[发明专利]一种具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承

说明书

技术领域

本发明属于机械设计中的动压气体轴承领域，特别涉及一种适用于高速透平机械的具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承。

背景技术

气体轴承是一种采用气体作为润滑介质的流体膜润滑轴承，即在轴和轴承之间形成气膜，使运动面和静止面避免发生直接接触。气体轴承所采用的方法是利用气体的粘性来提高轴承间隙中的压力，从而使物体浮起。

气体轴承按照其承载原理可以分为静压气体轴承和动压气体轴承。静压轴承是使加压的气体从外部经节流器导入间隙，在间隙内产生静压而使物体浮起来的一种形式。节流的作用在于轴承间隙变化时，改变间隙内的压力。动压式气体轴承副有相对移动的两个表面，还有被称为楔形的间隙。在动压轴承工作时，当间隙的形状沿着移动方向逐渐或总体趋于变窄时，由于摩擦面的相对移动，气体因其本身的粘性作用被带动，并被压缩到楔形间隙内，由此产生了压力场。但是，静压气体轴承需要一套供气系统，增加了装置的复杂性，且需要消耗一定量的压力气体，这限制了其应用。与静压式气体轴承相比，动压气体轴承不需要外部气源，但要求构成楔形间隙的两表面间存在相对运动，而且其动压效果随相对运动速度的增加而愈加明显。这种特性对于存在相对运动表面的结构是十分有利的。采用动压气体轴承则无需供气系统，能极大简化装置，具有显著的节能效果和良好的经济效益，并且能进一步拓展气体轴承的应用范围。

根据载荷的方向，气体轴承可以分为径向轴承和止推轴承以及两者兼具的组合轴承。可倾瓦动压径向气体轴承是径向轴承中的一种，也是目前发展较为成熟的一种气体轴承。可倾瓦动压径向气体轴承的各片轴瓦在圆周方向均匀布置。由于枢轴一端被加工成球形，因此各轴瓦都可以以支点为中心作多方向转动，与转子形成压气楔形状。当系统承受一个小扰动时，忽略轴瓦的惯性，各片轴瓦会根据扰动量的大小立即做出相应的反应与之平衡，从而又回到稳定状态。可倾瓦径向气体轴承瓦块数目可以变化，常用的是三块。目前国外可倾瓦径向动压气体轴承已经有了较为成熟的应用，主要用于大型高速旋转机械和透平机械中。

可倾瓦径向动压气体轴承具有一般弹性结构动压气体轴承的吸收震动能力强、耐冲击、自动补偿加工误差、能够适应一定的受力变形和热变形、稳定性高等优点。但是传统的可倾瓦径向气体轴承依靠瓦块背面弹性钢片一次变形提供弹性支承，变形对结构依赖大，且刚度、阻尼不理想，装配性能差，表现在轴承本身适应载荷和转速的范围有限，限制了其在高速旋转机械中的深入应用。因此发展具有多重刚度能适应不同载荷范围和具有良好装配性能和稳定性的可倾瓦动压径向气体轴承就十分必要了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多重刚度，既能充分发挥可倾瓦轴承的优点，又能适应更宽的载荷范围，可产生多重刚度和阻尼，得到具有较好的弹性支承性能和动态特性的具有多重刚度的可倾瓦径向动压气体轴承。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括轴承座以及设置在轴承座内的轴，在轴的外侧均布有三组径向轴瓦，轴承座上设置有与径向轴瓦相对应的长度可调的枢轴，枢轴上套装有厚度和形态可变的弹性元件，所述弹性元件一端通过连接螺钉固定在轴承座上，另一端通过限位段长度可变的限位装置固定使弹性元件形成半自由状态；限位装置的限位段具有一定自由高度使其下端的半自由状态的弹性元件具有形变、抬起和滑移的空间。

本发明的限位装置采用限位螺钉、限位销钉或在轴承座上附带的具有相同限位功能的结构使得弹性元件产生多重刚度。

本发明将可倾瓦径向动压气体轴承原本固定的弹性金属元件改成一端固定，另外一端半自由的弹性元件，将原有的连接螺钉改成限位螺钉，使其在载荷作用下可产生二次弹性变形，从而产生多重刚度和不同的阻尼来适应更宽的载荷范围，并可以施加预载荷，以提高轴承的承载能力、稳定性以及装配性，本发明还可通过调节弹性元件和枢轴的结构参数，其轴承具有可调节的多重刚度，并可获得预应力载荷和弹性元件的预变形。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明半自由弹性元件工作形变过程示意图，(a)初始状态，(b)一次变形状态，(c)二次变形状态。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。