專利名稱：一種空氣軸承結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軸承設(shè)計(jì)或旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械支撐與減振技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空氣軸承。具體的說(shuō)，是用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，或其它旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支撐中的空氣軸承。
背景技術(shù)：
軸承與支撐系統(tǒng)，是旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系整機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和壽命。在眾多的軸承形式中，空氣軸承以長(zhǎng)壽命，低成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免維護(hù)等技術(shù)特點(diǎn)，成為旋轉(zhuǎn)機(jī)械，尤其是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械支撐系統(tǒng)的首選。然而，其關(guān)鍵性設(shè)計(jì)技術(shù)仍掌握在美國(guó)、俄羅斯、日本等技術(shù)先進(jìn)國(guó)家。我國(guó)目前沒(méi)有空氣軸承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力和成功先例。但國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求卻極其龐大，蘊(yùn)藏著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 如圖8-10所示，空氣軸承在結(jié)構(gòu)上由里向外依次包括平箔層(I)、波箔層(2)和外支撐結(jié)構(gòu)層(3)，常用于支承轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(4)，在先進(jìn)國(guó)家的發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)三代產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)、市場(chǎng)化已趨于成熟。另外，現(xiàn)代空氣軸承也具有一定的技術(shù)瓶頸承載力有待提高，以滿足大型轉(zhuǎn)子的支撐需求；波箔層切向剛度分布不均，庫(kù)侖阻尼效應(yīng)無(wú)法得到最大限度的發(fā)揮；在氣膜壓力作用下，軸向有效剛度分布不均，庫(kù)侖阻尼使用有限，承載力受到限制。這些局限性的存在，是由于波箔層的薄片式結(jié)構(gòu)，及氣動(dòng)載荷在支撐面上非均勻分布的特點(diǎn)造就的。因此，若能提出一種支撐結(jié)構(gòu)，解決上述瓶頸點(diǎn)，就能使空氣軸承的應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍，得到進(jìn)一步提升。尤其對(duì)于我國(guó)而言，不但掌握了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，更突破了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，具有重大的工程價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提出一種新型空氣軸承結(jié)構(gòu)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的空氣軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使用金屬橡膠層代替?zhèn)鹘y(tǒng)空氣軸承結(jié)構(gòu)中的波箔支撐結(jié)構(gòu)，在保持傳統(tǒng)空氣軸承長(zhǎng)壽命、低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合金屬橡膠成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、承載力大、減振效果突出等特點(diǎn)，從而滿足諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)子支撐的要求，進(jìn)一步提升了空氣軸承的應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種新型空氣軸承結(jié)構(gòu)，設(shè)置于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)中，其特征在于，所述空氣軸承結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次包括外支撐結(jié)構(gòu)層、金屬橡膠層和平箔層，所述金屬橡膠層采用金屬橡膠制成，所述金屬橡膠通過(guò)金屬絲繞絲、編織、壓制而成。優(yōu)選地，所述金屬橡膠中的金屬絲全部或部分金屬絲為記憶合金金屬絲。優(yōu)選地，所述金屬橡膠中的金屬絲纏繞截面為矩形截面或梯形截面或其它類似形狀。優(yōu)選地，所述金屬橡膠中，通過(guò)組合、搭配至少兩種不同直徑的金屬絲進(jìn)行混搭繞絲，所述至少兩種不同直徑的金屬絲中，直徑最大的金屬絲為主絲，相鄰主絲之間是相切的，所述主絲之間的間隙中填充有直徑較小的金屬絲。優(yōu)選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為矩形，相鄰兩層主絲之間，任意相切的兩個(gè)主絲中心連線為垂直線。優(yōu)選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為梯形，相鄰兩層主絲之間，任意相切的兩個(gè)主絲中心連線為非垂直線。 