一种高阻尼可倾瓦气体轴承

本发明涉及径向气体轴承，具体涉及一种高阻尼可倾瓦气体轴承。

背景技术：

1、可倾瓦气体轴承是一种根据转子运动轨迹自适应变动可倾瓦位置，且利用气体动压效应支撑转子载荷的轴承，具有无污染、低耗能高输出、在极端环境下良好运行等优点，被广泛应用于空气循环机、无油涡轮增压器、燃料电池空压机等设备中。当转子处于超高速工作状态时，被压缩的气膜刚度会大于可倾瓦结构刚度，导致可倾瓦的刚度和阻尼直接支撑转子的工作过程。然而，可倾瓦与轴承套为一体结构，轴承的阻尼不足，无法抑制系统的高频次同步振动，而且随转子调节的刚性可倾瓦表面不能充分的容纳压缩气体，限制了轴承的承载力。

2、在传统箔片气体轴承中，顶箔和波箔为一种具有刚度和阻尼的柔性结构，可有效容纳压缩气体，使箔片气体轴承具有优秀的承载力。但是箔片气体轴承的交叉刚度对转子系统的负阻尼作用，激励转子次同步振动，箔片结构的之间的摩擦阻尼无法抑制这种次同步振动，将限制转子系统向更高速方向发展。

技术实现思路

1、针对上述的技术不足，本发明专利申请提供了一种高阻尼可倾瓦气体轴承，以解决径向气体轴承阻尼不足的技术问题，提高系统的稳定性。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述技术目的，本发明提供了以下技术方案：一种双高阻尼可倾瓦气体轴承，包括可倾瓦轴承体、顶箔、波箔、磁体、压电陶瓷pzt、弹簧、螺钉。

3、进一步地，可倾瓦轴承体经线切割加工获得沿圆周方向均布的可倾瓦、放大铰链、放置弹簧的槽和放置pzt的槽。

4、进一步地，可倾瓦由可倾瓦体、可倾瓦支座竖直部分和可倾瓦支座水平部分组成，放大铰链由放大铰链柔性部分和放大铰链刚性部分组成；放置弹簧的槽和放置pzt的槽处于同一水平且相对分布在放大铰链的两侧；两个放大铰链处于同一水平且相对分布在可倾瓦支座竖直部分的两侧；可倾瓦支座水平部分厚度较小，且下方有槽孔，使得可倾瓦在承受一定载荷后可以沿可倾瓦支座竖直部分的方向运动；放大铰链刚性部分处于自由状态，可以绕放大铰链柔性部分为中心进行转动。

5、进一步地，放大铰链刚性部分固定连接所述磁体，且正对所述可倾瓦支座竖直部分，被固定连接的所述磁体与所述可倾瓦支座竖直部分之间有一定的缝隙，且所述磁体表面不接触性影响所述可倾瓦移动。

6、进一步地，弹簧在放置弹簧的槽中，与所述放大铰链刚性部分的一侧接触，对铰链施加预定位移，使得固定后的磁体与所述可倾瓦支座竖直部分的距离达到最小值。

7、进一步地，pzt在放置pzt的槽中，且与所述弹簧在同一水平，与所述放大铰链刚性部分的一侧接触，所述螺钉抵住所述pzt，使pzt与所述放大铰链刚性部分的表面紧密接触，调节放大铰链的初始位置。

8、进一步地，顶箔和所述波箔由模具压制而成，顶箔与波箔一端在一起被固定在可倾瓦体表面上，另一端自由，顶箔表面有润滑金属涂层，可减少转子启停过程中对顶箔的磨损。

9、进一步地，可倾瓦体下方可连接多个可倾瓦支座竖直部分和可倾瓦支座水平部分，新类型的高阻尼可倾瓦气体轴承的放大铰链可单侧作用可倾瓦支座竖直部分。

10、进一步地，pzt用于实现控制放大铰链移动的作用，新类型的高阻尼可倾瓦气体轴承也采用其他的方式实现，如磁致伸缩材料、记忆合金材料等电控移动的材料。

11、进一步地，顶箔和波箔可更改为多孔质瓦，实现静动压混合气悬浮的效果，新类型的高阻尼可倾瓦气体轴承的可倾瓦体表面开有一定深度的凹槽，供气体流动，多孔质瓦被粘在可倾瓦体表面上，可倾瓦的轴向侧面开有螺纹孔连接凹槽，螺纹管安装在螺纹孔中，供气管连接中空的螺纹管向可倾瓦体内的凹槽供气。

12、本发明所采用的技术方案具体一下有益效果：本发明将转子振动导致的可倾瓦的机械振动转换为可倾瓦切割磁感线产生的涡流热能，提高了系统的阻尼效果，且该阻尼在高频振动过程中会更加明显，还可以根据实际需要进行调节，主要体现在工作状态的可倾瓦支座竖直部分切割磁铁产生的磁感线而产生涡流，消耗可倾瓦的动能，磁体与放大铰链刚性端固定连接，放大铰链的刚性端在弹簧和pzt的控制下可以远离或靠近可倾瓦支座竖直部分，使可倾瓦支座竖直部分所处的磁场强度发生变化，进而调节涡流热能的大小；可倾瓦表面固定顶箔和波箔可以以变形的形式承受转子的冲击振动，并容纳压缩气体支撑转子载荷，使得本发明既获得高承载力又获得高阻尼特性。

