜，使運(yùn)動(dòng)面和靜止面避免發(fā)生直接接觸。氣體軸承所采用的方法 是利用氣體的粘性來提高軸承間隙中的壓力，從而使物體浮起。
氣體軸承按照其承載原理可以分為靜壓氣體軸承和動(dòng)壓氣體軸承。靜壓軸 承是使加壓的氣體從外部經(jīng)節(jié)流器導(dǎo)入間隙，在間隙內(nèi)產(chǎn)生靜壓而使物體浮起 來的一種形式。節(jié)流的作用在于軸承間隙變化時(shí)，改變間隙內(nèi)的壓力。動(dòng)壓式 氣體軸承副有相對(duì)移動(dòng)的兩個(gè)表面，還有被稱為楔形的間隙。在動(dòng)壓軸承工作
時(shí)，當(dāng)間隙的形狀沿著移動(dòng)方向逐漸或總體趨于變窄時(shí)，由于摩擦面的相對(duì)移 動(dòng)，氣體因其本身的粘性作用被帶動(dòng)，并被壓縮到楔形間隙內(nèi)，由此產(chǎn)生了壓 力場(chǎng)。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，且需要 消耗一定量的壓力氣體，這限制了其應(yīng)用。與靜壓式氣體軸承相比，動(dòng)壓氣體 軸承不需要外部氣源，但要求構(gòu)成楔形間隙的兩表面間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且其 動(dòng)壓效果隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的增加而愈加明顯。這種特性對(duì)于存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面 的結(jié)構(gòu)是十分有利的。采用動(dòng)壓氣體軸承則無需供氣系統(tǒng)，能極大簡(jiǎn)化裝置， 具有顯著的節(jié)能效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益，并且能進(jìn)一步拓展氣體軸承的應(yīng)用范 圍。
根據(jù)載荷的方向，氣體軸承可以分為徑向軸承和止推軸承以及兩者兼具的組合軸承?？蓛A瓦動(dòng)壓徑向氣體軸承是徑向軸承中的一種，也是目前發(fā)展較為 成熟的一種氣體軸承?？蓛A瓦動(dòng)壓徑向氣體軸承的各片軸瓦在圓周方向均勻布 置。由于樞軸一端被加工成球形，因此各軸瓦都可以以支點(diǎn)為中心作多方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，與轉(zhuǎn)子形成壓氣楔形狀。當(dāng)系統(tǒng)承受一個(gè)小擾動(dòng)時(shí)，忽略軸瓦的慣性，各 片軸瓦會(huì)根據(jù)擾動(dòng)量的大小立即做出相應(yīng)的反應(yīng)與之平衡，從而又回到穩(wěn)定狀 態(tài)。可傾瓦徑向氣體軸承瓦塊數(shù)目可以變化，常用的是三塊。目前國(guó)外可傾瓦 徑向動(dòng)壓氣體軸承已經(jīng)有了較為成熟的應(yīng)用，主要用于大型高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和透 平機(jī)械中。
可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承具有一般彈性結(jié)構(gòu)動(dòng)壓氣體軸承的吸收震動(dòng)能力 強(qiáng)、耐沖擊、自動(dòng)補(bǔ)償加工誤差、能夠適應(yīng)一定的受力變形和熱變形、穩(wěn)定性 高等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的可傾瓦徑向氣體軸承依靠瓦塊背面彈性鋼片一次變形提 供彈性支承，變形對(duì)結(jié)構(gòu)依賴大，且剛度、阻尼不理想，裝配性能差，表現(xiàn)在 軸承本身適應(yīng)載荷和轉(zhuǎn)速的范圍有限，限制了其在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的深入應(yīng)用。 因此發(fā)展具有多重剛度能適應(yīng)不同載荷范圍和具有良好裝配性能和穩(wěn)定性的可 傾瓦動(dòng)壓徑向氣體軸承就十分必要了 。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有多重剛度，既能充分發(fā)揮可傾瓦軸承的優(yōu) 點(diǎn)，又能適應(yīng)更寬的載荷范圍，可產(chǎn)生多重剛度和阻尼，得到具有較好的彈性 支承性能和動(dòng)態(tài)特性的具有多重剛度的可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括軸承座以及設(shè)置在軸承 座內(nèi)的軸，在軸的外側(cè)均布有三組徑向軸瓦，軸承座上設(shè)置有與徑向軸瓦相對(duì) 應(yīng)的樞軸，樞軸上套裝有彈性元件，其特點(diǎn)是，所說的彈性元件一端通過連接 螺釘固定在軸承座上，另一端通過限位裝置固定使彈性元件形成半自由狀態(tài)， 限位裝置具有一定自由高度使其下端的半自由狀態(tài)的彈性元件具有形變、抬起和滑移的空間。
本發(fā)明的限位裝置采用限位螺釘、限位銷釘或在軸承座上附帶的具有相同 限位功能的結(jié)構(gòu)使得彈性元件產(chǎn)生多重剛度。
本發(fā)明將可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承原本固定的彈性金屬元件改成一端固 定，另外一端半自由的彈性元件，將原有的連接螺釘改成限位螺釘，使其在載 荷作用下可產(chǎn)生二次彈性變形，從而產(chǎn)生多重剛度和不同的阻尼來適應(yīng)更寬的 載荷范圍，并可以施加預(yù)載荷，以提高軸承的承載能力、穩(wěn)定性以及裝配性， 本發(fā)明還可通過調(diào)節(jié)彈性元件和樞軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其軸承具有可調(diào)節(jié)的多重剛 度，并可獲得預(yù)應(yīng)力載荷和彈性元件的預(yù)變形。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明半自由彈性元件工作形變過程示意圖，(a)初始狀態(tài)，(b) 一次變形狀態(tài)，(c) 二次變形狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1，本發(fā)明包括軸承座5以及設(shè)置在軸承座5內(nèi)的軸6，在軸6的外 側(cè)均布有三組徑向軸瓦4，軸承座5上設(shè)置有與徑向軸瓦4相對(duì)應(yīng)的樞軸2，樞 軸2上套裝有彈性元件3，彈性元件3 —端通過連接螺釘1固定在軸承座5上， 另一端通過限位螺釘7固定使彈性元件3形成半自由狀態(tài)，限位螺釘7具有一 定自由高度使其下端的半自由狀態(tài)的彈性元件3具有形變、抬起和滑移的空間。
