專利名稱：一種具有多重剛度的可傾瓦徑向動壓氣體軸承的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械設計中的動壓氣體軸承領域，特別涉及一種適用于高速透 平機械的具有多重剛度的可傾瓦徑向動壓氣體軸承。
背景技術：
氣體軸承是一種采用氣體作為潤滑介質的流體膜潤滑軸承，即在軸和軸承 之間形成氣膜，使運動面和靜止面避免發生直接接觸。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壓氣體軸承。靜壓軸 承是使加壓的氣體從外部經節流器導入間隙，在間隙內產生靜壓而使物體浮起 來的一種形式。節流的作用在于軸承間隙變化時，改變間隙內的壓力。動壓式 氣體軸承副有相對移動的兩個表面，還有被稱為楔形的間隙。在動壓軸承工作
時，當間隙的形狀沿著移動方向逐漸或總體趨于變窄時，由于摩擦面的相對移 動，氣體因其本身的粘性作用被帶動，并被壓縮到楔形間隙內，由此產生了壓 力場。但是，靜壓氣體軸承需要一套供氣系統，增加了裝置的復雜性，且需要 消耗一定量的壓力氣體，這限制了其應用。與靜壓式氣體軸承相比，動壓氣體 軸承不需要外部氣源，但要求構成楔形間隙的兩表面間存在相對運動，而且其 動壓效果隨相對運動速度的增加而愈加明顯。這種特性對于存在相對運動表面 的結構是十分有利的。采用動壓氣體軸承則無需供氣系統，能極大簡化裝置， 具有顯著的節能效果和良好的經濟效益，并且能進一步拓展氣體軸承的應用范 圍。
根據載荷的方向，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。可傾瓦動壓徑向氣體軸承是徑向軸承中的一種，也是目前發展較為 成熟的一種氣體軸承。可傾瓦動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為中心作多方向轉 動，與轉子形成壓氣楔形狀。當系統承受一個小擾動時，忽略軸瓦的慣性，各 片軸瓦會根據擾動量的大小立即做出相應的反應與之平衡，從而又回到穩定狀 態。可傾瓦徑向氣體軸承瓦塊數目可以變化，常用的是三塊。目前國外可傾瓦 徑向動壓氣體軸承已經有了較為成熟的應用，主要用于大型高速旋轉機械和透 平機械中。
可傾瓦徑向動壓氣體軸承具有一般彈性結構動壓氣體軸承的吸收震動能力 強、耐沖擊、自動補償加工誤差、能夠適應一定的受力變形和熱變形、穩定性 高等優點。但是傳統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，變形對結構依賴大，且剛度、阻尼不理想，裝配性能差，表現在 軸承本身適應載荷和轉速的范圍有限，限制了其在高速旋轉機械中的深入應用。 因此發展具有多重剛度能適應不同載荷范圍和具有良好裝配性能和穩定性的可 傾瓦動壓徑向氣體軸承就十分必要了 。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有多重剛度，既能充分發揮可傾瓦軸承的優 點，又能適應更寬的載荷范圍，可產生多重剛度和阻尼，得到具有較好的彈性 支承性能和動態特性的具有多重剛度的可傾瓦徑向動壓氣體軸承。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是包括軸承座以及設置在軸承 座內的軸，在軸的外側均布有三組徑向軸瓦，軸承座上設置有與徑向軸瓦相對 應的樞軸，樞軸上套裝有彈性元件，其特點是，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， 限位裝置具有一定自由高度使其下端的半自由狀態的彈性元件具有形變、抬起和滑移的空間。
本發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 限位功能的結構使得彈性元件產生多重剛度。
本發明將可傾瓦徑向動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 荷作用下可產生二次彈性變形，從而產生多重剛度和不同的阻尼來適應更寬的 載荷范圍，并可以施加預載荷，以提高軸承的承載能力、穩定性以及裝配性， 本發明還可通過調節彈性元件和樞軸的結構參數，其軸承具有可調節的多重剛 度，并可獲得預應力載荷和彈性元件的預變形。
