径向气体箔片轴承、空气压缩机、汽车和飞机的制作方法

1.本实用新型涉及气体箔片轴承技术领域，尤其涉及一种径向气体箔片轴承、包括该径向气体箔片轴承的空气压缩机、使用该空气压缩机的汽车和飞机。


背景技术：

2.气体润滑轴承是利用气体充当润滑介质的轴承，其原理为流体在外部压力的作用下形成薄膜，支承外界载荷。现阶段，根据润滑气膜产生过程的不同可将气体润滑轴承分为动压气体轴承、静压气体轴承以及挤压型气体轴承。气体润滑技术在上世纪50年代得到飞速发展，气体润滑技术的出现极大丰富了润滑轴承的种类，特别是在结构简单，要求传动部件少、转速高的工作条件下，传统的油润滑滑动轴承较易暴漏其能耗过高、线速度低、稳定性不足等问题，而气体润滑轴承凭借其高转速、高精度、高可靠性、无油润滑、低摩擦损耗和能在高温环境下工作的特点，经常被选作传统油润滑轴承的理想替代品，尤其是在超高速旋转机械技术领域，气体润滑轴承有着十分广阔的应用前景。
3.但目前的动压气体轴承或静压气体轴承在使用过程中均存在一定的局限性，多数情况之下并不能满足一些复杂严苛工况的要求。如传统动压气体轴承，其是利用转子与轴承表面之间形成的楔形空间产生的楔形效应，伴着转子速度的不断提升，由于气体的粘性，周围气体不断被拖入楔形空间，从而楔形空间内气压不断提升，当轴承转速达到一定值时才能形成动压气膜，从而进入稳定气体润滑状态，在动压效应下，转速越高，轴承的承载能力越高。但是在一些较大冲击复杂严苛运行工况下，如飞机空气循环机中使用的动压轴承以及在氢能源燃料汽车中使用的车用燃料电池空压机中的气体箔片轴承，由于飞机加速过程中超大的重力加速度以及汽车运行过程中随路况变化带来的瞬间巨大加速度的冲击，从而使传统动压箔片轴承同转子接触部位的顶箔及波箔位置瞬间承受几倍甚至数十倍于转子重力的巨大冲击力，而使得动压气体箔片轴承波箔发生严重塑性变形，进而影响转子同轴承之间的配合间隙，这将直接导致气体轴承运行精度及可靠性急剧下降。
4.现有技术公开了一种气体箔片径向轴承，该气体箔片径向轴承具有两层弹性支撑箔片，两层弹性支撑箔片包括若干个尺寸递变的弹性小片，具体的，从弹性支撑箔片两端向弹性支撑箔片中部的方向，弹性小片的尺寸逐渐增大。该气体箔片径向轴承通过尺寸渐变的弹性小片，使得弹性支撑箔片中部具有更大的刚度，从而达到中间和两端的弹性小片变形程度一致。该种弹性支撑箔片，虽然整体变形程度一致，但是对于弹性支撑箔片局部，例如弹性支撑箔片的两端，在具有较大冲击的运行工况下，存在刚性不足的缺陷，极易导致气体箔片径向轴承运行精度及可靠性急剧下降。


技术实现要素：

5.本实用新型的其中一个目的是提出一种径向气体箔片轴承，解决了现有技术中在具有较大冲击的运行工况下，径向气体箔片轴承存在局部刚性不足的技术问题。本实用新型优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
7.本实用新型的径向气体箔片轴承，包括轴承壳、弹性支撑金属丝网和支撑顶箔，所述支撑顶箔位于所述轴承壳内侧，所述弹性支撑金属丝网位于所述轴承壳与所述支撑顶箔之间，其中，所述弹性支撑金属丝网沿轴承的周向和轴向方向均设置有多组弹性支撑单元，所述弹性支撑单元包括多个长度不同的支撑梁。
8.根据一个优选实施方式，在轴承的周向方向，相邻两组所述弹性支撑单元的支撑梁长度渐变趋势相反，在轴承的轴向方向，相邻两组所述弹性支撑单元的支撑梁长度渐变趋势相同和/或相反。
9.根据一个优选实施方式，在轴承的周向方向，相邻两组所述弹性支撑单元的支撑梁长度变化分别为依次增大和依次减小，在轴承的轴向方向，相邻两组所述弹性支撑单元的支撑梁长度变化均为依次增大或均为依次减小；或者是在轴承的周向方向，相邻两组所述弹性支撑单元的支撑梁长度变化分别为依次减小和依次增大，在轴承的轴向方向，相邻两组所述弹性支撑单元的支撑梁长度变化均为依次减小或依次增大。
10.根据一个优选实施方式，所述弹性支撑单元包括第一支撑梁、第二支撑梁和第三支撑梁，所述第一支撑梁、所述第二支撑梁和所述第三支撑梁间隔设置且长度依次增大。
11.根据一个优选实施方式，所述第一支撑梁、所述第二支撑梁和所述第三支撑梁相邻两者间的长度差值为1～3mm。
12.根据一个优选实施方式，所述第一支撑梁、所述第二支撑梁和所述第三支撑梁的宽度相同，并且所述第一支撑梁、所述第二支撑梁和所述第三支撑梁的宽度为0.8～1.5mm。
13.根据一个优选实施方式，所述弹性支撑金属丝网沿轴承的周向方向均布设置至少十组所述弹性支撑单元，所述弹性支撑金属丝网沿轴承的轴向方向均布设置至少四组所述弹性支撑单元。
14.根据一个优选实施方式，所述弹性支撑金属丝网为一体式结构，所述支撑顶箔为一体式结构。
15.根据一个优选实施方式，所述轴承壳内侧设置有线槽，所述弹性支撑金属丝网和所述支撑顶箔位于所述线槽内，并且所述线槽在轴承径向方向的宽度大于所述弹性支撑金属丝网和所述支撑顶箔的厚度之和。
16.根据一个优选实施方式，所述线槽在轴承径向方向的宽度比所述弹性支撑金属丝网和所述支撑顶箔的厚度之和大0.3～0.5mm。
