本發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：

動壓氣體軸承按照限制轉子位移的方向不同，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定性好、不易抱死、制造精度與裝配精度要求低等優勢，在高速及超高速回轉機械中有廣泛應用前景。

柔性表面動壓氣體軸承在工作時，在高速運轉的轉子表面與軸承表面之間形成動壓氣膜，由動壓氣膜分離轉子與軸承表面因此消除接觸摩擦，但在轉子轉速較低的啟動階段，轉速不足以形成有效的動壓氣膜，從而使轉子與軸承表面間存在接觸摩擦，造成啟動力矩大、轉軸及轉子工作面磨損。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壽命。

本發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構設計，墊片的數量從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構設計，這種設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，實際制造過程中發現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構非常困難。不理想的入口斜坡結構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。

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

技術實現要素：

本發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點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，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。

優選的是，在止推軸承工作時由動壓效應自作用使所述頂層平箔片變形而產生入口斜坡。

優選的是，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。

優選的是，所述軸承工作面可實現轉子止推盤雙向旋轉。

本發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。

本發明提供了一種加工制造容易、且性能優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變形能力構建入口斜坡結構，使軸承充分繼承了傳統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構，省去分割為多個扇形結構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構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)本發明軸承的初始工作表面為平面，這意味著接觸摩擦時軸承表面與轉子表面接觸面積更大，從而使軸承表面單位面積的接觸應力更小，避免軸承出現局部嚴重磨損，使軸承獲得更長的使用壽命；

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

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

本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明：

圖1為本發明所述柔性動壓氣體軸承結構圖；

圖2為本發明柔性動壓氣體止推軸承與轉子的位置關系結構圖；

圖3為本發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.轉子止推盤。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術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示出了本發明的柔性動壓氣體止推軸承與轉子的裝配位置關系，在上述方案中，如圖3所示，當轉子止推盤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，左側的軸承間隙邊界為氣膜入口，入口處的動壓效應使軸承間隙右側邊界附近的氣膜壓力升高，右側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，右側的軸承間隙邊界成為氣膜入口，右側邊界附近的頂層平箔片1在氣膜壓力的作用下向下彎曲，形成在右側的入口斜坡。

在上述技術方案中，所述彈性支撐體為一體成型的圓環狀，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；采用這種技術方案，能夠選擇不同結構和厚度的彈性支撐體來調節軸承的結構剛度。

在上述技術方案中，在止推軸承工作時由動壓效應自作用使所述頂層平箔片變形而產生入口斜坡，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，采用這種技術方案，能夠將彈性支撐體牢固的與軸承座連接，并且能夠防止粘結后膠體在高溫環境下易老化的問題。

在上述技術方案中，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生入口斜坡。

在上述技術方案中，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生入口斜坡。

在上述技術方案中，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，能夠將平箔片牢固的與彈性支撐體連接，并且能夠防止粘結后膠體在高溫環境下易老化的問題；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。

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

本發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。采用這種技術方案得到的橡膠，其彈性可以適應不同應用條件對軸承剛度的需求。

在上述技術方案中，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。采用這種技術方案得到的耐高溫金屬膠，其能夠將彈性支撐體牢固的與軸承座和平箔片連接，并且其耐高溫性能優異，能夠防止粘結后膠體在高溫環境下易老化的問題。

本發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。

在上述技術方案，所述橡膠的制備方法為：按重量份，將40份環氧橡膠和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明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。