气箔推力轴承的制作方法

气箔推力轴承
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35 u.s.c.
§
119要求于2021年3月31日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2021-0041644的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过参引全部并入本文。
技术领域
3.以下公开涉及支承轴向载荷的气箔推力轴承，该轴向载荷作用于涡轮鼓风机或涡轮压缩机中的旋转轴上，该涡轮鼓风机或涡轮压缩机通过使用马达的旋转力使叶轮高速地旋转来供应压缩的气体。


背景技术：

4.推力轴承被用于涡轮鼓风机和涡轮压缩机中，以支承轴向载荷，并且为了支承在高速下旋转的旋转轴的轴向载荷，大量使用了推力轴承当中的气箔推力轴承。
5.在各气箔推力轴承当中，通过使连接为一个本体的多个波箔整体地形成、使连接为一个本体的多个顶箔整体地形成、并且以堆叠的方式联接这两者以便容易地组装，具有整体结构的气箔推力轴承已经被改进。
6.作为示例，参照图1，具有相关技术的整体结构的气箔推力轴承包括在中间具有孔的盘形形状的基部板30、通过由第一环61连接两个或更多个波箔41形成为单一结构的波箔结构40以及通过由第二环62连接两个或更多个顶箔51形成为单一结构的顶箔结构50，其中，波箔结构40和顶箔结构60相继堆放在基部板30上。此外，参照图2，在基部板30中形成第一定位突出部73，在波箔结构40的第一环61中形成第一定位孔63，以便插入式联接，在顶箔结构50的第二环62中形成第二定位孔64，以便以类似的形式插入式联接，从而允许牢固组装在精确位置中。此外，在组装后，将波箔结构40的第一连接部分44和顶箔结构50的第二连接部分54焊接并且固定至基部板30。
7.然而，这种相关技术的气箔推力轴承很容易组装，但是由于波箔结构和顶箔结构是焊接并且固定至基部板的，要改变顶箔的倾斜部段中的倾斜角度是困难的，并且在启动转子的初期，要使推力转盘从顶箔快速地升高是有限制的。
8.因此，在相关技术中，由于旋转的推力转盘和顶箔之间的摩擦和磨损，气箔推力轴承的耐用性恶化。
9.【相关技术文件】
10.【专利文件】
11.kr 10-2018-0064052a(2018.06.14.)


技术实现要素：

12.本发明的示例性实施方式是为了提供气箔推力轴承，在该气箔推力轴承中，波箔板和顶箔板易于组装和联接，从而防止错误组装。
13.本发明的另一示例性实施方式是为了提供下述气箔推力轴承：在该气箔推力轴承中，推力转盘在转子启动的初期阶段从顶箔快速递升高，从而减少顶箔的摩擦和磨损。
14.在一个总体方面，气箔推力轴承包括：波箔板和顶箔板，在该波箔板中，多个波箔与第一板一体地形成，使得波箔的一端部沿周向方向连接至第一板，包括具有凹凸形状的弹性凸起的多个波箔沿周向方向彼此间隔开地布置，并且扣押环沿厚度方向从第一板突出，在该顶箔板中，多个顶箔板与第二板一体地形成，使得顶箔板中的一端部沿周向方向连接至第二板，多个顶箔沿周向方向彼此间隔开地布置，并且第二板在与扣押环相对应的位置中包括沿厚度方向穿过两个表面的通孔。其中，波箔板和顶箔板堆叠，扣押环插入至通孔中并穿过通孔，扣押环朝着顶箔板弯折，使得第二板材被扣押环保持，并且扣押环与第二板间隔开。
15.扣押环可以与通孔的内周表面间隔开，并且扣押环可以与第二板面向第一板的一侧的相反的一侧间隔开。
16.扣押环可以通过在第一板上冲压孔之后弯折剩余部分而形成，并且通孔可以具有其中整个圆周被堵塞的孔的形状。
17.可以设置多个扣押环，并且多个扣押环可以布置成在第一板上沿周向方向彼此间隔开，并且在第二板中，通孔可以相应地形成在与多个扣押环相对应的位置中。
18.多个扣押环在与一个通孔对应的位置中从第一板突出，并且与一个通孔相对应的多个扣押环沿通孔的周向方向彼此间隔开。
19.扣押环以弯曲的横截面形状径向朝着通孔的内侧在从固定端部朝向自由端部的方向上被向上弯曲，并且然后以弯曲的横截面形状径向朝着外侧被向上弯折。
