一种带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承

1.本实用新型涉及轴承技术领域，特别涉及用于各种用途的高速涡轮机、高频非接触式电动机、动力装置涡轮发电机组、涡轮增压器的流体润滑滑动轴承。


背景技术：

2.流体轴承包含液体轴承和气体轴承，其载荷由轴承表面之间的快速移动的加压液体或气体薄层支撑。由于运动部件之间没有接触，因此没有滑动摩擦，使流体轴承比许多其他类型的轴承具有更好的摩擦性能及更小的磨损。
3.大型、高速旋转机械因动态失稳而造成的严重事故在国内外频频发生。转子系统的动态失稳的原因主要来自两点：一方面高速转子系统在启动、停止、加速和减速过程中将反复经过临界转速运行，易使转子系统发生共振，其中滑动轴承非线性油膜力引起的油膜失稳(油膜振荡)所引发的一系列故障问题尤为突出；另一方面，诸如航空发动机、潜艇、航母等高速旋转设备的转子系统的工作环境日益复杂化、恶劣化，而日益轻巧、高速的转子系统敏感于复杂工况的多因素干扰，使得系统的动力特性产生变化，引起转子系统动态失稳。
4.金属橡胶材料是一种均质的弹性多孔物质，是用特殊的工艺方法，将一定质量的、拉伸开的、螺旋状态的金属丝有序的排放在冲压或碾压模具中，然后用冷冲压方法而成型的。由于金属橡胶的内部呈现出金属丝相互交错勾联形成的空间网状结构，类似橡胶的大分子结构，它具有一定的刚度，振动时金属丝之间产生干摩擦，可以耗散大量的能量，从而起到阻尼减振的作用，由金属橡胶制成的阻尼减振构件因其阻尼性能好、重量轻、且易制成各种形状、环境适应能力强、可调节刚度等一系列优点，从而在高速旋转机械中得到了成功的应用。


