本發(fā)明涉及一種動壓止推軸承，特別涉及使用柔性的平面表面作為軸承工作面的動壓止推軸承及其組裝方法。

背景技術(shù)：

動壓氣體軸承按照限制轉(zhuǎn)子位移的方向不同，分為動壓氣體徑向軸承與動壓氣體止推軸承，其中動壓氣體徑向軸承限制轉(zhuǎn)子徑向位移并承擔來自徑向的載荷，而動壓氣體止推軸承限制轉(zhuǎn)子軸向位移并承擔來自軸向的載荷。動壓氣體軸承又可按照軸承表面為剛性或柔性，分為剛性表面動壓氣體軸承和柔性表面動壓氣體軸承，其中柔性表面動壓氣體軸承由于具有高速穩(wěn)定性好、不易抱死、制造精度與裝配精度要求低等優(yōu)勢，在高速及超高速回轉(zhuǎn)機械中有廣泛應(yīng)用前景。

柔性表面動壓氣體軸承在工作時，在高速運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子表面與軸承表面之間形成動壓氣膜，由動壓氣膜分離轉(zhuǎn)子與軸承表面因此消除接觸摩擦，但在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低的啟動階段，轉(zhuǎn)速不足以形成有效的動壓氣膜，從而使轉(zhuǎn)子與軸承表面間存在接觸摩擦，造成啟動力矩大、轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)子工作面磨損。工程上可用的柔性表面動壓氣體軸承需要具有較低的啟動阻力矩和足夠的啟停次數(shù)壽命。

本發(fā)明涉及一種柔性動壓氣體止推軸承。柔性動壓氣體止推軸承采用多個墊片的結(jié)構(gòu)設(shè)計，墊片的數(shù)量從4片到8片不等并按圓周方向均勻布滿整個軸承工作表面。目前的柔性動壓氣體止推軸承的墊片都采用了有入口斜坡的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種設(shè)計使止推盤與軸承工作表面間形成初始的楔形氣膜，理論上有利于氣體動壓效應(yīng)在氣膜間隙入口附近的形成，并提高動壓氣體止推軸承的承載能力。然而，實際制造過程中發(fā)現(xiàn)由于入口斜坡的斜坡角度非常小且軸承表面為柔性而難以加工，使得加工出理想的入口斜坡結(jié)構(gòu)非常困難。不理想的入口斜坡結(jié)構(gòu)不僅不會增大軸承的承載能力，反而會造成軸承啟動力矩大、局部磨損嚴重、難以起飛等諸多問題，進而影響到軸承的正常使用。

本發(fā)明在繼承傳統(tǒng)柔性止推動壓氣體軸承柔性的特征的基礎(chǔ)上，提出無入口斜坡的平面表面柔性動壓氣體止推軸承，克服傳統(tǒng)柔性動壓止推軸承難以加工且性能不理想的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種柔性動壓氣體止推軸承，包括軸承座、連接在軸承座上的彈性支撐體和連接在彈性支撐體上的頂層平箔片，所述頂層平箔片由多個平箔片固定連接在彈性支撐體上以形成軸承工作面。

優(yōu)選的是，所述彈性支撐體一體成型，其為橡膠、金屬橡膠和波箔片中的任意一種；所述彈性支撐體的厚度0.5～3mm。

優(yōu)選的是，在止推軸承工作時由動壓效應(yīng)自作用使所述頂層平箔片變形而產(chǎn)生入口斜坡。

優(yōu)選的是，所述彈性支撐體與軸承座的連接方式為采用耐高溫金屬膠粘接連接。

優(yōu)選的是，所述多個平箔片為4～10塊扇形平箔片；所述平箔片的厚度為0.05～0.10mm；所述平箔片為彈性金屬平箔片；所述彈性金屬平箔片為鈹青銅平箔片、65錳鋼平箔片和GH145/GH4145高溫彈性合金平箔片中的一種。

優(yōu)選的是，所述平箔片上表面涂覆聚四氟乙烯涂層；所述平箔片與彈性支撐體的固定連接方式為采用耐高溫金屬膠粘接連接；所述平箔片與彈性支撐體的連接表面上采用噴丸粗糙化處理。

