专利名称：具有开窗式凸起支承箔片的径向箔片气体轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种箔片气体轴承，更具体的说，它涉及一种自作用径向弹性箔片气体动压轴承。
背景技术：
箔片气体轴承是一种自作用弹性支承气体动压轴承。它由轴承套、弹性支承箔片和顶层箔片等构成。与普通球轴承相比，它具有无油润滑，可靠性高，高速运转，能在高温环境下工作等一系列优点。箔片气体轴承在航空航天和国防军工等领域具有广阔的应用前景，包括新一代战机、高温燃气轮机、巡航导弹、超低温冷却系统。同时，弹性箔片轴承技术也是21世纪分布式能源系统微型燃气轮机核心技术之一。阻碍箔片气体轴承技术发展和广泛应用的难题有I)承载能力低；2 )高温启停时的剧烈摩擦；3)可靠的轴承性能预测方法和设计方法。随着箔片气体轴承技术的发展，以上问题得到一定程度的解决，但仍需进一步研究以满足实际应用要求。本发明提出了一种刚度和阻尼特性较好的新型弹性箔片气体动压轴承。它由轴承套、弹性支承结构和顶层箔片等组成。轴承的支承结构由两层支承箔片和位于其中间的超塑性Zn-Al合金材料圆柱形箔片组成。在设计时，通过改变支承箔片凸起的高度h、倾角α、宽度I和节距s等参数，可获得不同刚度特性的箔片气体轴承；在两层支承箔片之间增加一层Zn-Al合金箔片，增大了它与支承箔片之间的库伦摩擦，从而增大轴承的阻尼，提高了箔片气体轴承-转子系统在临界转速下的稳定性。本发明通过改进箔片气体轴承的结构，提高了轴承的刚度和阻尼，改善了轴承的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，易于设计和制造的径向弹性箔片气体动压轴承。这种新型气体箔片轴承由轴承套、弹性支承结构和顶层箔片等组成。其中弹性支承部分由靠近轴承轴线的内层箔片、靠近轴承套的外层箔片和一层超塑性Zn-Al合金材料圆柱形金属箔片组成，超塑性Zn-Al合金箔片处在内、外两层支承箔片中间。弹性支承结构和顶层箔片的一端焊接在轴承套内圆柱面上，另一端自由。弹性支承结构和顶层箔片共四层箔片一同形成箔片气体轴承的弹性支承表面。超塑性Zn-Al合金箔片的自由端指向内、外两层支承箔片和顶层箔片的固定端。弹性支承部分受载变形时，超塑性Zn-Al合金箔片与支承箔片的变形方向相反，增强了箔片表面之间的摩擦作用。两层支承箔片背对背安装，内层箔片的凸起与外层箔片的凸起相对应，且内层支承箔片的凸起部分与顶层平箔片的底部接触。支承箔片由开有工字型切口的箔片压制而成。压制后形成的凸起的形状类似于对称地打开一定角度的窗户，沿轴承圆周方向均匀分布。在设计时可通过改变凸起的高度h、倾角α、宽度I和节距s等参数方便地获得不同刚度特性的箔片气体轴承。支承箔片上靠近轴承中间部位的凸起在轴线方向上的长度大于分布在轴承外侧的凸起的长度，使气膜压力得以均化，从而提高了轴承的整体刚度。超塑性Zn-Al合金材料圆柱形箔片的内阻尼性能会随温度的升高而提高，箔片表面经过化学镀镍工艺处理。通过使用超塑性Zn-Al合金箔片，增大了箔片之间的接触面积，增强了它们之间的库伦摩擦，从而增大了轴承的阻尼，提高了箔片气体轴承-转子系统在临界转速下的稳定性。
图I箔片气体轴承的整体结构示意2箔片气体轴承的支承箔片制造方法示意3箔片气体轴承的外层支承箔片示意4箔片气体轴承的内层支承箔片示意中I-轴承套，2-外层支承箔片，3-超塑性Zn-Al合金材料箔片，4_内层支承箔片，5-顶层箔片
