专利名称：一种具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承的制作方法
技术领域：
本发明属于机械设计中的动压气体轴承领域，特别涉及一种适用于高速透 平机械的具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承。
背景技术：
气体轴承是一种采用气体作为润滑介质的流体膜润滑轴承，即在轴和轴承 之间形成气膜，使运动面和静止面避免发生直接接触。气体轴承所采用的方法 是利用气体的粘性来提高轴承间隙中的压力，从而使物体浮起。
气体轴承按照其承载原理可以分为静压气体轴承和动压气体轴承。静压轴 承是使加压的气体从外部经节流器导入间隙，在间隙内产生静压而使物体浮起 来的一种形式。节流的作用在于轴承间隙变化时，改变间隙内的压力。动压式 气体轴承副有相对移动的两个表面，还有被称为楔形的间隙。在动压轴承工作
时，当间隙的形状沿着移动方向逐渐或总体趋于变窄时，由于摩擦面的相对移 动，气体因其本身的粘性作用被带动，并被压縮到楔形间隙内，由此产生了压 力场。但是，静压气体轴承需要一套供气系统，增加了装置的复杂性，且需要 消耗一定量的压力气体，这限制了其应用。与静压式气体轴承相比，动压气体 轴承不需要外部气源，但要求构成楔形间隙的两表面间存在相对运动，而且其 动压效果随相对运动速度的增加而愈加明显。这种特性对于存在相对运动表面 的结构是十分有利的。采用动压气体轴承则无需供气系统，能极大简化装置， 具有显著的节能效果和良好的经济效益，并且能进一步拓展气体轴承的应用范 围。
根据载荷的方向，气体轴承可以分为径向轴承和止推轴承以及两者兼具的组合轴承。可倾瓦动压径向气体轴承是径向轴承中的一种，也是目前发展较为 成熟的一种气体轴承。可倾瓦动压径向气体轴承的各片轴瓦在圆周方向均匀布 置。由于枢轴一端被加工成球形，因此各轴瓦都可以以支点为中心作多方向转 动，与转子形成压气楔形状。当系统承受一个小扰动时，忽略轴瓦的惯性，各 片轴瓦会根据扰动量的大小立即做出相应的反应与之平衡，从而又回到稳定状 态。可倾瓦径向气体轴承瓦块数目可以变化，常用的是三块。目前国外可倾瓦 径向动压气体轴承已经有了较为成熟的应用，主要用于大型高速旋转机械和透 平机械中。
可倾瓦径向动压气体轴承具有一般弹性结构动压气体轴承的吸收震动能力 强、耐冲击、自动补偿加工误差、能够适应一定的受力变形和热变形、稳定性 高等优点。但是传统的可倾瓦径向气体轴承依靠瓦块背面弹性钢片一次变形提 供弹性支承，变形对结构依赖大，且刚度、阻尼不理想，装配性能差，表现在 轴承本身适应载荷和转速的范围有限，限制了其在高速旋转机械中的深入应用。 因此发展具有多重刚度能适应不同载荷范围和具有良好装配性能和稳定性的可 倾瓦动压径向气体轴承就十分必要了 。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多重刚度，既能充分发挥可倾瓦轴承的优 点，又能适应更宽的载荷范围，可产生多重刚度和阻尼，得到具有较好的弹性 支承性能和动态特性的具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括轴承座以及设置在轴承 座内的轴，在轴的外侧均布有三组径向轴瓦，轴承座上设置有与径向轴瓦相对 应的枢轴，枢轴上套装有弹性元件，其特点是，所说的弹性元件一端通过连接 螺钉固定在轴承座上，另一端通过限位装置固定使弹性元件形成半自由状态， 限位装置具有一定自由高度使其下端的半自由状态的弹性元件具有形变、抬起和滑移的空间。
本发明的限位装置采用限位螺钉、限位销钉或在轴承座上附带的具有相同 限位功能的结构使得弹性元件产生多重刚度。
本发明将可倾瓦径向动压气体轴承原本固定的弹性金属元件改成一端固 定，另外一端半自由的弹性元件，将原有的连接螺钉改成限位螺钉，使其在载 荷作用下可产生二次弹性变形，从而产生多重刚度和不同的阻尼来适应更宽的 载荷范围，并可以施加预载荷，以提高轴承的承载能力、稳定性以及装配性， 本发明还可通过调节弹性元件和枢轴的结构参数，其轴承具有可调节的多重刚 度，并可获得预应力载荷和弹性元件的预变形。