優(yōu)選的是，所述軸承工作面可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子止推盤雙向旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明還提供一種上述的柔性動壓氣體止推軸承的組裝方法，包括以下步驟：

步驟一、在軸承座上表面均勻的涂覆一層耐高溫金屬膠，并將彈性支撐體的下表面粘結(jié)在軸承座上，采用壓合壓強1～5MPa，壓合10～15s進行壓合，壓合完成后放置12～24h；

步驟二、將將彈性支撐體的上表面進行噴丸粗糙化處理，噴丸為0.2-0.4mm粒徑的白剛玉砂，噴射距離為50-80mm，噴射壓力為0.3-0.6Mpa；在彈性支撐體的上表面均勻涂覆一層耐高溫金屬膠，并將多個平箔片粘接在彈性支撐體的上表面，采用壓合壓強1～5MPa，壓合10～15s進行壓合，壓合完成后放置12～24h；

步驟三、在多個平箔片的上表面涂覆聚四氟乙烯涂層，放置12～24h，得到組裝完成的柔性動壓氣體止推軸承。

優(yōu)選的是，所述彈性支撐體為橡膠；所述橡膠的制備方法為：按重量份，將30～50份環(huán)氧橡膠和80～100份天然橡膠加入煉膠機中混煉10～30分鐘，然后加入5～10份氧化鋅、5～8份炭黑、5～8份碳酸鈣、3～5份凹凸棒土和6～10份聚丙烯腈碳纖維，混合均勻，混煉1.5～3小時，再加入1～3份己二酸乙二醇酯、2～5份異噻唑啉酮、3～5份羥乙基纖維素、1～3份鄰氨基苯甲酸甲酯、5～8份二甲基硅油、1～3份四苯基錫、3～5份三聚氰胺和3～5份聚乳酸，混煉30～60分鐘，得到膠料，將膠料模壓成型，得到一體成型的橡膠。

優(yōu)選的是，所述耐高溫金屬膠的制備方法為：按重量份，依次將聚氨酯丙烯酸酯10～30份、F-51酚醛環(huán)氧樹脂50～80份、甘油醚10～20份和液體羧基丁腈橡膠5～10份加入真空雙行星攪拌機中，高速攪拌速率1500r/min±50r/min，低速攪拌速率50r/min±5r/min，真空度0.05～0.08MPa,時間60±2min，溫度控制在60±5℃，攪拌分散均勻；再依次將二氧化硅5～8份、氧化鋯3～5份、丙氨酸3～5份、1-丁基-3-甲基氯化咪唑3～5份、流平劑6～8份、3～5份三氧化二鉻、硼酸鋅1～3份和環(huán)烷酸鉍1～3份加入，高速攪拌速率2000r/min±50r/min，低速攪拌速率80r/min±5r/min，真空度0.05～0.09MPa，時間120±5min,溫度控制在30±5℃攪拌分散均勻；再加入異佛爾酮二胺5～8份、聚醋酸乙烯樹脂5～8份、硅烷偶聯(lián)劑6～8份和乙基丙烯酸丙酯3～5份，高速攪拌速率1500r/min±50r/min，低速攪拌速率50r/min±5r/min，真空度0.02～0.05MPa，時間60±2min，溫度控制在25±5℃，攪拌分散均勻即得耐高溫金屬膠。

本發(fā)明提供了一種加工制造容易、且性能優(yōu)異的柔性動壓氣體止推軸承，該動壓氣體止推軸承利用柔性表明自適應(yīng)變形能力構(gòu)建入口斜坡結(jié)構(gòu)，使軸承充分繼承了傳統(tǒng)柔性動壓氣體止推軸承柔性表面特點的同時，使加工制造更為容易。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

(1)平面的軸承工作面可由平面的平箔片直接形成，而平面的平箔片比帶初始斜坡的頂箔片在加工方面容易許多，且表面形狀精度容易保證；

(2)彈性支撐體為整體結(jié)構(gòu)，省去分割為多個扇形結(jié)構(gòu)所需的切割工藝步驟，使加工過程簡化，同時整體的彈性支撐體粘接至軸承座上僅需要一次粘接步驟，比分割為多個扇形結(jié)構(gòu)的彈性支撐體的多次粘接更為容易，且安裝精度容易保證；