20.扣押环以弯曲的横截面形状径向朝着通孔的内侧在从固定端部朝向自由端部的方向被向上弯曲，并且然后以直的横截面形状径向朝着外侧被向上弯折。
21.在从连接至第二板的第二连接部分朝向自由端部的方向上，顶箔各自以弯曲的横截面形状朝着弹性凸起的相反侧在与弹性凸起相对应的位置上形成为凸形的。
22.通过从第一板的外周径向向内切割一部分而使扣押环形成为弯折，并且通孔形成在从第二板的外周径向向内凹入的凹部中。
23.可以设置多个扣押环，多个扣押环布置成在第一板上沿周向方向彼此间隔开，并且通孔分别形成在第二板中的与多个扣押环相对应的位置中。
24.扣押环可以以弯曲的横截面形状径向朝着第一板的外侧部沿从固定端部朝向自由端部的方向被向上弯曲，并且然后以直的横截面形状径向朝向第一板的内侧部被向上弯折。
25.从以下的详细说明、附图和权利要求中，其他特点和其他方面也会是显然的。
附图说明
26.图1和图2是图示相关技术的气箔推力轴承的立体图和横截面图。
27.图3和图4是图示根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的波箔板和顶箔板的正视图。
28.图5和图6是根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的分解立体图和组装立体图。
29.图7是根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的局部放大图。
30.图8a和图8b是图示根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的各种示例的局部横截面图。
31.图9是图示根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承不被推力转盘按压的状态的沿周向方向截取的横截面图，
32.图10是图示图9中的顶箔被停止的推力转盘按压以变形的状态的横截面图。
33.图11是图示图10中的推力转盘在推力转盘的低速旋转期间从顶箔升高的状态的横截面图。
34.图12是图示顶箔被图11中的推力转盘在高速旋转期间的流动的空气的压力按压以变形的状态的横截面图。
35.图13至图15是图示安装在涡轮鼓风机上的根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承和相关技术的气箔推力轴承的测试结果的比较的图表。
36.图16和图17是根据本发明的第二示例性实施方式的气箔推力轴承的分解立体图和组装立体图。
37.图18是根据本发明的第二示例性实施方式的气箔推力轴承的局部放大图。
38.图19a和图19b是图示了根据本发明的第二示例性实施方式的气箔推力轴承的各种示例的部分横截面图。
具体实施方式
39.在下文中，将参照附图对如上所述的本发明的气箔推力轴承进行详细描述。
40.第一示例性实施方式
41.图3和图4是图示根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的波箔板和顶箔板的正视图，图5和图6是根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的分解立体图和组装立体图，图7是根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的局部放大图，以及图8a和图8b是图示根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承的各种示例的局部横截面图。
42.如图所示，根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承可以主要包括波箔板200和顶箔板300。
