动压气体推力轴承弹性支承箔片结构及其制备方法

1.本发明涉及动压气体轴承技术领域，具体是一种动压气体推力轴承弹性支承箔片结构及其制备方法。


背景技术：

2.动压气体推力轴承是一种采用弹性支撑结构的自作用式轴承，结构上主要是由底片、支撑波纹形箔和顶层箔片组成。由于采用空气作为润滑介质并融合弹性支撑结构，该轴承属于被动调节式轴承，与传统的油膜轴承和滚动轴承相比，具有自适应性强、干净无污染、转速高、摩擦功耗小、抗振动能力强、使用温度范围宽和维护成本低等优点，在氢燃料电池空压机、制冷压缩机、空气悬浮离心鼓风机、微型燃气轮机、涡轮发电机和飞机环控系统等高速旋转机械等领域得到了广泛的应用。
3.目前，传统的动压气体推力轴承的弹性支承箔片为波纹形箔片，受限于模压技术和材料的回弹，波纹形箔的整体高度一般大于1毫米，研究表明，波纹形箔的高度过大，会导致波纹形箔的弹性变形能力减弱，从而降低动压气体推力轴承自适应变形能力。此外采用波纹箔片支承平箔片的方法，其加工过程十分繁琐。尤其是波纹箔片，需要定制专用的模具进行压制，精度要求难以达到微米级别。繁琐的加工工艺和高精度要求不利于气体箔片轴承实际应用的发展，且制造成本昂贵。
4.因此，为了增强支承箔片的弹性变形，提高支承箔片的弹性能力，采用叠层式构造的弹性支承箔片十分重要。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种动压气体推力轴承弹性支承箔片结构及其制备方法，由中间层的弹性变形提供气膜间隙尺寸调节作用，可以提高弹性支承箔片的寿命，增强支承箔片的可靠性。
6.本发明提供了一种动压气体推力轴承弹性支承箔片结构，包括叶形凸起支撑片、薄圆环簧片和扇形凸起基片，所述叶形凸起支撑片为一端具有用于定位的半圆形键，用于支承顶箔；所述薄圆环簧片中心圆孔内径上均匀分布有与所述的叶形凸起支撑片一端一致的半圆形键，用于固定叶形凸起支撑片和固定扇形凸起基片，叶形凸起支撑片和扇形凸起基片交错相间排列在薄圆环簧片正反两侧；所述扇形凸起基片内径和外径与薄圆环簧片的内径和外径大小一致，用于支承薄圆环簧片。
7.进一步改进，所述叶形凸起支撑片厚度为0.1-0.3mm，薄圆环簧片厚度为0.25-0.4mm，扇形凸起基片弧度为30
°‑
60
°
，厚度为0.2-0.3mm；本发明还提供了一种动压气体推力轴承弹性支承箔片结构的制备方法，用于实现上述叶形凸起支撑片，薄圆环簧片，扇形凸起基片的组合，其特征在于，采用固化定位夹具装夹，通过高温树脂固化胶胶接的方法合成为一个整体。
8.具体步骤为：
1）将阵列键槽定位块根据键槽配合安装在底座上，将薄圆环簧片安装在阵列键槽定位块上；2）将叶形凸起支撑片定位板按定位孔对齐掩盖在薄圆环簧片上，并由定位销对齐定位，依次固定；3）在叶形凸起支撑片定位板空隙中涂敷高温树脂固化胶，放置叶形凸起支撑片，加热固化后，取出叶形凸起支撑片定位板；4）将叶形凸起支撑片定位板及叶形凸起支撑片和薄圆环簧片的组合反置于阵列键槽定位块上，将扇形凸起基片定位板沿定位孔对齐，定位后进行固定；5）在扇形凸起基片固定板空隙中涂敷粘合剂，并放置扇形凸起基片，加热固化后，将叶形凸起支撑片固定板和扇形凸起基片固定板板与叶形凸起支撑片、扇形凸起基片分和扇形凸起基片分离；6）将安装有叶形凸起支撑片、扇形凸起基片、薄圆环簧片的组合体固定在阵列键槽定位块上，装夹在固定板上，激光切割出周向键槽。
9.本发明还提供了一种固化定位夹具装，用于固定上述动压气体推力轴承弹性支承箔片结构，包括阵列键槽定位块、叶形凸起支撑片固定板、扇形凸起基片固定板和底板，其中，阵列键槽定位块固定在底板上，阵列键槽定位块外形轮廓为圆柱体，其周向上均匀分布有贯穿的与薄圆环簧片内孔相互配合的键槽；所述叶形凸起支撑片定位板和扇形凸起基片定位板具有与所述的叶形凸起支撑片和扇形凸起基片形状一致的孔隙。
10.进一步改进，所述底板中心具有与阵列键槽定位块直径一致的圆孔，圆孔上均布有与阵列键槽定位块键槽相配合的键。
11.进一步改进，所述叶形凸起支撑片定位板和扇形凸起基片定位板上具备用于导向和定位的定位孔，叶形凸起支撑片定位板和扇形凸起基片定位板上的定位孔位置保持一致。
12.优选地，弹性支承箔片组合片的外径可以略微大于最终尺寸，确保最终切割余量。
13.优选地，弹性支承箔片的叶形凸起支撑片和扇形凸起基片的个数可以为6，8，12，并依据实际需求适当的调整凸起箔的尺寸大小。
14.优选地，叶形凸起支撑片固定板和扇形凸起基片固定板应当以对应的叶形凸起支撑片和扇形凸起基片为设计参考，确保叶形凸起支撑片、扇形凸起基片的成功安装。
15.优选地，叶形凸起支撑片、薄圆环簧片、扇形凸起基片的组合还应该包括真空钎焊的方法。