圖1是本發明的整體結構示意圖2是本發明半自由彈性元件工作形變過程示意圖，(a)初始狀態，(b) 一次變形狀態，(c) 二次變形狀態。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
參見圖1，本發明包括軸承座5以及設置在軸承座5內的軸6，在軸6的外 側均布有三組徑向軸瓦4，軸承座5上設置有與徑向軸瓦4相對應的樞軸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，限位螺釘7具有一 定自由高度使其下端的半自由狀態的彈性元件3具有形變、抬起和滑移的空間。
參見圖2，本發明的由半自由彈性元件3和限位螺釘7組成的可產生多重形 變的結構。當透平機械運轉時，徑向軸瓦4和軸6間隙大小隨著軸承所受承載 力和轉速的不同進行變化，從而引起樞軸2上下運動， 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的上下運動產生多重剛度的彈性變形。在未加預載荷情況下，當軸轉動時，最初產生的是如圖2 (b)的一次變形，當軸承載荷繼續增大時，半自由彈性元件3和限位螺釘7限 制了其一次變形，為了適應改變的載荷，半自由彈性元件3產生如圖2 (c)的 二次變形，產生多重剛度，最終適應變化了的載荷。在載荷減小的時候半自由 彈性元件3又會恢復一次變形或者如圖2 (a)的初始狀態。如此周而復始，最 終轉子-軸承系統會達到一個具有多重剛度能夠適應更加寬的載荷范圍的動態 平衡。該軸承也可根據實際工況施加預應力載荷，通過調整樞軸長度，使軸承 半自由彈性元件變形直接進入多重剛度范圍。本發明適用于不同瓦塊數的可傾 瓦動壓氣體軸承。
本發明的優點主要體現在結構簡單，便于實現，既能充分發揮傳統可傾瓦 軸承的優點，又大大改善了軸承的阻尼、剛度和動態特性。由于彈性元件能產 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 使轉子與軸承表面發生摩擦，彈性元件也會通過大范圍的調整來適應系統，大 大降低了軸承-轉子系統卡死導致軸和軸瓦表面磨損的現象。此外，改變彈性元 件的厚度和形態，或者限位螺釘限位段的長度，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定性的可傾瓦動壓徑向氣體軸承；同時，通過改 變彈性結構參數或者改變其安裝狀態還可以為軸承提供預應力載荷，這也有利 于軸承剛度的調節和穩定性的提高。
權利要求
1、一種具有多重剛度的可傾瓦徑向動壓氣體軸承，包括軸承座(5)以及設置在軸承座(5)內的軸(6)，在軸(6)的外側均布有三組徑向軸瓦(4)，軸承座(5)上設置有與徑向軸瓦(4)相對應的樞軸(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，限位裝置(7)具有一定自由高度使其下端的半自由狀態的彈性元件(3)具有形變、抬起和滑移的空間。
2、 根據權利要求1所述的具有多重剛度的可傾瓦徑向動壓氣體軸承，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構使得彈性元件(3)產生多重剛度。
全文摘要
一種具有多重剛度的可傾瓦徑向動壓氣體軸承。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生多重形變的結構，承受初始載荷時彈性元件發生一次形變，產生第一重剛度，當載荷進一步增加，則發生二次形變產生多重剛度。此種軸承克服了現有可傾瓦徑向氣體軸承剛度、阻尼單一的缺點，增強了可傾瓦徑向動壓氣體軸承的穩定性能和適用范圍。具有結構簡單，易于加工、裝配，可預先加載，軸承剛度可控，穩定性好以及對軸同心度不敏感等優點，并可以與現有的徑向氣體軸承方便的互換。
文檔編號F16C32/00GK101625011SQ20091002349
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月4日 優先權日2009年8月4日
發明者予 侯, 張僑禹, 趙紅利, 陳雙濤 申請人:西安交通大學