43.波箔板200可以包括第一板210和多个波箔220，并且第一板210和波箔中的每个波箔220可以一体地连接至彼此。波箔220可以布置成在周向方向上彼此间隔开，并且在周向方向上的一个端部可以连接至第一板210，并且除了连接端部以外的剩余部分可以与第一板210间隔开。即，仅波箔220的顺时针端部可以连接至第一板210以形成第一次连接部分250，而波箔220的内端部、外端部和逆时针端部的可以不连接至第一板210并且可以与第一板210分开。此外，波箔220可以通过形成凹凸弹性凸起221而具有诸如波纹形式或波浪形式的各种形式，并且波箔220可以形成为使得弹性凸起221从第一板210的前表面向前突出。此处，在第一板210上可以形成呈从前表面沿厚度方向向前突出的形式的扣押环211。另外，扣押环211可以形成在与第一板210的外周径向向内略微间隔开的位置中，并且扣押环211可以定位成比波箔220径向向外。此外，扣押环211可以通过将在冲压第一板210中的孔之后剩余的部分朝向在厚度方向上的前向弯折而形成。此外，可以设置多个扣押环211，并且多个
扣押环211可以布置成在第一板210上沿周向方向彼此间隔开。作为示例，扣押环211可以布置成以120度的间隔彼此间隔开。此外，多个扣押环211可以以120度的间隔形成在相应的点处，并且形成在相应的点处的扣押环211可以布置成相对于各自点的中心在周向方向上彼此间隔开。
44.顶箔板300可以包括第二板310和多个顶箔320，并且第二板310和顶箔中的每个顶箔320可以一体地连接至彼此。顶箔320可以布置成在周向方向上彼此间隔开，并且顺时针端部可以连接至第二板310，并且除了被连接的顺时针端部以外的剩余部分可以与第二板310彼此间隔开。即，仅顶箔320的顺时针端部可以连接至第二板310以形成第二连接部分350，而顶箔320的内端部、外端部和逆时针端部在周向方向上可以不连接至第二板210并且可以与第二板210分开。此外，可以从连接至第二板310的顶箔320的第二连接部分350沿逆时针方向延伸出向着前部凸出地形成的弯折部分。此处，顶箔320可以在从第二连接部分350到连接至弹性凸起221的相反侧的自由端部的凸出弯曲的横截面中形成。此外，第二板310可以在与波箔板200的扣押环211相对应的位置处具有在厚度方向上穿透两侧的通孔311。此处，通孔311是供扣押环211插入通过的部分，并且通孔311可以以圆形孔的形式形成，其中整个圆周被堵塞。
45.此外，波箔220的弹性凸起221从波箔板200突出的一侧和顶箔320的弯折部分从顶箔板300突出的相反侧可以堆叠和组装成面向彼此。此时，如图6中所示，波箔板200的扣押环211被插入至顶箔板300的通孔311中并穿透顶箔板300的通孔311，并且扣押环211的一部分可以组装成相对于顶箔板300的第二板310向前突出。此后，如图7中所示，扣押环211可以朝向第二板310被弯折，使得第二板310被保持在扣押环211中并且与扣押环211联接以便无法在堆叠的相反的方向上脱出。因此，能够有助于波箔板200和顶箔板300的组装和联接，并且可以防止错误组装。
46.参照图8a和图8b，扣押环211可以与通孔311的内周表面间隔开，并且扣押环211可以以与第二板310面向第一板210一侧相反的一侧间隔开的形式被弯折或弯曲。这意味着波箔板200和顶箔板300的面向彼此的侧部不与彼此紧密接触并固定至彼此，而波箔板200和顶箔板300彼此组装且联接，并且波箔板200和顶箔板300可以在特定的范围内彼此间隔开。如图8a中所示，扣押环211可以以弯曲的横截面的形式径向向内朝向通孔311在从连接至第一板210的固定端部到自由端部的方向上被向上弯曲，并且然后以弯曲的横截面的形式朝向径向向外的方向被弯折。或者，如图8b中所示，扣押环211可以以弯曲的横截面的形式径向向内朝向通孔311沿从固定端部朝向自由端部的方向向上被弯曲，并且然后以直的横截面的形式朝向径向向外的方向被弯折。
47.图9是图示根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承不被推力转盘按压的状态的沿周向方向截取的横截面图。
48.参照图9，当本发明的气箔推力轴承安装在涡轮鼓风机等上时，气箔推力轴承联接至轴承壳体400并且处于在组装推力转盘之前不施加外力的状态，第二板310的与顶箔320的第二连接部分350相邻的一部分可以与波箔板的第一板210接触，或者可以处于与第一板210略微间隔开的状态。此外，与顶箔320的自由端部相邻的一部分可以与设置在对应的位置处的弹性凸起221接触，或者可以处于与弹性凸起221略微间隔开的状态。