16.优选地，叶形凸起支撑片固定板、扇形凸起基片固定板、底板除了定位定位孔外还应包括用于锁紧的螺栓孔。
17.优选地，阵列键槽定位块、叶形凸起支撑片定位板、扇形凸起基片定位板和底板的材料为不锈钢。叶形凸起支撑片、薄圆环簧片和扇形凸起基片材料为铍青铜。
18.本发明有益效果在于：1、本发明提供的结构由中间层的弹性变形提供气膜间隙尺寸调节作用，中间层的变形是周向间隔发生，因此能够及时响应载荷的变化，提高了弹性变形能力。
19.2、本发明提供的制备方法避免了
ꢀ“
环凸形”结构，由冲压成型导致的精度不足的问题，通过粘接的形式，提高了成型精度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
21.图1为本发明弹性支承箔片叶形凸起支撑片与薄圆环簧片组合立体示意图；图2为本发明弹性支承箔片扇形凸起基片与薄圆环簧片组合立体示意图；图3为本发明弹性支承箔片叶形凸起支撑片示意图；图4为本发明弹性支承箔片薄圆环簧片；图5为本发明弹性支承箔片扇形凸起基片示意图；图6为本发明弹性支承箔片制备方法中的阵列键槽定位块示意图；图7为本发明弹性支承箔片制备方法中的叶形凸起支撑片固定板示意图；图8为本发明弹性支承箔片制备方法中的扇形凸起基片固定板示意图；图9为本发明弹性支承箔片制备方法中的底板示意图；图10为本发明弹性支承箔片制备方法中的叶形凸起支撑片和薄圆环簧片的组合方法示意图；图11为本发明弹性支承箔片制备方法中的扇形凸起基片和薄圆环簧片的组合方法示意图；图12为本发明弹性支承箔片制备方法中的支承箔片整体的切割示意图；图13为本发明弹性支承箔片与传统波纹形支承箔片的弹性变形对比；图14为本发明整体结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1到图5和图14所示，本发明提供的叠层式弹性支承箔片，由叶形凸起支撑片11、薄圆环簧片12及扇形凸起基片13组成，三者通过固化定位夹具对齐安装。
24.所述叶形凸起支撑片为一端具有用于定位的半圆形键，用于支承顶箔；所述薄圆环簧片中心圆孔内径上均匀分布有与所述的叶形凸起支撑片一端一致的半圆形键，用于固定叶形凸起支撑片和固定扇形凸起基片，叶形凸起支撑片和扇形凸起基片交错相间排列在薄圆环簧片正反两侧；所述扇形凸起基片内径和外径与薄圆环簧片的内径和外径大小一致，用于支承薄圆环簧片。
25.所述叶形凸起支撑片厚度为0.1-0.3mm，薄圆环簧片厚度为0.25-0.4mm，扇形凸起基片弧度为30
°‑
60
°
，厚度为0.2-0.3mm。
26.参阅图6至图9，现对本技术中的“环凸形”弹性支撑箔片的安装夹具及操作方法进行说明。
27.夹具主要有定位单元和固定板组成，定位单元主要有阵列键槽定位块31和底板34
组成，阵列键槽定位块31外圆上具有与底板34相配合的键槽。二者组合在一起构成夹具主体。固定板包括叶形凸起支撑片固定板32和凸起基片固定板33。
28.如图10和图11，叶形凸起支撑片11和扇形凸起基片13与薄圆环簧片12的组合依次进行。
29.首先，将薄圆环簧片12按定位键槽固定在阵列键槽定位块31和底板34上，按定位销的位置安装叶形凸起支撑片固定板33，并用螺栓锁紧，在叶形凸起支撑片11上涂敷高温树脂固化胶后，放置在叶形凸起支撑片固定板33相应的位置上，高温固化实现组合。
30.其次，将叶形凸起支撑片11和薄圆环簧片12的组合以及叶形凸起支撑片固定板32与阵列键槽定位块31分离，翻转后，固定在阵列键槽定位块33上。按定位销安装扇形凸起基片固定板33，并用螺栓锁紧，在扇形凸起基片13上涂敷高温树脂固化胶后，放置在扇形凸起基片固定板33相应的位置，高温固化实现组合。
31.再次，将叶形凸起支撑片固定板32和扇形凸起基片固定板板33与叶形凸起支撑片11薄圆环簧片12和扇形凸起基片13的组合体分离。
32.最后，如图12，叶形凸起支撑片11薄圆环簧片12和扇形凸起基片13的组合体固定在阵列键槽定位块上，装夹在固定板上，激光切割出周向键槽。实现弹性箔片的加工。
33.本发明中的弹性支承箔片的静力学仿真分析如图13所示，并与相同材料参数下的波纹形支承箔片进行对比。结果显示，上述两种支承箔片在轴向上产生0.15mm时，波纹形支承箔片表面的反作用力最大为20kn, 凸块支承箔片表面的反作用力最大为450n；显然，在此类弹性箔片推力轴承的许用载荷范围内，本发明中的弹性支承箔片比传统波纹形支承箔片具有更优异的弹性变形能力。
34.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。