(3)本發(fā)明軸承的初始工作表面為平面，這意味著接觸摩擦?xí)r軸承表面與轉(zhuǎn)子表面接觸面積更大，從而使軸承表面單位面積的接觸應(yīng)力更小，避免軸承出現(xiàn)局部嚴重磨損，使軸承獲得更長的使用壽命；

(4)本發(fā)明軸承沒有預(yù)先加工的入口斜坡結(jié)構(gòu)，其入口斜坡是在軸承工作時自作用形成的，因此本發(fā)明軸承不限制轉(zhuǎn)子止推盤的轉(zhuǎn)向，即轉(zhuǎn)子止推盤沿不同方向旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明軸承均能夠正常工作，而傳統(tǒng)的柔性動壓氣體軸承只允許轉(zhuǎn)子止推盤沿一個方向旋轉(zhuǎn)。

(5)本發(fā)明的動壓氣體止推軸承的柔性特征調(diào)整十分簡單，可通過改變彈性支撐體彈性方便的調(diào)整軸承的剛度特性，以適應(yīng)不同應(yīng)用條件對軸承剛度的需求。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明所述柔性動壓氣體軸承結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明柔性動壓氣體止推軸承與轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明柔性動壓氣體軸承的工作原理圖。

圖1～圖3中，1.頂層平箔片，2.彈性支撐體，3.軸承座，4.轉(zhuǎn)子止推盤。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1示出了本發(fā)明的一種柔性動壓氣體止推軸承，包括軸承座3、連接在軸承座3上的彈性支撐體2和連接在彈性支撐體2上的頂層平箔片1，其特征在于，所述頂層平箔片1由多個平箔片11固定連接在彈性支撐體2上以形成軸承工作；

圖2示出了本發(fā)明的柔性動壓氣體止推軸承與轉(zhuǎn)子的裝配位置關(guān)系，在上述方案中，如圖3所示，當轉(zhuǎn)子止推盤4相對于頂層平箔片1形成的軸承工作面按圖中逆時針方向運動時，左側(cè)的軸承間隙邊界為氣膜入口，入口處的動壓效應(yīng)使軸承間隙右側(cè)邊界附近的氣膜壓力升高，右側(cè)邊界附近的頂層平箔片在氣膜壓力的作用下向下彎曲，形成入口斜坡。同理，當轉(zhuǎn)子止推盤4相對于頂層平箔片1形成的軸承工作面1按圖中順時針方向方向運動時，右側(cè)的軸承間隙邊界成為氣膜入口，右側(cè)邊界附近的頂層平箔片1在氣膜壓力的作用下向下彎曲，形成在右側(cè)的入口斜坡。

在上述技術(shù)方案中，所述彈性支撐體為一體成型的圓環(huán)狀，其為橡膠、金屬橡膠和波箔片中的任意一種，所述彈性支撐體的厚度0.5～3mm；采用這種技術(shù)方案，能夠選擇不同結(jié)構(gòu)和厚度的彈性支撐體來調(diào)節(jié)軸承的結(jié)構(gòu)剛度。

在上述技術(shù)方案中，在止推軸承工作時由動壓效應(yīng)自作用使所述頂層平箔片變形而產(chǎn)生入口斜坡，采用無入口斜坡的平面表面柔性動壓氣體止推軸承，克服了傳統(tǒng)柔性動壓止推軸承難以加工且性能不理想的問題。

在上述技術(shù)方案中，所述彈性支撐體與軸承座的連接方式為采用耐高溫金屬膠粘接連接，采用這種技術(shù)方案，能夠?qū)椥灾误w牢固的與軸承座連接，并且能夠防止粘結(jié)后膠體在高溫環(huán)境下易老化的問題。

在上述技術(shù)方案中，所述多個平箔片為4～10塊扇形平箔片；所述平箔片的厚度為0.05～0.10mm，平箔片的大小根據(jù)軸承尺寸大小而定，有由彈性金屬箔片剪裁成形而成，采用多個平箔片的方式有利于在止推軸承工作時使所述頂層平箔片變形而產(chǎn)生入口斜坡。