17.本实用新型的另一个目的是提出一种空气压缩机、汽车和飞机，改善了现有空气压缩机、汽车和飞机的性能。
18.本实用新型的空气压缩机，包括本实用新型中任一项技术方案所述的径向气体箔片轴承。
19.本实用新型的汽车，包括本实用新型中任一项技术方案所述的空气压缩机。
20.本实用新型的飞机，包括本实用新型中任一项技术方案所述的空气压缩机。
21.本实用新型提供的径向气体箔片轴承、空气压缩机、汽车和飞机至少具有如下有益技术效果：
22.本实用新型的径向气体箔片轴承，通过弹性支撑金属丝网取代传统支撑波箔，弹性支撑金属丝网由多组弹性支撑单元组成，每个弹性支撑单元包括多个长度不同的支撑
梁，在工作时，长度最长的一组支撑梁优先发生变形，当转子给的压力持续变大时，长度依次减小的支撑梁相继发生变形，长度最短的支撑梁最后发生变形，该种弹性支撑单元由于每组梁的长度均较短，使得每组梁都具有很高的抗弯强度，可以保障弹性支撑单元在较大载荷下依然只发生弹性变形，从而使得径向气体箔片轴承在巨大冲击及强重力场中工作时，弹性支撑金属丝网依然只发生弹性形变，当强大冲击消失或重力场恢复正常时，弹性支撑金属丝网恢复到原有位置，轴承尺寸依然保持正常，而非如金属波箔可能发生永久塑性形变而导致气体箔片轴承运行异常。第二，由于载荷不同时，弹性支撑单元中各支撑梁的作用顺序不同，使得径向气体箔片轴承在轴向和径向上都保持变刚度，近而弹性支撑金属丝网整体刚度分布均匀，易于楔形气膜形成，从而大大保障了径向气体箔片轴承工作运行的稳定可靠性以及运行工况的广度。第三，由于弹性支撑金属丝网沿轴承的周向和轴向方向均设置有多组弹性支撑单元，每组弹性支撑单元的刚度一致，从而可进一步使弹性支撑金属丝网整体刚度分布均匀，径向气体箔片轴承在具有较大冲击的运行工况下，弹性支撑金属丝网各处均可保持足够的刚性，从而进一步保障了径向气体箔片轴承工作运行的稳定可靠性以及运行工况的广度。即本实用新型的径向气体箔片轴承，解决了现有技术中在具有较大冲击的运行工况下，径向气体箔片轴承存在局部刚性不足的技术问题。
23.本实用新型的空气压缩机，包括本实用新型中任一项技术方案的径向气体箔片轴承，由于径向气体箔片轴承具有运行精度高、稳定可靠性高、运行工况广的优势，从而可提高空气压缩机的性能，拓展空气压缩机的应用领域。
24.本实用新型的汽车，包括本实用新型中任一项技术方案的空气压缩机，由于空气压缩机性能提升，从而可提高汽车的性能。
25.本实用新型的飞机，包括本实用新型中任一项技术方案的空气压缩机，由于空气压缩机性能提升，从而可提高飞机的性能。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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他的附图。
27.图1是本实用新型径向气体箔片轴承优选实施方式的爆炸结构示意图；
28.图2是本实用新型径向气体箔片轴承优选实施方式的整体结构示意图；
29.图3是本实用新型径向气体箔片轴承优选实施方式的局部结构示意图；
30.图4是本实用新型弹性支撑金属丝网优选实施方式的展开示意图；
31.图5是本实用新型的第三支撑梁受力形变的示意图；
32.图6是本实用新型的第二支撑梁和第三支撑梁受力形变的示意图。
33.图中：10、轴承壳；101、线槽；20、弹性支撑金属丝网；201、弹性支撑单元；2011、第一支撑梁；2012、第二支撑梁；2013、第三支撑梁；30、支撑顶箔。
具体实施方式
34.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术
方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
35.下面结合说明书附图1～6以及实施例1～4对本实用新型的径向气体箔片轴承、空气压缩机、汽车和飞机进行详细说明。
36.实施例1
37.本实施例对本实用新型的径向气体箔片轴承进行详细说明。
38.本实施例的径向气体箔片轴承，包括轴承壳10、弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30，支撑顶箔30位于轴承壳10内侧，弹性支撑金属丝网20位于轴承壳10与支撑顶箔30之间，如图1～3所示。优选的，弹性支撑金属丝网20沿轴承的周向和轴向方向均设置有多组弹性支撑单元201，弹性支撑单元201包括多个长度不同的支撑梁。本实施例所说的轴承的周向方向即为弹性支撑金属丝网20展开后的长度方向，或者说是弹性支撑金属丝网20展开后横向方向，如图4所示；本实施例所说的轴承的轴向方向即为弹性支撑金属丝网20展开后的宽度方向，或者说是弹性支撑金属丝网20展开后竖向方向，如图4所示。