技术实现要素：

5.为了改善旋转机械在运转时，因转子系统发生共振、复杂的工况而发生动态失稳，造成事故的问题，本实用新型提出了一种带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承，其包括轴承座和内部阻尼组件。所述内部阻尼组件安装在所述轴承座之中。所述内部阻尼组件包括由外层到内层依次环绕且相互固定的金属橡胶阻尼环、结构件和圆锥波箔片阻尼机构。所述金属橡胶阻尼环抵接于所述轴承座的内周面。所述圆锥波箔片阻尼机构包括波浪形和曲面形的阻尼件，波浪形和曲面形的阻尼件围成圆锥环，形成圆锥腔，所述圆锥环能适配的环套旋转轴的圆锥轴颈。所述轴承座和所述内部阻尼组件设置有连通的流体通道，所述流体通道从所述轴承座的外表面通向所述圆锥腔之中。
6.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，所述圆锥波箔片阻尼机构包括多个波浪形的波片和多个曲面形的箔片；多个波片围成锥形波片环；多个箔片围成锥形箔片环；所述箔片环临接于所述波片环。
7.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，每个所述箔片均为相同的曲面扇形，多个所述箔片首尾相连，并且相邻的箔片部分
重叠，围成锥形的所述箔片环并且适配的环绕在所述圆锥轴颈的周侧；每个所述波片均为相同的波浪扇面，每个所述波片均设置在所述结构件的内周面处；所述箔片环设置在所述波片环的内周处。
8.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，相邻的所述波片间隔设置，多个所述波片围成锥形的所述波片环。
9.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，所述圆锥波箔片阻尼机构包括十个箔片和十个波片；十个所述箔片首尾相叠的围成所述箔片环；十个所述波片间隔围成所述波片环。
10.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，所述结构件包括供流体环、圆锥轴瓦和多条支撑条；所述圆锥轴瓦具有锥形的内周面；多条所述支撑条均匀的嵌设在所述圆锥轴瓦的内周面上，相邻两条所述支撑条之间形成扇形锥面，每相邻两条所述支撑条之间适配的卡嵌一个所述波片。
11.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，所述波片为单面具有波浪凸起的波浪扇面，波浪扇面的两侧为竖直面，两侧的竖直面分别适配的抵接于两侧的所述支撑条；每个所述箔片的凸面邻接一个所述波片的波浪凸起。
12.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，每个所述波片具有两个所述波浪凸起。
13.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，所述流体动压轴承还包括环形的大端连接盖和环形的小端连接盖；所述大端连接盖无接触套在所述圆锥轴颈的大端，并且分别固定连接所述金属橡胶阻尼环、所述供流体环、所述圆锥轴瓦、所述支撑条、所述波片和所述箔片的一端面；所述小端连接盖无接触套在所述圆锥轴颈的小端，并且分别固定连接所述金属橡胶阻尼环、所述供流体环、所述圆锥轴瓦、所述支撑条、所述波片和所述箔片的另一端面。
14.作为本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的进一步改进，所述供流体环包括主体环，以及分别与主体环连通的供流体管和出流体管；所述供流体管向外依次穿出所述金属橡胶阻尼环和所述轴承座；所述出流体管向内依次穿过所述圆锥轴瓦和所述支撑条，通向所述圆锥腔。
15.本实用新型相比于现有流体轴承的有益效果是：设计了两级联动的阻尼减振结构，一级阻尼减振结构为圆锥波箔片阻尼机构形成的摩擦阻尼器，二级阻尼减振结构为金属橡胶阻尼环，二者共同作用使本轴承能够同时承载轴向和径向载荷，吸收能量、降低振动，面对复杂的工况，也能使转轴恢复正常工作状态。其中，圆锥波箔片阻尼机构能够调节轴向和径向刚度和阻尼，防止共振现象的发生，金属橡胶阻尼环具有很好的弹性和阻尼性能，耐高温、耐腐蚀、不老化、工作可靠。
附图说明
16.图1为流体动压轴承的一种实施方式的剖面结构示意图。
17.图2为图1的流体动压轴承的中间部分结构示意图。
18.图3为图2中a-a面的剖视图。
19.图4为波片的一种结构示意图。
20.图5为箔片的一种结构示意图。
21.图6为流体动压轴承的工作原理框图。
22.附图标记：轴承座上盖1、金属橡胶阻尼环2、环形槽3、供流体环4、圆锥轴瓦5、大端连接盖6、轴承底座7、圆锥轴颈8、箔片9、支撑条10、小端连接盖11、波片12。
具体实施方式
23.以下结合附图对本实用新型的带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承的一些实施方式进行介绍。
24.请参考图1，一种带有金属橡胶和圆锥波箔片联动阻尼的流体动压轴承，其包括轴承座1，7和内部阻尼组件。所述内部阻尼组件安装在所述轴承座之中。所述内部阻尼组件包括由外层到内层依次环绕且相互固定的金属橡胶阻尼环2、结构件和圆锥波箔片阻尼机构。所述金属橡胶阻尼环2抵接于所述轴承座1，7的内周面。所述圆锥波箔片阻尼机构包括波浪形和曲面形的阻尼件，波浪形和曲面形的阻尼件围成圆锥环，形成圆锥腔，所述圆锥环能适配的环套旋转轴的圆锥轴颈8。所述轴承座1，7和所述内部阻尼组件设置有连通的流体通道，所述流体通道从所述轴承座1，7的外表面通向所述圆锥腔之中。
