專利名稱：磁氣混合軸承及彈性箔片制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的磁氣混合軸承及彈性箔片制作方法屬于機(jī)械領(lǐng)域的磁懸浮軸承和動(dòng)壓氣體軸承。
背景技術(shù)：
磁懸浮軸承是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空間、使轉(zhuǎn)子與定子之間實(shí)現(xiàn)無機(jī)械摩擦支承的一種新型高性能軸承。目前最常用的類型是主動(dòng)磁懸浮軸承(Active Magnetic Bearing，簡稱AMB)。氣體軸承是一種采用氣體作為潤滑介質(zhì)的流體膜潤滑軸承，即使軸和軸承之間形成氣膜，運(yùn)動(dòng)面和靜止面避免發(fā)生直接接觸，氣體軸承所采用的方法是利用氣體的粘性來提高軸承間隙中的壓力，從而使物體浮起。動(dòng)壓式氣體軸承副有兩個(gè)相對移動(dòng)的表面，并有楔形的間隙，在工作時(shí)，當(dāng)間隙的形狀沿著移動(dòng)方向逐漸或總體趨勢變窄時(shí)，由于摩擦面的相對移動(dòng)，氣體因其本身的粘性作用而被帶動(dòng)，并被壓縮到楔形間隙內(nèi)，由此產(chǎn)生了壓力場。與靜壓式氣體軸承相比，動(dòng)壓氣體軸承不需要外部氣源，但要求構(gòu)成楔形間隙的兩表面間存在相對運(yùn)動(dòng)，而且其動(dòng)壓效果將隨相對運(yùn)動(dòng)速度的增加而愈加明顯。這種特性對于相對運(yùn)動(dòng)表面的結(jié)構(gòu)是十分有利的。所謂箔片氣體軸承，它是用彈性箔片體來形成軸承的內(nèi)表面，當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在軸和彈性箔片體之間形成了動(dòng)壓氣膜。國外提出了平箔型、懸臂型、波箔型、多楔型和螺旋槽型的箔片氣體軸承。60年代末70年代初為了滿足高速透平機(jī)械，特別是航空航天用高速透平機(jī)械對軸承穩(wěn)定型及壽命的要求，ASAC(Allied Signal Aerospace CO.)在美國空軍NASA的支持下成功的開發(fā)出一種懸臂型箔片徑向軸承Garrett箔片軸承，并成功的應(yīng)用于麥道DC-10、波音727、757、767民航客機(jī)、F4、F15、F18戰(zhàn)斗機(jī)、A7E艦載飛機(jī)、A300B、A-7E殲擊機(jī)的飛機(jī)座艙空氣制冷系統(tǒng)透平機(jī)械中。1994年該公司的資料報(bào)道西方國家90％商用飛機(jī)的空氣制冷系統(tǒng)采用了該種Garrett形式的箔片動(dòng)壓氣體軸承透平機(jī)。Garrett箔片軸承還于1971-1976年間被分階段改裝到幾種航空用小型燃?xì)廨啓C(jī)上。這種軸承表面有成對的箔片和箔片組件組成。這些箔片沿軸承座內(nèi)孔孔壁順次均勻重疊排列，箔片一側(cè)剛性的固裝或鉸裝在軸承座內(nèi)孔縱向凹槽內(nèi)，另一側(cè)則自由的迭搭在相鄰箔片上。為了調(diào)節(jié)箔片元件搭接角度和改變軸承表面彈性變形，可在箔片元件下方放置彈簧片，它們還可以起到控制軸承預(yù)載荷及軸承表面剛度的作用。主動(dòng)磁懸浮軸承和動(dòng)壓氣體箔片軸承都可以獨(dú)立的作為低功耗、高速、高精度的支承。但單獨(dú)使用時(shí)都存在著一些問題，如箔片氣體軸承在啟動(dòng)和停車時(shí)的低速運(yùn)行階段，箔片表面的涂層容易剝落并損壞箔片。而主動(dòng)磁懸浮軸承需要輔助軸承、承載力低、動(dòng)態(tài)剛度低、阻尼小，控制系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)。將它們兩者結(jié)合在一起，利用它們各自的優(yōu)點(diǎn)并克服其缺點(diǎn)，將是軸承領(lǐng)域的新技術(shù)，其性能要遠(yuǎn)比單獨(dú)使用主動(dòng)磁懸浮軸承或箔片氣體軸承優(yōu)越。國外已經(jīng)注意到這個(gè)問題，ErikE.Swansonb博士4年前就發(fā)表了對磁氣混合軸承的研究結(jié)果。他將磁軸承和箔片氣體軸承結(jié)合在一起，以提高磁軸承系統(tǒng)的阻尼、剛度和承載力。從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面計(jì)算、測試了箔片氣體軸承的阻尼、剛度和承載力，研究了這種軸承作為磁軸承的輔助軸承的可行性。