49.图10是图示当推力转盘被组装成如图9中所示状态下时，顶箔通过停止的推力转
盘而被按压至变形的状态的横截面图。
50.参照图10，在本发明的气箔推力轴承中，在波箔220与轴承壳体400接触并且推力转盘500设置成面向顶箔320的状态下，顶箔320可以通过推力转盘500被按压并展开以平整。此处，当顶箔320被推力转盘500按压时，顶箔320的通过弹性凸起221支承的区域被展开以平坦，并且与第二连接部分350相邻的第二板310沿远离第一板210的方向移动，并且因此，从第二连接部分350到自由端部，顶箔320的倾斜角在顶箔320的到第一个被定位的弹性凸起221的倾斜部段中变得平缓(减少)。
51.图11是图示推力转盘在图10中的推力转盘的低速旋转期间从顶箔升高的状态的横截面图。
52.参照图11，当操作涡轮鼓风机并且推力转盘500开始与转子一起旋转时，轴向载荷在转子的旋转轴线的方向上作用并且气箔推力轴承的顶箔320与旋转的推力转盘500接触以引起摩擦。另外，推力转盘500通过在推力转盘500与顶箔320之间流动的空气的压力从顶箔320升高，使得顶箔320和推力转盘500可以彼此间隔开。此时，与由弹性凸起221支承的区域相对应的顶箔320通过在顶箔320与推力转盘500之间流动的空气的压力展开以平整并且与弹性凸起221接触，并且与顶箔320的第二连接部分350相邻的第二板310可以保持处于如图10中所示的状态。因此，当转子以低速旋转时，空气可以在顶箔320与推力转盘500之间容易地流动，并且空气的压力迅速地升高，因此可以缩短推力转盘500从顶箔320升高所用的时间。因此，可以减少顶箔的摩擦和磨损，这样可以提高气箔推力轴承的耐久性。
53.图12是图示顶箔由于在图11中的推力转盘的高速旋转期间流动的空气的压力而被按压变形的状态的横截面图。
54.参照图12，在其中转子的rpm很高的高速旋转期间，与顶箔320的第二连接部分350相邻的第二板310由于空气的压力而被按压并且与第一板210接触并且由第一板210支承，并且因此，顶箔320的倾斜角被增大至进一步增大了在顶箔320与推力转盘500之间流动的空气的压力，从而提高气箔推力轴承在高速下的承载力。
55.图13至图15是图示安装在涡轮鼓风机上的根据本发明的第一示例性实施方式的气箔推力轴承和相关技术的气箔推力轴承的测试结果的比较的图表。
56.图13示出了根据通过将气箔推力轴承安装在涡轮鼓风机上的驱动速度来测量驱动扭矩的结果。如图所示，当使用本发明的气箔推力轴承时，与相关技术相比，驱动扭矩在低速下相对较小，并且通过这可以看出，与相关技术相比，当使用本发明的气箔推力轴承时，推力转盘以低速从顶箔相对快速地升高。图14示出了当转子以低速旋转时根据顶箔的相位来测量空气的压力的结果。如图所示，与相关技术相比，当使用本发明的气箔推力轴承时，空气在低速下的压力相对较高，并且通过这可以看出，当使用本发明的气箔推力轴承时，推力转盘以低速从顶箔相对快速地升高。图15示出了当驱动力在转子旋转的状态下被切断时、对通过惯性旋转的转子停止所用的时间进行的测量。如图所示，当使用本发明的气箔推力轴承时，基于转子的惯性的旋转时间比相关技术的时间更长，并且通过这可以看出，当使用本发明的气箔推力轴承时，推力转盘以低速从顶箔相对快速地升高。
57.第二示例性实施方式
58.图16和图17是根据本发明的第二示例性实施方式的气箔推力轴承的分解立体图和组装立体图，图18是根据本发明的第二示例性实施方式的气箔推力轴承的局部放大图，
并且图19a和图19b是图示根据本发明的第二示例性实施方式的气箔推力轴承的各种示例的局部截面图。
59.如图所示，根据本发明的第二示例性实施方式的气箔推力轴承可以包括波箔板200和顶箔板300，并且除了扣押环211和通孔311的特定构型以外，第二示例性实施方式与第一示例性实施方式相同。