图1是本发明的整体结构示意图2是本发明半自由弹性元件工作形变过程示意图，(a)初始状态，(b) 一次变形状态，(c) 二次变形状态。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括轴承座5以及设置在轴承座5内的轴6，在轴6的外 侧均布有三组径向轴瓦4，轴承座5上设置有与径向轴瓦4相对应的枢轴2，枢 轴2上套装有弹性元件3，弹性元件3 —端通过连接螺钉1固定在轴承座5上， 另一端通过限位螺钉7固定使弹性元件3形成半自由状态，限位螺钉7具有一 定自由高度使其下端的半自由状态的弹性元件3具有形变、抬起和滑移的空间。
参见图2，本发明的由半自由弹性元件3和限位螺钉7组成的可产生多重形 变的结构。当透平机械运转时，径向轴瓦4和轴6间隙大小随着轴承所受承载 力和转速的不同进行变化，从而引起枢轴2上下运动， 一端由连接螺钉l固定 另外一端和限位螺钉7连接的半自由弹性元件3由于枢轴2的上下运动产生多重刚度的弹性变形。在未加预载荷情况下，当轴转动时，最初产生的是如图2 (b)的一次变形，当轴承载荷继续增大时，半自由弹性元件3和限位螺钉7限 制了其一次变形，为了适应改变的载荷，半自由弹性元件3产生如图2 (c)的 二次变形，产生多重刚度，最终适应变化了的载荷。在载荷减小的时候半自由 弹性元件3又会恢复一次变形或者如图2 (a)的初始状态。如此周而复始，最 终转子-轴承系统会达到一个具有多重刚度能够适应更加宽的载荷范围的动态 平衡。该轴承也可根据实际工况施加预应力载荷，通过调整枢轴长度，使轴承 半自由弹性元件变形直接进入多重刚度范围。本发明适用于不同瓦块数的可倾 瓦动压气体轴承。
本发明的优点主要体现在结构简单，便于实现，既能充分发挥传统可倾瓦 轴承的优点，又大大改善了轴承的阻尼、刚度和动态特性。由于弹性元件能产 生多重刚度使其变形范围增大，从而可以适用于更为宽广的工况范围。而且即 使转子与轴承表面发生摩擦，弹性元件也会通过大范围的调整来适应系统，大 大降低了轴承-转子系统卡死导致轴和轴瓦表面磨损的现象。此外，改变弹性元 件的厚度和形态，或者限位螺钉限位段的长度，可以改变轴承的阻尼和刚度范 围，从而得到不同承载力和稳定性的可倾瓦动压径向气体轴承；同时，通过改 变弹性结构参数或者改变其安装状态还可以为轴承提供预应力载荷，这也有利 于轴承刚度的调节和稳定性的提高。
权利要求
1、一种具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承，包括轴承座(5)以及设置在轴承座(5)内的轴(6)，在轴(6)的外侧均布有三组径向轴瓦(4)，轴承座(5)上设置有与径向轴瓦(4)相对应的枢轴(2)，枢轴(2)上套装有弹性元件(3)，其特征在于所说的弹性元件(3)一端通过连接螺钉(1)固定在轴承座(5)上，另一端通过限位装置(7)固定使弹性元件(3)形成半自由状态，限位装置(7)具有一定自由高度使其下端的半自由状态的弹性元件(3)具有形变、抬起和滑移的空间。
2、 根据权利要求1所述的具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承，其特 征在于所说的限位装置(7)采用限位螺钉、限位销钉或在轴承座(5)上附 带的具有相同限位功能的结构使得弹性元件(3)产生多重刚度。
全文摘要
一种具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承。采用一端固定另外一端半自由的弹性元件和限位螺钉作为产生多重形变的结构，承受初始载荷时弹性元件发生一次形变，产生第一重刚度，当载荷进一步增加，则发生二次形变产生多重刚度。此种轴承克服了现有可倾瓦径向气体轴承刚度、阻尼单一的缺点，增强了可倾瓦径向动压气体轴承的稳定性能和适用范围。具有结构简单，易于加工、装配，可预先加载，轴承刚度可控，稳定性好以及对轴同心度不敏感等优点，并可以与现有的径向气体轴承方便的互换。
文档编号F16C32/00GK101625011SQ20091002349
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者予 侯, 张侨禹, 赵红利, 陈双涛 申请人:西安交通大学