雖然國內(nèi)外對磁氣混合軸承進(jìn)行了研究，但其最大的缺點(diǎn)是箔片氣體軸承要占據(jù)很大的軸向空間，降低了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)性能，而其應(yīng)用研究，目前還處于探索階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、能改善主動(dòng)磁懸浮軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性，并改善氣體動(dòng)壓軸承的低速性能的磁氣混合軸承。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將氣體動(dòng)壓軸承嵌入主動(dòng)磁懸浮徑向軸承和軸間的氣隙中，包括主動(dòng)磁懸浮徑向軸承，嵌入主動(dòng)磁懸浮軸承磁極間的彈性箔片，該彈性箔片通過集成在主動(dòng)磁懸浮徑向軸承磁極間的鎖緊機(jī)構(gòu)固定在主動(dòng)磁懸浮軸承磁極和軸間的氣隙內(nèi)。所述鎖緊機(jī)構(gòu)包括用于壓緊彈性箔片一端的鎖緊楔塊，與鎖緊楔塊另一平面相接觸的第一塊具有楔角的斜塊，該斜塊的斜面與第二塊具有楔角斜塊的斜面相接觸，使兩塊斜塊相對滑動(dòng)頂緊鎖緊楔塊后，可以采用焊接、螺紋等緊固件方法固定兩斜塊的相對位置，例如在第二塊斜塊的楔角頂端有一塊壓在底部墊塊上的壓板，螺釘通過壓板旋入該斜塊的楔角頂端的端部內(nèi)。
由于本發(fā)明是一種主動(dòng)磁懸浮徑向軸承和彈性箔片動(dòng)壓氣體徑向軸承結(jié)合在一起的并聯(lián)式結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)，不僅縮短了軸承的軸向長度，而且提高了軸承的綜合性能。一方面，氣體軸承可以作為主動(dòng)磁懸浮軸承的輔助軸承，改善了主動(dòng)磁懸浮軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性；另一方面，氣體動(dòng)壓軸承在低速時(shí)，動(dòng)壓氣膜尚未建立，用磁懸浮軸承使轉(zhuǎn)子起浮，改善了氣體動(dòng)壓軸承的低速性能。
四

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，1.主動(dòng)磁懸浮徑向軸承，2.彈性箔片，3.鎖緊楔塊，4.第一塊斜塊，5.底端墊塊，9.第二塊斜塊，10.軸；圖2是本發(fā)明的鎖緊機(jī)構(gòu)示意圖，圖2中的標(biāo)號名稱6.壓板，7.螺釘，8.止動(dòng)墊圈，9.第二塊斜塊；圖3是本發(fā)明的彈性箔片結(jié)構(gòu)示意圖；五具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的機(jī)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1，2，3本發(fā)明的組成包括主動(dòng)磁懸浮徑向軸承1，彈性箔片2通過集成在主動(dòng)磁懸浮軸承磁極的鎖緊機(jī)構(gòu)固定在主動(dòng)磁懸浮軸承磁極和軸間的極小氣隙內(nèi)。彈性箔片動(dòng)壓氣體軸承可以采用多種形式，如平箔型，懸臂型，波箔型等，關(guān)鍵是在主動(dòng)磁懸浮徑向軸承和軸間的極小氣隙內(nèi)將彈性箔片的位置固定，由于主動(dòng)磁懸浮徑向軸承空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，彈性箔片的鎖緊裝置只能集成在主動(dòng)磁懸浮軸承的磁極間。本發(fā)明主要是針對懸臂型箔片氣體軸承設(shè)計(jì)的鎖緊機(jī)構(gòu)和彈性箔片。鎖緊機(jī)構(gòu)如圖2所示，由鎖緊楔塊3、兩塊具有楔形角的斜塊4和9，壓板6，止動(dòng)墊圈8和螺釘7所構(gòu)成。彈性箔片如圖3所示，彈性箔片是先彎曲成形，經(jīng)表面處理后的具有預(yù)楔角的圓弧形彈性金屬箔片(以下簡稱箔片)。由八塊具有預(yù)楔角的圓弧形彈性箔片2組成，箔片的一端由鎖緊楔塊3壓緊于磁極的一側(cè)，同時(shí)，箔片的另一端與相鄰箔片貼合。箔片的徑向位置由鎖緊楔塊的形狀決定，因此要保證楔塊的圓弧面徑向位置不能高于或低于磁極。旋緊螺釘7使斜塊4、9產(chǎn)生相對滑動(dòng)，并鎖緊楔塊。