參見圖2，本發(fā)明的由半自由彈性元件3和限位螺釘7組成的可產(chǎn)生多重形 變的結(jié)構(gòu)。當(dāng)透平機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，徑向軸瓦4和軸6間隙大小隨著軸承所受承載 力和轉(zhuǎn)速的不同進(jìn)行變化，從而引起樞軸2上下運(yùn)動(dòng)， 一端由連接螺釘l固定 另外一端和限位螺釘7連接的半自由彈性元件3由于樞軸2的上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多重剛度的彈性變形。在未加預(yù)載荷情況下，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，最初產(chǎn)生的是如圖2 (b)的一次變形，當(dāng)軸承載荷繼續(xù)增大時(shí)，半自由彈性元件3和限位螺釘7限 制了其一次變形，為了適應(yīng)改變的載荷，半自由彈性元件3產(chǎn)生如圖2 (c)的 二次變形，產(chǎn)生多重剛度，最終適應(yīng)變化了的載荷。在載荷減小的時(shí)候半自由 彈性元件3又會(huì)恢復(fù)一次變形或者如圖2 (a)的初始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，最 終轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)會(huì)達(dá)到一個(gè)具有多重剛度能夠適應(yīng)更加寬的載荷范圍的動(dòng)態(tài) 平衡。該軸承也可根據(jù)實(shí)際工況施加預(yù)應(yīng)力載荷，通過調(diào)整樞軸長(zhǎng)度，使軸承 半自由彈性元件變形直接進(jìn)入多重剛度范圍。本發(fā)明適用于不同瓦塊數(shù)的可傾 瓦動(dòng)壓氣體軸承。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，既能充分發(fā)揮傳統(tǒng)可傾瓦 軸承的優(yōu)點(diǎn)，又大大改善了軸承的阻尼、剛度和動(dòng)態(tài)特性。由于彈性元件能產(chǎn) 生多重剛度使其變形范圍增大，從而可以適用于更為寬廣的工況范圍。而且即 使轉(zhuǎn)子與軸承表面發(fā)生摩擦，彈性元件也會(huì)通過大范圍的調(diào)整來適應(yīng)系統(tǒng)，大 大降低了軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)卡死導(dǎo)致軸和軸瓦表面磨損的現(xiàn)象。此外，改變彈性元 件的厚度和形態(tài)，或者限位螺釘限位段的長(zhǎng)度，可以改變軸承的阻尼和剛度范 圍，從而得到不同承載力和穩(wěn)定性的可傾瓦動(dòng)壓徑向氣體軸承；同時(shí)，通過改 變彈性結(jié)構(gòu)參數(shù)或者改變其安裝狀態(tài)還可以為軸承提供預(yù)應(yīng)力載荷，這也有利 于軸承剛度的調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性的提高。
權(quán)利要求
1、一種具有多重剛度的可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承，包括軸承座(5)以及設(shè)置在軸承座(5)內(nèi)的軸(6)，在軸(6)的外側(cè)均布有三組徑向軸瓦(4)，軸承座(5)上設(shè)置有與徑向軸瓦(4)相對(duì)應(yīng)的樞軸(2)，樞軸(2)上套裝有彈性元件(3)，其特征在于所說的彈性元件(3)一端通過連接螺釘(1)固定在軸承座(5)上，另一端通過限位裝置(7)固定使彈性元件(3)形成半自由狀態(tài)，限位裝置(7)具有一定自由高度使其下端的半自由狀態(tài)的彈性元件(3)具有形變、抬起和滑移的空間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多重剛度的可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承，其特 征在于所說的限位裝置(7)采用限位螺釘、限位銷釘或在軸承座(5)上附 帶的具有相同限位功能的結(jié)構(gòu)使得彈性元件(3)產(chǎn)生多重剛度。
全文摘要
一種具有多重剛度的可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承。采用一端固定另外一端半自由的彈性元件和限位螺釘作為產(chǎn)生多重形變的結(jié)構(gòu)，承受初始載荷時(shí)彈性元件發(fā)生一次形變，產(chǎn)生第一重剛度，當(dāng)載荷進(jìn)一步增加，則發(fā)生二次形變產(chǎn)生多重剛度。此種軸承克服了現(xiàn)有可傾瓦徑向氣體軸承剛度、阻尼單一的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了可傾瓦徑向動(dòng)壓氣體軸承的穩(wěn)定性能和適用范圍。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工、裝配，可預(yù)先加載，軸承剛度可控，穩(wěn)定性好以及對(duì)軸同心度不敏感等優(yōu)點(diǎn)，并可以與現(xiàn)有的徑向氣體軸承方便的互換。
文檔編號(hào)F16C32/00GK101625011SQ20091002349
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者予 侯, 張僑禹, 趙紅利, 陳雙濤 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)