優(yōu)選地，所述金屬橡膠中，所述至少兩種不同直徑的金屬絲混搭繞絲，可以是三種直徑的金屬絲混搭。優(yōu)選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是矩形排列三直徑金屬絲混搭截面。優(yōu)選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列二直徑金屬絲混搭截面。 優(yōu)選地，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列三直徑金屬絲混搭截面。傳統(tǒng)空氣軸承的不足之處在于承載力不夠高，難以滿足大型轉(zhuǎn)子的支撐需求；其中的波箔層切向剛度分布不均，庫(kù)侖阻尼效應(yīng)無(wú)法得到最大限度的發(fā)揮；在氣膜壓力作用下，軸向有效剛度分布不均，庫(kù)侖阻尼使用有限，承載力受到限制。這些局限性的存在，是由于波箔層的薄片式結(jié)構(gòu)，及氣動(dòng)載荷在支撐面上非均勻分布的特點(diǎn)造就的。本發(fā)明的新型空氣軸承結(jié)構(gòu)中，使用金屬橡膠層替代了傳統(tǒng)空氣軸承中的波箔層，既保持了傳統(tǒng)空氣軸承長(zhǎng)壽命、低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了金屬橡膠成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、承載力大、減振效果突出等特點(diǎn)，從而使得本發(fā)明的空氣軸承結(jié)構(gòu)可以滿足諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)子支撐的要求，進(jìn)一步提升了空氣軸承的應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍。本發(fā)明的空氣軸承結(jié)構(gòu)，同現(xiàn)有技術(shù)的空氣軸承相比，其優(yōu)點(diǎn)是I、保持了傳統(tǒng)空氣軸承長(zhǎng)壽命、低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了金屬橡膠成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、承載力大、減振效果突出等特點(diǎn)，從而使得本發(fā)明的空氣軸承結(jié)構(gòu)可以滿足諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)子支撐的要求，進(jìn)一步提升了空氣軸承的應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍。2、對(duì)于全部或部分使用記憶合金金屬絲的金屬橡膠制成的空氣軸承，還利用了記憶合金金屬絲隨著使用環(huán)境和工作溫度的變化，記憶合金會(huì)發(fā)生變形的特性，從而改變自身及金屬橡膠整體的剛度特性，實(shí)現(xiàn)空氣軸承對(duì)于支承對(duì)象的隨伺服特性。有利于減小支承對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的變化范圍，增強(qiáng)穩(wěn)定性，進(jìn)而可以延長(zhǎng)使用壽命。


圖I本發(fā)明的帶有金屬橡膠層的空氣軸承展開(kāi)圖；圖2金屬橡膠結(jié)構(gòu)立體示意圖；圖3金屬橡膠截面圖；圖4矩形排列二直徑金屬絲混搭截面；圖5矩形排列三直徑金屬絲混搭截面；圖6梯形排列二直徑金屬絲混搭截面；
圖7梯形排列三直徑金屬絲混搭截面；圖8傳統(tǒng)波箔式空氣軸承展開(kāi)圖；圖9傳統(tǒng)波箔式空氣軸承工程結(jié)構(gòu)圖；圖10歷代傳統(tǒng)箔片式空氣軸承結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I示出了本發(fā)明的空氣軸承結(jié)構(gòu)的平面展開(kāi)圖，設(shè)置于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)中，所述空氣軸承結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次包括外支撐結(jié)構(gòu)層I、金屬橡膠層2和平箔層3，所述金屬橡膠層2采用金屬橡膠制成，常見(jiàn)的金屬橡膠的結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述金屬橡膠通過(guò)金屬絲繞絲、編織、壓制而成。所述金屬橡膠中的金屬絲全部或部分金屬絲為記憶合金金屬絲。圖3-7示出了一些實(shí)施例中的空氣軸承結(jié)構(gòu)可能使用到的金屬橡膠形式。如圖3所示，金屬橡膠中，所有金屬絲的直徑相同，金屬橡膠使用單一直徑的金屬絲纏繞壓制而成。如圖4所示，金屬橡膠中，包含兩種不同直徑的金屬絲1、2。截面形式為矩形，金屬絲I為主絲，金屬絲2填充于金屬絲I的空隙中。此時(shí)，金屬絲I同時(shí)與8根金屬絲接觸，亦即有8個(gè)摩擦面，阻尼特性得到增強(qiáng)；同時(shí)，金屬橡膠整體的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性得到提高，也提高了惡劣使用條件下的可靠性。金屬絲1、2中，可以有一種金屬絲使用記憶合金金屬絲，也可以兩種直徑的金屬絲都采用記憶合金金屬絲。通過(guò)使用記憶合金金屬絲，利用記憶合金金屬絲隨著使用環(huán)境和工作溫度的變化，記憶合金會(huì)發(fā)生變形的特性，從而改變自身及金屬橡膠整體的剛度特性，實(shí)現(xiàn)支承結(jié)構(gòu)對(duì)于支承對(duì)象的隨伺服特性。有利于減小支承對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的變化范圍，增強(qiáng)穩(wěn)定性，進(jìn)而可以延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí)，金屬橡膠本身受到的損耗也會(huì)減小，提聞其本身的耐用性。