在上述技術(shù)方案中，所述平箔片為彈性金屬平箔片；所述彈性金屬平箔片為鈹青銅平箔片、65錳鋼平箔片和GH145/GH4145高溫彈性合金平箔片中的一種，采用這些彈性金屬平箔片有利于在止推軸承工作時使彈性金屬平箔片變形而產(chǎn)生入口斜坡。

在上述技術(shù)方案中，所述平箔片上表面涂覆聚四氟乙烯涂層，涂覆聚四氟乙烯涂層作為固體潤滑劑降低軸承啟動時的摩擦力并減少平箔片磨損。

在上述技術(shù)方案中，所述平箔片與彈性支撐體的固定連接方式為采用耐高溫金屬膠粘接連接，能夠?qū)⑵讲喂痰呐c彈性支撐體連接，并且能夠防止粘結(jié)后膠體在高溫環(huán)境下易老化的問題；所述平箔片與彈性支撐體的連接表面上采用噴丸粗糙化處理，以此提高平箔片與彈性支撐體間的粘接力。

在上述技術(shù)方案中，所述軸承工作面可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子止推盤雙向旋轉(zhuǎn)，由于本發(fā)明軸承沒有預(yù)先加工的入口斜坡結(jié)構(gòu)，其入口斜坡是在軸承工作時自作用形成的，因此本發(fā)明軸承不限制轉(zhuǎn)子止推盤的轉(zhuǎn)向，即轉(zhuǎn)子止推盤沿不同方向旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明軸承均能夠正常工作，而傳統(tǒng)的柔性動壓氣體軸承只允許轉(zhuǎn)子止推盤沿一個方向旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明還提供一種上述的柔性動壓氣體止推軸承的組裝方法，包括以下步驟：

步驟一、在軸承座上表面均勻的涂覆一層耐高溫金屬膠，并將橡膠彈性支撐體的下表面粘結(jié)在軸承座上，采用壓合壓強1MPa，壓合10s進行壓合，壓合完成后放置12h；

步驟二、將橡膠彈性支撐體的上表面進行噴丸粗糙化處理，噴丸為0.2mm粒徑的白剛玉砂，噴射距離為50mm，噴射壓力為0.3Mpa；在彈性支撐體的上表面均勻涂覆一層耐高溫金屬膠，并將6個扇形平箔片粘接在橡膠彈性支撐體的上表面，采用壓合壓強1MPa，壓合10s進行壓合，壓合完成后放置12h；所述扇形平箔片的厚度為0.05mm；所述平箔片為彈性金屬平箔片；所述彈性金屬平箔片為鈹青銅平箔片；

步驟三、在6個扇形平箔片的上表面涂覆聚四氟乙烯涂層，放置12h，得到組裝完成的柔性動壓氣體止推軸承。

在上述技術(shù)方案中，所述彈性支撐體為橡膠；所述橡膠的制備方法為：將50g環(huán)氧橡膠和100g天然橡膠加入煉膠機中混煉10分鐘，然后加入5g氧化鋅、6g炭黑、8g碳酸鈣、4g凹凸棒土和8g聚丙烯腈碳纖維，混合均勻，混煉1.5小時，再加入1g己二酸乙二醇酯、2g異噻唑啉酮、5g羥乙基纖維素、3g鄰氨基苯甲酸甲酯、8g二甲基硅油、3g四苯基錫、4g三聚氰胺和5g聚乳酸，混煉60分鐘，得到膠料，將膠料模壓成型，得到一體成型的橡膠。采用這種技術(shù)方案得到的橡膠，其彈性可以適應(yīng)不同應(yīng)用條件對軸承剛度的需求。

