一种弹性叠片组件、箔片动压推力轴承及旋转机械轴系的制作方法

1.本发明涉及传动结构领域，尤其涉及一种弹性叠片组件、箔片动压推力轴承及旋转机械轴系。


背景技术：

2.箔片动压空气轴承是旋转机械轴系的支撑关键部件，尤其适用于高转速、轻负载、高温、低温以及无油工况。根据承力方向的不同，箔片动压空气轴承可以分为轴向轴承和径向轴承，前者又被称为箔片动压推力轴承，配合转子上的推力盘使用。
3.箔片动压推力轴承一般由顶箔和波箔组成，是一种以气体为润滑介质的轴承。顶箔和推力盘之间形成楔形区域，当推力盘高速运转时，利用气体的动压效应在该楔形区域内产生高压区，从而支撑起推力盘，实现气体润滑。
4.但是，加工上述波箔时，需要先将整片箔材在固溶态下冲压成型，然后进行时效强化热处理，以提高材料强度和减小箔片回弹，进而保证尺寸稳定性。上述波箔的成型工艺复杂，加工周期长。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种弹性叠片组件。
6.本发明提供如下技术方案：一种弹性叠片组件，包括底座和若干弹性片；所述底座呈环形设置，所述弹性片与所述底座相连，所述弹性片沿所述底座的周向卷绕成环形，由所述弹性片内表面垂直指向外表面的方向为所述弹性片的厚度方向，所述弹性片沿厚度方向蚀刻或切割成型，所述若干弹性片沿所述底座的径向排列；所述弹性片具有若干弹性部，所述弹性部可沿所述底座的轴向变形，所述若干弹性部沿所述底座的周向排列。
7.作为对所述弹性叠片组件的进一步可选的方案，所述弹性片还包括底梁，所述底梁沿所述底座的周向设置，及与所述底座相连，所述若干弹性部设于所述底梁。
8.作为对所述弹性叠片组件的进一步可选的方案，所述弹性片还包括若干限位部，所述限位部与所述弹性部对应设置；所述限位部具有大端和小端，所述限位部的所述大端嵌于所述底梁，及与所述底梁间隙配合；所述弹性部沿所述底座的周向一端与所述底梁固定连接，另一端与对应的所述限位部的所述小端固定连接。
9.作为对所述弹性叠片组件的进一步可选的方案，所述底座上设有第一卡槽，所述第一卡槽沿所述底座的径向设置，所述底梁具有第一卡持部，所述第一卡持部与所述第一卡槽卡合。
10.作为对所述弹性叠片组件的进一步可选的方案，所述底梁具有第二卡持部，及设
有第二卡槽；所述第二卡持部位于所述底梁沿所述底座的周向一端，所述第二卡槽设于所述底梁的另一端，且所述第二卡槽沿所述底座的径向设置，所述第二卡持部与所述第二卡槽卡合。
11.作为对所述弹性叠片组件的进一步可选的方案，所述第一卡槽设有至少两个，所述至少两个第一卡槽沿所述底座的周向排列，至少两个所述底梁的所述第一卡持部与不同的所述第一卡槽卡合。
12.作为对所述弹性叠片组件的进一步可选的方案，所述弹性叠片组件还包括限位内环，所述限位内环嵌于所述底座的内侧壁，及与所述底梁抵接。
13.作为对所述弹性叠片组件的进一步可选的方案，所述弹性部包括若干交替连接的拱波和拱脚，所述拱波的波高沿所述底座的周向递减。
14.本发明的另一目的是提供一种箔片动压推力轴承。
15.本发明提供如下技术方案：一种箔片动压推力轴承，包括顶箔、安装座和上述弹性叠片组件，所述顶箔和所述底座均与所述安装座相连，所述顶箔与所述弹性部抵接。
16.本发明的又一目的是提供一种旋转机械轴系。
17.本发明提供如下技术方案：一种旋转机械轴系，包括上述箔片动压推力轴承。
18.本发明的实施例具有如下有益效果：若干弹性片沿底座的径向排列，并通过底座连为一体，从而替代常规的波箔结构。由于弹性部的变形方向垂直于弹性片的厚度方向，故在加工弹性叠片组件时，可以直接对经过时效强化处理的热态箔材进行蚀刻或者线切割加工，以获得若干具有弹性部构造的箔片，再将这些箔片沿底座的周向卷绕形成弹性片。箔材在上述加工过程中不存在残余应力，不需要通过后续的热处理工艺来提高机械强度以及释放应力，因而能够有效地简化成型工艺，缩短加工周期。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1示出了本发明实施例提供的一种弹性叠片组件的整体结构示意图；图2示出了本发明实施例提供的一种弹性叠片组件的爆炸示意图；图3示出了本发明实施例提供的一种弹性叠片组件中弹性片的结构示意图；图4示出了本发明实施例提供的一种弹性叠片组件中弹性片展开后的局部结构示意图；图5示出了本发明实施例提供的一种弹性叠片组件中底梁的局部结构示意图；
图6示出了本发明实施例提供的一种弹性叠片组件中弹性片与底座之间的配合关系示意图；图7示出了批量加工弹性片的排版示意图；图8示出了本发明实施例提供的一种箔片动压推力轴承的爆炸示意图。