具体实施例方式下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。图I为径向弹性箔片气体动压轴承的整体结构示意图。径向弹性箔片气体轴承由轴承套I、弹性支承结构和顶层箔片5三部分组成。其中弹性支承结构又由靠近轴承轴线的内层箔片2和靠近轴承座的外层箔片3以及内、外两层箔片之间的超塑性Zn-Al合金材料圆柱形箔片4组成，弹性支承结构和顶层箔片一起形成了箔片气体轴承的弹性支承表面。内、外两层支承箔片由按一定规律开有工字型切口的金属箔片经液压机压制而成，压制后形成的凸起形状类似于对称的打开一定角度的窗户，如图2所示。在轴承的轴线方向，靠近轴承中间的凸起的长度大于靠近轴承外侧的凸起的长度。在设计时通过改变凸起的高度h、倾角α、宽度I和节距s等参数，可以方便地获得具有不同刚度特性的箔片空气轴承。将压制成形后的支承箔片缠绕在心轴的外圆柱表面上，经热处理形成如图3和图4所示的圆柱形支承箔片。超塑性Zn-Al合金材料箔片和顶层箔片采用同样的方法加工成圆柱形。轴承套的内圆柱面上开有一道凹槽，采用焊接的方式将弹性支承结构和顶层箔片共四层箔片的一端焊接在凹槽的侧面上，另一端自由。两层支承箔片和顶层箔片从固定端到自由端沿逆时针方向装配，两层支承箔片中间的超塑性Zn-Al合金箔片的装配方向则相反。内、外两层支承箔片的凸起与凸起相对应，采用背对背的方式装配，且内层箔片的凸起与顶层箔片的底部相接触。除了以上提出的实例，轴承弹性支承结构和顶层箔片可直接焊接在轴承套的内圆柱面上，凸起的结构参数和分布规律可根据不同情况进行设计。以上所举实例仅为本发明的优选实例，大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖的范围。
权利要求
1.一种径向弹性箔片气体轴承，由轴承套、弹性支承结构和顶层箔片组成，弹性支承结构和顶层箔片的一端焊接在轴承套内圆柱面上，另一端自由，其主要特征是，轴承的弹性支承结构由两层支承箔片和处在两层支承箔片中间的一层圆柱形金属箔片组成，支承箔片由开有工字形切口的金属箔片压制而成，压制成形的支承箔片具有对称的打开一定角度的窗形凸起。
2.根据权利要求I所述的弹性箔片气体轴承，其特征是，所述的弹性箔片气体轴承弹性支承结构由靠近轴承轴线的内层箔片、靠近轴承套的外层箔片和处在内、外两层支承箔片中间的一层圆柱形金属箔片组成，弹性支承结构和顶层箔片共四层箔片一同形成箔片气体轴承的弹性支承表面。
3.根据权利要求I或2所述的弹性箔片气体轴承，其特征是，所述的弹性箔片气体轴承弹性支承结构和顶层箔片的一端焊接在轴承套内圆柱面的凹槽的侧面上，另一端自由，处在内、外两层支承箔片中间的圆柱形金属箔片的自由端指向上述两层支承箔片和顶层箔片的固定端。
4.根据权利要求I或2所述的弹性箔片气体轴承，其特征是，所述的弹性支承结构中的内、外两层支承箔片按背靠背的方式安装，内层箔片的凸起与外层箔片的凸起相对应，且内层箔片的凸起与顶层箔片底部相接触。
5.根据权利要求I或2所述的弹性箔片气体轴承，其特征是，所述的弹性支承结构中的两层支承箔片均由开有工字型切口的箔片压制而成，压制后形成的凸起的形状类似于对称的打开一定角度的窗户，凸起沿轴承圆周方向均匀分布。
6.根据权利要求I或5所述的弹性箔片气体轴承，其特征是，所述的弹性支承结构中的两层支承箔片上靠近轴承中间的凸起在轴线方向上的长度大于分布在靠近轴承外侧的凸起的长度。
7.根据权利要求I或2所述的弹性箔片气体轴承，其特征是，所述的弹性支承结构中的内、外两层支承箔片中间的圆柱形金属箔片的材料为超塑性Zn-Al合金。
全文摘要
本发明涉及一种径向弹性箔片气体轴承。这种新型箔片空气轴承由轴承套、弹性支承结构和顶层箔片等组成。弹性支承结构由两层支承箔片和一层超塑性Zn-Al合金箔片构成，Zn-Al合金箔片位于两层支承箔片之间。弹性支承结构和顶层箔片的一端焊接在轴承套内圆柱面上，另一端自由。支承箔片由开有工字形切口的金属箔片压制而成。压制成形的支承箔片具有对称的打开一定角度的窗形凸起，凸起沿轴承圆周方向分布。在设计时通过改变凸起的高度h、倾角α、宽度l和节距s等参数，可以方便地改变轴承的刚度特性。超塑性Zn-Al合金箔片增加了支承部分的库伦摩擦，从而增大了箔片气体轴承的阻尼，提高了轴承-转子系统在临界转速下的稳定性。
文档编号F16C32/06GK102943813SQ20121046827
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者冯凯, 刘良军, 谢永强 申请人:湖南大学