39.本实施例的径向气体箔片轴承，通过弹性支撑金属丝网20取代传统支撑波箔，弹性支撑金属丝网20由多组弹性支撑单元201组成，每个弹性支撑单元201包括多个长度不同的支撑梁，在工作时，长度最长的一组支撑梁优先发生变形，当转子给的压力持续变大时，长度依次减小的支撑梁相继发生变形，长度最短的支撑梁最后发生变形，该种弹性支撑单元201由于每组梁的长度均较短，使得每组梁都具有很高的抗弯强度，可以保障弹性支撑单元201在较大载荷下依然只发生弹性变形，从而使得径向气体箔片轴承在巨大冲击及强重力场中工作时，弹性支撑金属丝网20依然只发生弹性形变，当强大冲击消失或重力场恢复正常时，弹性支撑金属丝网20恢复到原有位置，轴承尺寸依然保持正常，而非如金属波箔可能发生永久塑性形变而导致气体箔片轴承运行异常。第二，由于载荷不同时，弹性支撑单元201中各支撑梁的作用顺序不同，使得径向气体箔片轴承在轴向和径向上都保持变刚度，近而弹性支撑金属丝网20整体刚度分布均匀，易于楔形气膜形成，从而大大保障了径向气体箔片轴承工作运行的稳定可靠性以及运行工况的广度。第三，由于弹性支撑金属丝网20沿轴承的周向和轴向方向均设置有多组弹性支撑单元201，每组弹性支撑单元201的刚度一致，从而可进一步使弹性支撑金属丝网20整体刚度分布均匀，径向气体箔片轴承在具有较大冲击的运行工况下，弹性支撑金属丝网20各处均可保持足够的刚性，从而进一步保障了径向气体箔片轴承工作运行的稳定可靠性以及运行工况的广度。即本实施例的径向气体箔片轴承，解决了现有技术中在具有较大冲击的运行工况下，径向气体箔片轴承存在局部刚性不足的技术问题。
40.根据一个优选实施方式，在轴承的周向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度渐变趋势相反，在轴承的轴向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度渐变趋势相同和/或相反。优选的，在轴承的周向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度渐变趋势相反，在轴承的轴向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度渐变趋势相同。更优选的，在轴承的周向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度变化分别为依次增大和依次减小，在轴承的轴向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度变化均为依次增大或均为依次减小。或者是在轴承的周向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度变
化分别为依次减小和依次增大，在轴承的轴向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度变化均为依次减小或依次增大。
41.本实施例优选技术方案的径向气体箔片轴承，在轴承的周向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度渐变趋势相反，在轴承的轴向方向，相邻两组弹性支撑单元201的支撑梁长度渐变趋势相同，即不同长度的支撑梁交叉设置，可进一步使弹性支撑金属丝网20整体刚度分布均匀，在具有较大冲击的运行工况下，弹性支撑金属丝网20各处均可保持足够的刚性，从而进一步保障了径向气体箔片轴承工作运行的稳定可靠性以及运行工况的广度。
42.根据一个优选实施方式，弹性支撑单元201包括第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013，第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013间隔设置且长度依次增大，如图4所示。优选的，第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013相邻两者间的长度差值为1～3mm。优选的，第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013的宽度相同，并且第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013的宽度为0.8～1.5mm。优选的，第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013的宽度也可不相同，不同宽度的支撑梁也具有不同的刚度。具体的，在工作时，支撑梁的宽度越小、长度越长，优先发生变形；支撑梁的宽度越宽、长度越短，越晚发生变形。