22.主要元件符号说明：10-弹性叠片组件；20-顶箔；30-安装座；100-底座；110-第一卡槽；200-弹性片；210-弹性部；211-拱波；212-拱脚；220-底梁；221-第一卡持部；222-第二卡持部；223-第二卡槽；230-连接部；240-限位部；241-大端；242-小端；300-限位内环。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
24.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.实施例请一并参阅图1和图2，本实施例提供一种弹性叠片组件10，应用于箔片动压推力轴承，用以替代常规的波箔结构。该弹性叠片组件10由底座100、弹性片200和限位内环300组成，其中，底座100呈环形设置，弹性片200和限位内环300均与底座100相连。
29.具体地，弹性片200沿底座100的周向卷绕成环形，且弹性片200为薄片结构，由弹性片200内表面垂直指向外表面的方向为弹性片200的厚度方向，同时也是底座100的径向。
30.此外，弹性片200设有若干个，若干弹性片200沿底座100的径向排列。在任意两个
相邻的弹性片200中，处于外围的弹性片200的内径等于处于内围的弹性片200的外径。
31.请一并参阅图3和图4，每个弹性片200均具有若干弹性部210，弹性部210可沿底座100（参阅图2）的轴向变形，且若干弹性部210沿底座100的周向排列。
32.由于弹性部210的变形方向垂直于弹性片200的厚度方向，故在加工时，可以直接对经过时效强化处理的热态箔材进行蚀刻或者线切割加工，以获得具有弹性部210构造的箔片，再将箔片沿底座100的周向卷绕，最终形成弹性片200。其中，弹性片200的厚度方向为箔片的厚度方向，也是热态箔材的厚度方向。
33.在上述加工过程中，箔材内部残余应力少或者不存在残余应力，不需要通过后续的热处理工艺来提高机械强度以及释放应力。
34.相比之下，常规的波箔沿自身的厚度方向变形，无法通过蚀刻或者线切割的方式成型拱形结构，只能借助昂贵的冲压模具，通过冲压或者锻打等工艺获得拱形结构。弹性结构成型后，波箔内部存在较多应力，容易出现尺寸回弹等情况，还需进一步时效强化热处理，导致成型工艺复杂，加工周期长。
35.具体地，各个弹性片200上的弹性部210数量相同，且相邻两个弹性片200上的弹性部210分别对齐。
36.在一些实施例中，弹性部210由若干交替连接的拱波211和拱脚212组成。其中，拱波211的波高沿底座100的周向递减。
37.在另一些实施例中，组成弹性部210的拱波211也可以替换为其它可沿底座100的轴向变形的结构，如相对于拱脚212倾斜设置的条形结构等。此时，拱脚212为连续构造，各个条形结构同时与拱脚212连接。
38.在一些实施例中，相邻两个弹性部210的拱波211对齐，形成面状的拱波211结构，与常规的波箔一致。该结构能够对箔片动压轴承的顶箔20提供均匀细密的支撑，防止顶箔20因支撑位置不足而出现局部明显凹陷的情况。
39.在另一些实施例中，相邻两个弹性部210的拱波211也可以错位设置，对顶箔20提供更加细密的支撑。
40.在一些实施例中，弹性片200除弹性部210外还包括底梁220、连接部230和限位部240。
41.其中，底梁220沿底座100的周向设置，并与底座100相连，若干弹性部210均设置在底梁220上。
42.连接部230的数量和限位部240的数量均与弹性部210的数量相同，每一个弹性部210对应设置有一个连接部230和一个限位部240。
43.弹性部210沿底座100的周向一端为固定端，并通过连接部230与底梁220固定连接。弹性部210另一端为自由端，并通过限位部240与底梁220配合，可相对于底梁220在有限的范围内自由活动。
44.弹性部210的固定端为拱波211，连接部230与该拱波211相切，并嵌入底梁220表面。连接部230远离弹性部210的一端与底梁220固定连接，连接部230的两侧则与底梁220间隙配合。
45.限位部240具有大端241和小端242。其中，限位部240的大端241嵌于底梁220内，并与底梁220间隙配合。限位部240的小端242穿出底梁220表面，并与弹性部210的自由端固定
连接。
46.一方面，限位部240的大端241无法从底梁220内脱出，从而对弹性部210形成限位，避免弹性部210在受载时脱出、偏离底梁220，进而避免弹性部210发生倾倒、歪斜、扭曲的情况。
47.另一方面，限位部240可以在有限的范围内自由活动，确保弹性部210在受载时具备一定的变形能力。