工作時(shí)主動(dòng)磁懸浮軸承首先使軸起浮，當(dāng)軸開始旋轉(zhuǎn)后，在彈性箔片和軸表面之間建立起潤滑膜，箔片因受到此壓力作用而變形，該變形又與氣膜間隙耦合，最終轉(zhuǎn)子-軸承達(dá)到穩(wěn)定的平衡。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡單，所占據(jù)軸向空間小，能充分發(fā)揮了主動(dòng)磁懸浮軸承和箔片軸承的優(yōu)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了彈性支承結(jié)構(gòu)良好的阻尼特性，改善了軸承的結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)態(tài)特性。
彈性箔片(2)可采用下列步驟制成1、將箔帶材裁成矩形片狀體；
2、根據(jù)箔片形狀的要求，設(shè)計(jì)箔片定形模具；3、把矩形箔片體平放于箔片定形模具中的凸模和凹模之間，對凸模加一推力使凸?；瑒?dòng)并最終壓緊箔片；4、將上述模具和箔片的整體放入干燥箱中半小時(shí)加熱至700-950攝氏度，并保溫6-8小時(shí)后空冷。
5、線切割去除箔片兩端多余的部分；6、卸除凸模推力，取出已成形的箔片體，檢查箔片表面質(zhì)量，在軸承裝配前，箔片表面涂擦一層二硫化鉬粉末。
權(quán)利要求
1.一種磁氣混合軸承，包括主動(dòng)磁懸浮徑向軸承(1)，，其特征在于還包括嵌入在主動(dòng)磁懸浮軸承磁極間的彈性箔片(2)，該彈性箔片(2)通過集成在主動(dòng)磁懸浮軸承磁極間的鎖緊機(jī)構(gòu)固定在主動(dòng)磁懸浮軸承和軸間的氣隙內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁氣混合軸承，其特征在于鎖緊機(jī)構(gòu)包括用于壓緊彈性箔片(2)一端的鎖緊楔塊(3)，與鎖緊楔塊(3)另一平面相接觸的第一塊具有楔角形的斜塊(4)，該斜塊(4)的斜面與第二塊具有楔角形斜塊(9)的斜面相互接觸，兩塊斜塊(4)、(9)相互滑動(dòng)頂緊鎖緊楔塊(3)后，其相對位置通過其中一塊斜塊楔角頂端的緊固件固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁氣混合軸承，其特征在于，所述緊固件是在第二塊斜塊(9)的楔角頂端有一塊壓在底部墊塊(5)上的壓板(6)，螺釘(7)通過壓板(6)旋入斜塊(9)的楔角頂端的端部內(nèi)。
4.一種彈性箔片的制作方法，其特征在于a、將箔帶材裁成矩形片狀體；b、根據(jù)箔片形狀的要求，設(shè)計(jì)箔片定形模具；c、把矩形箔片體平放于箔片定形模具中的凸模和凹模之間，對凸模加一推力使凸模滑動(dòng)并最終壓緊箔片；d、將上述模具和箔片的整體放入干燥箱中半小時(shí)加熱至700-950攝氏度，并保溫6-8小時(shí)后空冷。e、線切割去除箔片兩端多余的部分；f、卸除凸模推力，取出已成形的箔片體，檢查箔片表面質(zhì)量，在軸承裝配前，箔片表面涂擦一層二硫化鉬粉末。
全文摘要
一種磁氣混合軸承，是主動(dòng)磁懸浮軸承和動(dòng)壓氣體軸承的混合軸承，包括主動(dòng)磁懸浮徑向軸承(1)和嵌入在磁懸浮軸承磁極間的彈性箔片(2)及其由鎖緊楔塊(3)、斜塊(4)和(9)、墊塊(5)、壓板(6)、螺釘(7)、止動(dòng)墊圈(8)組成的鎖緊機(jī)構(gòu)。彈性箔片在磁極內(nèi)表面設(shè)置有預(yù)楔角，箔片的一端壓緊在磁極上，由于箔片具有彈性，比剛性支承具有更好的靜、動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于磁力作用，轉(zhuǎn)子懸浮于平衡位置，避免箔片和轉(zhuǎn)子表面之間的嚴(yán)重摩擦，由于流體動(dòng)力作用，箔片受到壓力作用而變形，該變形又與氣膜間隙耦合，最終轉(zhuǎn)子－軸承達(dá)到穩(wěn)定的平衡。因此該軸承結(jié)構(gòu)簡單，充分發(fā)揮了主動(dòng)磁懸浮軸承和箔片軸承的優(yōu)點(diǎn)，突現(xiàn)了彈性支承結(jié)構(gòu)良好的阻尼特性，改善了軸承的結(jié)構(gòu)剛度和動(dòng)態(tài)特性。
文檔編號F16C33/00GK1730959SQ200510041540
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者徐龍祥, 喬雷 申請人:南京航空航天大學(xué)