43.本实施例优选技术方案的弹性支撑单元201包括第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013，第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013间隔设置且长度依次增大，在工作时，长度最长的第三支撑梁2013优先发生变形，此时第一支撑梁2011和第二支撑梁2012尚未发生变形，未和轴承壳10发生接触，可起到支撑作用，易于楔形气膜形成，从而大大保障了径向气体箔片轴承工作运行的稳定可靠性，具体如图5所示；当转子给的压力继续变大或者转子受到较大冲击力时，此时第二支撑梁2012相继发生变形，此时第一支撑梁2011尚未发生变形，未和轴承壳10发生接触，可起到支撑作用，易于楔形气膜形成，从而可大大保障了径向气体箔片轴承工作运行的稳定可靠性，具体如图6所示；当载荷或者冲击力继续增强，第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013均发生弹性变形，此时第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013紧贴轴承壳10的内表面，当载荷或者冲击力消失，由于第一支撑梁2011、第二支撑梁2012和第三支撑梁2013发生的是弹性变形，可迅速回弹，恢复原有结构，弹性支撑金属丝网20恢复到原有位置，轴承尺寸依然保持正常。
44.不限于此，本实施例优选技术方案的弹性支撑单元201也可只包含两个不同长度的支撑梁，也可包括至少四个不同长度的支撑梁。
45.根据一个优选实施方式，弹性支撑金属丝网20沿轴承的周向方向均布设置至少十组弹性支撑单元201，弹性支撑金属丝网20沿轴承的轴向方向均布设置至少四组弹性支撑单元201。不限于此，弹性支撑金属丝网20沿轴承的周向方向也可均布设置其余数量的弹性支撑单元201，弹性支撑金属丝网20沿轴承的轴向方向也可均布设置其余数量的弹性支撑单元201，具体视径向气体箔片轴承应用环境而定。可知的，弹性支撑金属丝网20上设置的弹性支撑单元201的数量越多，弹性支撑金属丝网20刚度分布的均匀程度越高。
46.根据一个优选实施方式，弹性支撑金属丝网20为一体式结构，支撑顶箔30为一体式结构，如图1所示。本实施例优选技术方案的弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30均为一体
式结构，使得径向气体箔片轴承整体结构简单、可靠性高。
47.根据一个优选实施方式，轴承壳10内侧设置有线槽101，弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30位于线槽101内，如图1～3所示。优选的，线槽101在轴承径向方向的宽度大于弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30的厚度之和。更优选的，线槽101在轴承径向方向的宽度比弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30的厚度之和大0.3～0.5mm。
48.本实施例优选技术方案的弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30同时位于线槽101内，并且线槽101在轴承径向方向的宽度大于弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30的厚度之和，弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30的两端部为自由端，可通过弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30的弯曲回张力而产生自预紧，使弹性支撑金属丝网20和支撑顶箔30之间产生预紧效果，紧贴轴承壳10内壁。该种结构的径向气体箔片轴承在高速运转过程中具有优异的刚度及阻尼，能够有效预防转子在高速运转过程产生的自激振动，提高轴承高速稳定性。
49.实施例2
50.本实施例对本实用新型的空气压缩机进行详细说明。
51.本实施例的空气压缩机，包括实施例1中任一项技术方案的径向气体箔片轴承。本实施例空气压缩机的其余结构可与现有技术相同，在此不再赘述。本实施例的空气压缩机，包括实施例1中任一项技术方案的径向气体箔片轴承，由于径向气体箔片轴承具有运行精度高、稳定可靠性高、运行工况广的优势，从而可提高空气压缩机的性能，拓展空气压缩机的应用领域。
52.实施例3
53.本实施例对本实用新型的汽车进行详细说明。
54.本实施例的汽车，包括实施例2中任一项技术方案的空气压缩机。本实施例汽车的其余结构可与现有技术相同，在此不再赘述。本实施例的汽车例如是氢能源燃料汽车。本实施例的汽车，包括实施例2中任一项技术方案的空气压缩机，由于空气压缩机性能提升，从而可提高汽车的性能。
55.实施例4
56.本实施例对本实用新型的飞机进行详细说明。
57.本实施例的飞机，包括实施例2中任一项技术方案的空气压缩机。本实施例飞机的其余结构可与现有技术相同，在此不再赘述。本实施例的飞机，包括实施例2中任一项技术方案的空气压缩机，由于空气压缩机性能提升，从而可提高飞机的性能。
58.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
59.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含
义。
60.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。