48.由于弹性片200为箔材经过蚀刻或者线切割加工而成，故上述底梁220与连接部230之间、连接部230与弹性部210之间、弹性部210与限位部240之间均为一体成型。
49.在另一些实施例中，也可以将底梁220分割为若干段，每个底梁220上设置一个弹性部210，且各个底梁220分别连接底座100。
50.在又一些实施例中，弹性片200的各个弹性部210也可以各自独立地连接在底座100上。
51.请一并参阅图5和图6，在一些实施例中，底座100上设有第一卡槽110。第一卡槽110沿底座100的径向设置，且第一卡槽110的槽口宽度小于第一卡槽110的最大宽度。
52.相应地，底梁220朝向底座100的一侧具有第一卡持部221，且第一卡持部221与第一卡槽110卡合。
53.组装时，加工人员先将蚀刻或者线切割加工得到的箔片与底座100卡接，然后沿底座100的周向卷绕该箔片，并将该箔片的两端固定连接，从而形成弹性片200。
54.可选地，第一卡槽110的截面为燕尾型或者弓形。
55.进一步地，在一些实施例中，第一卡槽110设有至少两个。各个第一卡槽110沿底座100的周向排列，且至少两个底梁220的第一卡持部221与不同的第一卡槽110卡合。
56.其中，至少两个底梁220的第一卡持部221与不同的第一卡槽110卡合是指，其中一个底梁220的第一卡持部221与其中一个第一卡槽110卡合，另一个底梁220的第一卡持部221与另一个第一卡槽110卡合。
57.单个弹性片200可沿对应的第一卡槽110滑动，当若干弹性片200套接时，使至少两个底梁220的第一卡持部221与不同的第一卡槽110卡合，进而使至少两个弹性片200的滑动方向不同，即可使各个弹性片200之间相互限位锁死。
58.可选地，第一卡槽110的数量为六个，六个第一卡槽110沿底座100的周向均匀分布。
59.进一步地，底梁220具有第二卡持部222，并设有第二卡槽223。
60.其中，第二卡持部222位于底梁220沿底座100的周向一端，第二卡槽223则设置在底梁220的另一端。第二卡槽223沿底座100的径向设置，且第二卡持部222与第二卡槽223卡合。
61.加工人员沿底座100的周向卷绕前述箔片后，使第二卡持部222卡入第二卡槽223，即可形成环状的弹性片200并保持。
62.请再次参阅图1和图2，具体地，限位内环300与底座100同轴线设置，并嵌设在底座100的内侧壁上。限位内环300沿底座100的轴向一端凸出于底座100表面，并与内围的弹性片200的底梁220抵接，防止弹性片200从底座100中脱出。
63.其中，限位内环300的顶部略低于底梁220的顶部，避免在弹性部210形变过大时对
箔片动压推力轴承的顶箔20形成刚性支撑。
64.请结合图7，总之，上述弹性叠片组件10在加工时采用经过时效强化处理的热态箔材为原材料。先通过蚀刻或者线切割等加工方式批量获得多个具有弹性部210构造的箔片，然后将各个箔片卡接在底座100上。自内向外依次将各个箔片沿底座100的周向卷绕形成弹性片200，各个弹性片200则沿底座100的径向堆叠。最终形成面状的弹性支撑结构，以替代常规的波箔结构。
65.在上述加工过程中，箔材内部残余应力少或者不存在残余应力，不需要通过后续的热处理工艺来提高机械强度以及释放应力，因而能够有效地简化成型工艺，缩短加工周期，降低成本。
66.各个弹性片200沿底座100的周向卷绕成型，同时沿底座100的径向堆叠，能够对顶箔20提供连续均匀的支撑效果，提高箔片动压推力轴承的承载能力。此外，弹性片200的结构多样，可以批量加工，加工及装配工艺简单。
67.请参阅图8，本实施例还提供一种箔片动压推力轴承，包括顶箔20、安装座30和上述弹性叠片组件10。
68.具体地，安装座30为环状结构，且安装座30的内径等于或者略大于底座100的外径。底座100嵌于安装座30内，与安装座30焊接固定或者过盈配合。顶箔20覆盖于弹性叠片组件10上，与弹性部210抵接，并与安装座30栓接固定。
69.本实施例还提供一种旋转机械轴系，包括转子、推力盘和上述箔片动压推力轴承。
70.具体性，转子穿过箔片动压推力轴承。推力盘套接固定在转子上，并与顶箔20背向弹性叠片组件10的一侧相对。
71.其中，弹性部210的拱波211的波高沿底座100的周向递减，与弹性部210抵接的顶箔20随之倾斜设置，与推力盘之间形成楔形区域。
72.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
73.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
74.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。