25.该流体动压轴承设计了两级联动的阻尼减振结构，一级阻尼减振结构为圆锥波箔片阻尼机构形成的摩擦阻尼器，二级阻尼减振结构为金属橡胶阻尼环，二者共同作用使本轴承能够同时承载轴向和径向载荷，吸收能量、降低振动，面对复杂的工况，也能使转轴恢复正常工作状态。其中，圆锥波箔片阻尼机构能够调节轴向和径向刚度和阻尼，防止共振现象的发生，金属橡胶阻尼环具有很好的弹性和阻尼性能，耐高温、耐腐蚀、不老化、工作可靠。
26.其中，如图1所示，轴承座1，7包括轴承座上盖1和轴承底座7。所述内部阻尼组件先安装在轴承底座7中，再盖上轴承座上盖1，轴承座上盖1通过螺栓与轴承底座7固定连接。
27.如图4和图5所示，所述圆锥波箔片阻尼机构包括多个波浪形的波片12和多个曲面形的箔片9。
28.请参阅图3，多个波片12围成锥形波片环；多个箔片9围成锥形箔片环；所述箔片环临接于所述波片环。
29.如图5所示，每个所述箔片9均为相同的曲面扇形，多个所述箔片9首尾相连，并且相邻的箔片9部分重叠，围成锥形的所述箔片环并且适配的环绕在所述圆锥轴颈8的周侧。
30.如图4所示，每个所述波片12均为相同的波浪扇面，每个所述波片12均设置在所述结构件的内周面处。所述箔片环设置在所述波片环的内周处。
31.如图3所示，相邻的所述波片12间隔设置，多个所述波片12围成锥形的所述波片环。其中，本实施方式中所述锥形为两端为平面环形的锥形。
32.本轴承特点是针对轴承不同转速的情况设计了两级联动的阻尼减振结构，一级阻尼减振结构为圆锥波箔片形成的摩擦阻尼器，二级阻尼减振结构为金属橡胶阻尼环，二者共同作用使本轴承能够同时承载轴向和径向载荷，圆锥波箔片能够调节轴向和径向刚度和阻尼，金属橡胶阻尼环具有很好的弹性和阻尼性能，耐高温、耐腐蚀、不老化、工作可靠。在设计时，圆锥轴瓦、轴颈及波箔片的圆锥角都可以调整，进而改变轴承的轴向和径向载荷的
大小以及轴向和径向的刚度和阻尼。
33.如图3所示，作为一种可选方式，所述圆锥波箔片阻尼机构包括十个箔片9和十个波片12。十个所述箔片9首尾相叠的围成所述箔片环。十个所述波片12间隔围成所述波片环。十个圆锥波片12和十个圆锥箔片9均匀地分布在圆锥轴颈8上，起到支撑以及调节的作用。圆锥形的波箔片能够承受轴向力和径向力，同时由图4可以看出，波片12的横截面为两个凹槽与两个圆弧拼接而成，呈波浪状，在工作状态下发生微位移，产生干摩擦阻尼的同时还起到了一定的缓冲作用，并提供了一定的弹性阻尼。
34.如图1所示，所述结构件包括供流体环4、圆锥轴瓦5和多条支撑条10。所述圆锥轴瓦5具有锥形的内周面。结合图1～3所示，十条所述支撑条10均匀的嵌设在所述圆锥轴瓦5的内周面上，相邻两条所述支撑条10之间形成扇形锥面，每相邻两条所述支撑条10之间适配的卡嵌一个所述波片12。
35.所述波片12为单面具有波浪凸起的波浪扇面，波浪扇面的两侧为竖直面，两侧的竖直面分别适配的抵接于两侧的所述支撑条10；每个所述箔片9的凸面邻接一个所述波片12的波浪凸起。
36.如图4，每个所述波片12具有两个所述波浪凸起，两端为稍向内倾斜的竖直面，用于对接两侧的支撑条10，以卡接固定所述波片12。
37.如图1和图2所示，所述流体动压轴承还包括环形的大端连接盖6和环形的小端连接盖11。所述大端连接盖6无接触套在所述圆锥轴颈8的大端，并且分别固定连接所述金属橡胶阻尼环2、所述供流体环4、所述圆锥轴瓦5、所述支撑条10、所述波片12和所述箔片9的一端面，可以采用螺栓分别进行固定。所述小端连接盖11无接触套在所述圆锥轴颈8的小端，并且分别固定连接所述金属橡胶阻尼环2、所述供流体环4、所述圆锥轴瓦5、所述支撑条10、所述波片12和所述箔片9的另一端面，可以采用螺栓分别进行固定。
38.作为流体通道的一种实施方式，如图1～3所示，所述供流体环4包括主体环，以及与主体环连通的供流体管，所述供流体管向外依次穿出所述金属橡胶阻尼环2和所述轴承座1，7。在该主体环的内侧面开设出口凹槽，相对的，圆锥轴瓦5对应该凹槽的位置也设置与之相对称的凹槽，形成环形槽3，并且，还在圆锥轴瓦5和支撑条10中开设连通的流体通孔，该流体通孔向外连通所述环形槽3，向内连通至所述圆锥腔。其中，可以在所有的支撑条10中均开设流体通孔，也可以只在对称的两根支撑条10中开设流体通孔(如图3)，圆锥轴瓦5开设对应数量和位置的流体通孔，进行连通。假设本轴承设置了十根支撑条10，即本轴承采用环形槽3周向供油方式供油，十根输油管穿过圆锥轴瓦均布在周向上。也可以是，只在十根支撑条10中的十字坐标端的四根支撑条10开设流体通孔，圆锥轴瓦5在相应位置开设对应的四个流体通孔进行对接，即本轴承采用环形槽3周向供油方式供油，四根输油管穿过圆锥轴瓦均布在周向上，通油对圆锥轴颈8进行润滑和液封薄层支撑。
39.作为流体通道的另一种实施方式，所述供流体环4包括主体环，以及分别与主体环连通的供流体管和出流体管。所述供流体管向外依次穿出所述金属橡胶阻尼环2和所述轴承座1，7。所述出流体管向内依次穿过所述圆锥轴瓦5和所述支撑条10，通向所述圆锥腔。
40.本轴承在正常工作模式下，圆锥波箔片相互作用会产生摩擦阻尼吸收能量降低异常振动，在启动和停止模式下，轴与波箔片的支撑表面接触，同时波箔片表面涂有防摩擦涂层以减少磨损。如图6所示，其具体工作原理如下：在运行过程中，当轴的转速到达一阶临界
转速，振幅增加导致异常振动时，通过波片12和由相互重叠形成的箔片9形成的摩擦阻尼器来吸收能量降低振动，使轴承能够平稳度过一阶临界转速，随后轴承继续提速，当转速到达一阶临界转速二倍左右出现油膜涡动，且振幅超过一定界限时，波片12和由相互重叠形成的箔片9形成的一级摩擦阻尼器和金属橡胶阻尼环形成的二级阻尼器会共同作用来吸收能量降低振动，转轴恢复正常工作状态。
41.上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本实用新型，不能理解为是对本实用新型要求保护范围的限制；只要是根据本实用新型所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本实用新型要求保护的范围。