60.在第二示例性实施方式中，扣押环211可以通过对从第一板210的外周径向向内的部分进行切割和弯折而形成，并且通孔311可以以从第二板310的外周径向向内凹入的形式而形成。可以设置多个扣押环211，并且多个扣押环211可以布置成在第一板210上沿周向方向彼此间隔开，并且呈凹部形状的通孔311可以形成在第二板310中的与多个扣押环211相对应的位置。此处，类似地，扣押环211可以与通孔311的内周表面间隔开并且也可以与第二板310面向第一板210一侧的相反的一侧间隔开。另外，扣押环211可以以弯曲的横截面形状径向向内朝向第一板210的外侧部在从固定端部到自由端部的方向上被向上弯曲，并且然后以直的横截面形状径向朝向第一板210的内侧被向上弯折。
61.此外，波箔板200可以以通过切割一个板而使第一板210和波箔220连接为一个本体的形式一体地形成。即，通过按压呈平板的形式的一个板并且切割该板，使得第一板210被制造为其中在具有盘形形状的中心上钻孔的形式，并且同时形成多个扣押环211的外部部分，使得波箔220可以被一体地制造成连接至第一板210。此时，在波箔220的轮廓形状和扣押环211的形状被弯折以前，波箔板200被按压以形成第一板210的形状，并且然后形成弹性凸起221使得出现波箔220的凹凸形状，并且扣押环211被弯折成沿厚度方向突出。此处，可以在波箔220与第一板210之间形成第一槽230，使得除了每个波箔220连接至第一板210的一部分之外的剩余部分彼此间隔开。即，第一板210通过按压呈板的形式的一个板来制造，并且当板被切割成使得形成多个波箔220的外部部分时，板被切割成呈第一槽230的形式并且被移除，使得波箔220可以以除了连接至第一板210的部分之外的剩余部分彼此间隔开的形式一体地形成。
62.此外，顶箔板300也可以以通过切割一个板而使第二板310的一端部和顶箔320的一端部连接的形式一体地形成。即，在盘形形状的中心具有的孔的第二板310通过按压呈平板的形式的一个板来制造，并且同时，板可以被切割成使得形成多个顶箔320的外部部分，从而一体地制造其中顶箔320连接至第二板310的形式。此时，在将顶箔板300按压成形成第二板310的形状和顶箔320的轮廓形状以及通孔311之后，可以形成顶箔板300使得顶箔320的弯折部分的形状出现。此处，可以在顶箔320与第二板310之间形成第二槽330，使得除了每个顶箔320的连接至第二板310的部分之外的其余部分在顶箔板300中彼此间隔开。即，第二板310通过按压呈板的形式的一个板来制造，并且同时，当板被切割成形成多个顶箔320的外部部分时，板被切割成呈第二槽330的形式，由此，除了连接至第二板310的顶箔320的部分之外的剩余部分可以一体地形成以彼此间隔开。
63.本发明的气箔推力轴承的优点在于：波箔板与顶箔板可以容易地组装和联接，并且可以防止错误组装。
64.此外，顶箔与推力转盘接触或者在转子开启时与在顶箔与旋转的推力转盘之间流动的空气的压力接触而被按压并且展开以平整，并且因此，顶箔的倾斜部段的倾斜角是平缓的，并且空气的压力快速地增加，由此，可以缩短推力转盘在转子开启的初始状态时从顶
箔升高所用的时间，以减少顶箔的摩擦和磨损。
65.本发明不限于上述示例性实施方式，并且可以被不同地应用，并且可以在不脱离权利要求所要求保护的本发明的主旨的情况下由本领域技术人员对本发明进行各种修改。
66.主要元件的详细说明
67.200：波箔板
68.210：第一板
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211：扣押环
69.220：波箔
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221：弹性凸起
70.222：切割部分
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230：第一槽
71.250：第一连接部分
72.300：顶箔板
73.310：第二板
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311：通孔
74.320：顶箔
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330：第二槽
75.350：第二连接部分
76.400：轴承壳体
77.500：推力转盘。