如圖5所示，金屬橡膠中，包含三種不同直徑的金屬絲1、2和3。截面形式為矩形，金屬絲I為主絲，金屬絲2填充于金屬絲I的空隙中，金屬絲3填充于金屬絲2之間的空隙及金屬絲I與金屬絲2之間的空隙。此時(shí)，金屬絲I擁有更多的摩擦面數(shù)目，阻尼特性及可靠性較實(shí)施例一更好。金屬絲1、2、3中，可以有一種或兩種金屬絲使用記憶合金金屬絲，也可以三種直徑的金屬絲都采用記憶合金金屬絲。如圖6所示，金屬橡膠中，包含兩種不同直徑的金屬絲I和2。截面形式為梯形，金屬絲I為主絲，金屬絲2填充于金屬絲I的空隙中。任取相鄰兩層中相切的金屬絲1-1和1-4，其中心連線1-5為非垂直線。此時(shí)，僅考慮主絲之間的接觸面，單根主絲有6個(gè)接觸面；加上金屬絲2的影響，單根主絲共有12個(gè)接觸面。較實(shí)施例一中，接觸面更多，因而其可靠性、阻尼特性更好。另外，梯形截面中，主絲之間的搭配方式，使得其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也優(yōu)于矩形截面。金屬絲1、2中，可以有一種金屬絲使用記憶合金金屬絲，也可以兩種直徑的金屬絲都采用記憶合金金屬絲。對(duì)比而言，相同數(shù)目的金屬絲直徑時(shí)，梯形截面比矩形截面性能更優(yōu)。如圖7所示，金屬橡膠中，包含三種不同直徑的金屬絲1、2和3。截面形式為梯形，金屬絲I為主絲，金屬絲2填充于金屬絲I的空隙中，金屬絲3填充于金屬絲2之間的空隙及金屬絲I與金屬絲2之間的空隙。原理同前，該種結(jié)構(gòu)的金屬橡膠特性較實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三均好。金屬絲1、2、3中，可以有一種或兩種金屬絲使用記憶合金金屬絲,也可以三種直徑的金屬絲都采用記憶合金金屬絲。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種空氣軸承結(jié)構(gòu)，設(shè)置于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)中，其特征在于，所述空氣軸承結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次包括外支撐結(jié)構(gòu)層、金屬橡膠層和平箔層，所述金屬橡膠層采用金屬橡膠制成，所述金屬橡膠通過(guò)金屬絲繞絲、編織、壓制而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬橡膠中的金屬絲全部或部分金屬絲為記憶合金金屬絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬橡膠中的金屬絲纏繞截面為矩形截面或梯形截面或其它類似形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬橡膠中，通過(guò)組合、搭配至少兩種不同直徑的金屬絲進(jìn)行混搭繞絲，所述至少兩種不同直徑的金屬絲中，直徑最大的金屬絲為主絲，相鄰主絲之間是相切的，所述主絲之間的間隙中填充有直徑較小的金屬絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為矩形，相鄰兩層主絲之間，任意相切的兩個(gè)主絲中心連線為垂直線。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面為梯形，相鄰兩層主絲之間，任意相切的兩個(gè)主絲中心連線為非垂直線。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬橡膠中，所述至少兩種不同直徑的金屬絲混搭繞絲，可以是三種直徑的金屬絲混搭。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬橡膠中，混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是矩形排列三直徑金屬絲混搭截面。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣軸承結(jié)構(gòu)，其特征在于混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列二直徑金屬絲混搭截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬橡膠，其特征在于混搭繞絲的金屬絲纏繞截面可以是梯形排列三直徑金屬絲混搭截面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種空氣軸承結(jié)構(gòu)，所述空氣軸承區(qū)別于傳統(tǒng)的波箔式空氣軸承結(jié)構(gòu)形式，用金屬橡膠層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)中的波箔支撐結(jié)構(gòu)；其中，金屬橡膠層可以采用普通金屬絲編織，也可以采用記憶合金絲編織，也可以采用普通金屬絲和記憶合金絲混合編織的方法加工；所述金屬橡膠截面形式，可以是矩形截面，也可以是梯形截面。本發(fā)明的空氣軸承結(jié)構(gòu)，在保持傳統(tǒng)空氣軸承長(zhǎng)壽命、低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合金屬橡膠成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、承載力大、減振效果突出等特點(diǎn)，從而滿足諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)子支撐的要求，進(jìn)一步提升了空氣軸承的應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍。
文檔編號(hào)F16C32/06GK102808848SQ20121030149
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者陳巍, 郭寶亭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所