技术特征：

1.一种高阻尼可倾瓦气体轴承，其特征在于，包括可倾瓦轴承体（1）、顶箔（2）、波箔（3）、磁体（4）、压电陶瓷pzt（5）、弹簧（6）、螺钉（7）；所述可倾瓦轴承体（1）经线切割加工获得沿圆周方向均布的可倾瓦（14）、放大铰链（13）、放置弹簧的槽（11）和放置pzt的槽（12），其中可倾瓦（14）由可倾瓦体（143）、可倾瓦支座竖直部分（142）和可倾瓦支座水平部分（141）组成，放大铰链（13）由放大铰链柔性部分（131）和放大铰链刚性部分（132）组成；放置弹簧的槽（11）和放置pzt的槽（12）处于同一水平且相对分布在放大铰链（13）的两侧；两个放大铰链（13）处于同一水平且相对分布在可倾瓦支座竖直部分（142）的两侧；可倾瓦支座水平部分（141）厚度较小，且下方有槽孔，使得可倾瓦（14）在承受一定载荷后可以沿可倾瓦支座竖直部分（142）的方向运动；放大铰链刚性部分（132）处于自由状态，可以绕放大铰链柔性部分（131）为中心进行转动。

2.根据权利要求1所述高阻尼可倾瓦气体轴承其特征在于，所述放大铰链刚性部分（132）固定连接所述磁体（4），且正对所述可倾瓦支座竖直部分（142），被固定连接的所述磁体（4）与所述可倾瓦支座竖直部分（142）之间有一定的缝隙，且所述磁体（4）表面不接触性影响所述可倾瓦（14）移动。

3.根据权利要求1所述高阻尼可倾瓦气体轴承其特征在于，所述弹簧（6）在放置弹簧的槽（11）中，与所述放大铰链刚性部分（132）的一侧接触，对铰链施加预定位移，使得固定后的磁体（4）与所述可倾瓦支座竖直部分（142）的距离达到最小值。

4.根据权利要求1所述高阻尼可倾瓦气体轴承其特征在于，所述pzt（5）在放置pzt的槽（12）中，且与所述弹簧（6）在同一水平，与所述放大铰链刚性部分（132）的一侧接触，所述螺钉（7）抵住所述pzt（5），使pzt（5）与所述放大铰链刚性部分（132）的表面紧密接触，调节放大铰链（13）的初始位置。

5.根据权利要求1所述高阻尼可倾瓦气体轴承其特征在于，所述顶箔（2）和所述波箔（3）由模具压制而成，顶箔与波箔一端在一起被固定在可倾瓦体（143）表面上，另一端自由，顶箔表面有润滑金属涂层，可减少转子启停过程中对顶箔的磨损。

6.根据权利要求1所述高阻尼可倾瓦气体轴承其特征在于，所述可倾瓦体（143）下方可连接多个可倾瓦支座竖直部分（142）和可倾瓦支座水平部分（141），新类型的高阻尼可倾瓦气体轴承的放大铰链（13）可单侧作用可倾瓦支座竖直部分（142）。

7.根据权利要求1所述高阻尼可倾瓦气体轴承其特征在于，所述pzt（5）用于实现控制放大铰链（13）移动的作用，新类型的高阻尼可倾瓦气体轴承也采用其他的方式实现，如磁致伸缩材料、记忆合金材料等电控移动的材料。

8.根据权利要求1所述高阻尼可倾瓦气体轴承其特征在于，所述顶箔（2）和波箔（3）可更改为多孔质瓦（8），实现静动压混合气悬浮的效果，新类型的高阻尼可倾瓦气体轴承的可倾瓦体（143）表面开有一定深度的凹槽，供气体流动，多孔质瓦（8）被粘在可倾瓦体（143）表面上，可倾瓦的轴向侧面开有螺纹孔连接凹槽，螺纹管安装在螺纹孔中，供气管连接中空的螺纹管向可倾瓦体（143）内的凹槽供气。

技术总结
本发明提供了一种高阻尼可倾瓦气体轴承，涉及气体轴承技术领域，解决了现存气体轴承低阻尼的原理性难题，可有效提高系统稳定性。该发明装置包括：可倾瓦轴承体、顶箔、波箔、磁体、压电陶瓷（PZT）、弹簧、螺钉。使用线切割加工可倾瓦轴承体，获得可倾瓦、放大铰链以及用于放置弹簧和PZT的槽，其中放大铰链刚性部分固定连接磁体，且正对可倾瓦支座，弹簧水平放置在槽中，支撑放大铰链的一侧，对铰链施加预定位移，PZT与弹簧处于同一水平，支撑可倾瓦支座的另一侧，螺钉抵住PZT，使PZT与铰链紧密接触，调节放大铰链的初始位置，波箔和顶箔被压制而成，一端固定在可倾瓦表面上，另一端自由。通过控制PZT的供电电压，改变其伸缩长度，调节放大铰链的移动方向和大小，即改变磁体与可倾瓦支座的距离，影响磁场强度大小，进而将偏心转子振动导致的可倾瓦振动机械能转换为可倾瓦支座的涡流热能，调节轴承的阻尼特性，改善系统的稳定性。

技术研发人员：曹远龙,刘亚春,曹远飞,关汗青,伍奕桦
受保护的技术使用者：南华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11