在上述技術(shù)方案中，所述耐高溫金屬膠的制備方法為：依次將聚氨酯丙烯酸酯20g、F-51酚醛環(huán)氧樹脂60g、甘油醚10g和液體羧基丁腈橡膠10g加入真空雙行星攪拌機中，高速攪拌速率1500r/min，低速攪拌速率50r/min，真空度0.08MPa,時間60min，溫度控制在60℃，攪拌分散均勻；再依次將二氧化硅7g、氧化鋯3g、丙氨酸3g、1-丁基-3-甲基氯化咪唑4g、流平劑7g、3g三氧化二鉻、硼酸鋅2g和環(huán)烷酸鉍2g加入，高速攪拌速率2000r/min，低速攪拌速率80r/min，真空度0.06MPa，時間120min,溫度控制在30℃攪拌分散均勻；再加入異佛爾酮二胺6g、聚醋酸乙烯樹脂5g、硅烷偶聯(lián)劑7g和乙基丙烯酸丙酯4g，高速攪拌速率1500r/min，低速攪拌速率50r/min，真空度0.02MPa，時間60min，溫度控制在25℃，攪拌分散均勻即得耐高溫金屬膠。采用這種技術(shù)方案得到的耐高溫金屬膠，其能夠?qū)椥灾误w牢固的與軸承座和平箔片連接，并且其耐高溫性能優(yōu)異，能夠防止粘結(jié)后膠體在高溫環(huán)境下易老化的問題。

本發(fā)明還提供一種上述的柔性動壓氣體止推軸承的組裝方法，包括以下步驟：

步驟一、在軸承座上表面均勻的涂覆一層耐高溫金屬膠，并將橡膠彈性支撐體的下表面粘結(jié)在軸承座上，采用壓合壓強3MPa，壓合12s進行壓合，壓合完成后放置24h；

步驟二、將橡膠彈性支撐體的上表面進行噴丸粗糙化處理，噴丸為0.3mm粒徑的白剛玉砂，噴射距離60mm，噴射壓力為0.5Mpa；在彈性支撐體的上表面均勻涂覆一層耐高溫金屬膠，并將6個扇形平箔片粘接在橡膠彈性支撐體的上表面，采用壓合壓強2MPa，壓合12s進行壓合，壓合完成后放置24h；所述扇形平箔片的厚度為0.05mm；所述平箔片為彈性金屬平箔片；所述彈性金屬平箔片為65錳鋼平箔片；

步驟三、在6個扇形平箔片的上表面涂覆聚四氟乙烯涂層，放置12h，得到組裝完成的柔性動壓氣體止推軸承。

在上述技術(shù)方案，所述橡膠的制備方法為：按重量份，將40份環(huán)氧橡膠和90份天然橡膠加入煉膠機中混煉20分鐘，然后加入8份氧化鋅、6份炭黑、6份碳酸鈣、4份凹凸棒土和8份聚丙烯腈碳纖維，混合均勻，混煉2小時，再加入2份己二酸乙二醇酯、3份異噻唑啉酮、4份羥乙基纖維素、2份鄰氨基苯甲酸甲酯、6份二甲基硅油、2份四苯基錫、4份三聚氰胺和4份聚乳酸，混煉50分鐘，得到膠料，將膠料模壓成型，得到一體成型的橡膠。

在上述技術(shù)方案中，所述耐高溫金屬膠的制備方法為：按重量份，依次將聚氨酯丙烯酸酯20份、F-51酚醛環(huán)氧樹脂60份、甘油醚15份和液體羧基丁腈橡膠8份加入真空雙行星攪拌機中，高速攪拌速率1500r/min，低速攪拌速率50r/min，真空度0.06MPa,時間60min，溫度控制在60℃，攪拌分散均勻；再依次將二氧化硅6份、氧化鋯4份、丙氨酸4份、1-丁基-3-甲基氯化咪唑4份、流平劑7份、4份三氧化二鉻、硼酸鋅2份和環(huán)烷酸鉍2份加入，高速攪拌速率2000r/min，低速攪拌速率80r/min，真空度0.06MPa，時間120min,溫度控制在30℃攪拌分散均勻；再加入異佛爾酮二胺6份、聚醋酸乙烯樹脂6份、硅烷偶聯(lián)劑7份和乙基丙烯酸丙酯4份，高速攪拌速率1500r/min，低速攪拌速率50r/min，真空度0.03MPa，時間60min，溫度控制在25℃，攪拌分散均勻即得耐高溫金屬膠。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。