径向轴承、压缩机和暖通设备的制作方法

1.本实用新型涉及轴承技术领域，尤其涉及一种径向轴承、具有该径向轴承的压缩机以及具有该径向轴承或压缩机的暖通设备。


背景技术：

2.我国是全球最大的制冷产品生产、消费和出口国，制冷能耗占社会总能耗的15％。在夏季高峰时期，空调等制冷负荷的增长不仅给电网带来了沉重负担，也产生了大量的温室气体排放。为此，推进绿色高效制冷已成为各国促进节能减排、应对气候变化的重要且迫切的需要。
3.当下“碳中和、碳达峰”背景下，必须发展低碳制冷设备。制冷系统的核心部件是制冷压缩机，在以往的制冷压缩机中滑动轴承的润滑介质是润滑油，但其黏度较大，在高转速下会产生较大的摩擦功耗，此外有润滑油的存在，长期使用会影响换热器的换热效果，制冷系统性能下降。磁悬浮轴承具有摩擦损耗低，稳定性好的优点，但其成本较高，在中小型压缩机应用中优势不明显。
4.动压气体轴承具有高转速、高效率，摩擦损耗低的优点，非常适用于中小型压缩机。箔片气体动压轴承分为径向箔片气体动压轴承和轴向箔片气体动压轴承，径向箔片气体动压轴承用于支撑转子径向悬浮，轴向箔片气体动压轴承用于支撑轴向悬浮避免轴向窜动；转子高速旋转时将气体带入楔形区域，挤压形成高压气膜，将转子实现径向悬浮；但是气浮轴承由于气体黏度系数小、泄漏大、承载力低，在一些极限冲击下可能导致转子失稳在高速撞到轴承上，导致轴承被撞击失效。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种径向轴承，可以在转子失稳时，保护波箔和顶箔，避免转子砸坏波箔，以及对顶箔造成磨损，从而达到对径向轴承的保护效果。
6.本实用新型的另一目的在于提出一种压缩机，所述压缩机包括前述的径向轴承。
7.本实用新型的再一目的在与提出一种暖通设备，所述暖通设备包括前述的径向轴承或压缩机。
8.根据本实用新型实施例中的径向轴承，所述径向轴承包括沿径向依次嵌套的安装座、波箔和顶箔，所述波箔具有波纹段，所述安装座沿轴向的至少一端设有限位凸台，所述限位凸台凸出所述安装座的内周面，且所述限位凸台低于所述波纹段的顶部。
9.根据本实用新型实施例中的径向轴承，可以在转子失稳时，保护波箔和顶箔，避免转子砸坏波箔，以及对顶箔造成磨损，从而达到对径向轴承的保护效果。
10.另外，根据上述实施例中的径向轴承，具体还可以包括以下技术特征：
11.可选地，所述顶箔的端部伸出所述波箔并与所述限位凸台沿所述径向相对。
12.可选地，所述顶箔上与所述限位凸台相对的位置设有自润滑涂层。
13.可选地，所述限位凸台的内侧面上设有自润滑涂层。
14.可选地，所述自润滑涂层为石墨层或高分子聚合物层。
15.可选地，所述限位凸台为石墨块。
16.可选地，所述限位凸台凸出所述安装座内周面的高度与所述波箔的高度的比值大于0且小于或等于20％。
17.可选地，所述安装座的端部设有定位缺口，所述限位凸台嵌入所述定位缺口并凸出所述安装座的内周面。
18.可选地，所述限位凸台呈环形并与所述安装座过盈配合；或所述限位凸台与所述安装座焊接。
19.可选地，所述限位凸台与所述安装座一体成型。
20.可选地，所述限位凸台呈沿所述安装座的周向延伸的凸环。
21.根据本实用新型实施例中的压缩机，所述压缩机包括上述实施例中的径向轴承。
22.根据本实用新型实施例的暖通设备，包括根据前述的气浮轴轴向承；或包括根据前述的压缩机。
附图说明
23.图1是本实用新型一些实施例中径向轴承的示意图。
24.图2是图1实施例的局部放大图。
25.图3是本实用新型一些实施例中径向轴承的剖视图。
26.图4是本实用新型一些实施例中径向轴承的结构示意图。
27.图5是本实用新型一些实施例中径向轴承的轴测图。
28.附图标记：
29.径向轴承100，安装座10，波箔20，顶箔30，限位凸台40，定位缺口50，转子60。
具体实施方式
30.相关技术中，只能保护到波箔在转子失稳时不被砸扁，无法起到保护顶箔的作用，容易出现顶箔失效导致轴承失效。
31.相关技术中的轴承保护结构需要在安装座上开许多凹槽，其加工难度大，加工时间长，加工成本高。
32.相关技术中的波箔结构为单个波形结构，且每个波形与安装座的接触的面积较小，导致波箔与安装座之间的接触阻尼小，从而轴承支撑转子运行时的稳定性较差。
33.本实用新型提出了一种新型具有保护功能的径向气体动压轴承结构，在其径向气体动压轴承两端设计两个保护端环，该端环最优选取石墨作为材料，石墨环与安装座通过过盈配合固定在径向安装座上。
34.其中，石墨环保护内径为d，径向轴承顶箔直径为d，这两个尺寸满足d-d＝x，x的最优值为在径向轴承最大转速下最大承载力时，顶箔可能出现的极限位移值的基础上
±
0.01mm，x的取值偏离最大转速下最大承载力时可能出现的极限位移值越远其保护效果越差，同时0《x《20％波箔高度值。
35.本实用新型提出了一种径向轴承100和具有该径向轴承100的压缩机，可以在转子
60失稳时，保护波箔20和顶箔30，避免转子60砸坏波箔20，以及对顶箔30造成磨损，从而达到对径向轴承100的保护效果。
36.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
37.如图1至图5所示，根据本实用新型实施例中的径向轴承100，径向轴承100包括沿径向依次嵌套的安装座10、波箔20和顶箔30，其中，波箔20和顶箔30均沿安装座10的周向进行布置，波箔20具有波纹段，安装座10沿轴向的至少一端设置有限位凸台40，限位凸台40凸出安装座10的内周面，且限位凸台40低于波纹段的顶部，可以在转子60失稳时，避免转子60砸坏波箔20和对顶箔30造成磨损，从而达到保护径向轴承100的目的。
38.其中，转子60处于高速转动的状态下，转子60和顶箔30之间可以形成楔形气膜，且该楔形气膜的力可以作用于波箔20上，使波箔20产生一定程度上的弹性形变，即波箔20在安装座10的内周面上产生滑动，并可以为转子60的高速转动提供阻尼，以保证转子60转动的稳定性，从而实现波箔20对顶箔30的弹性支撑。
39.具体而言，当转子60在失稳时，转子60会压向径向轴承100，在转子60碰撞到顶箔30之前，转子60与径向轴承100之间的楔形气膜会对顶箔30和波箔20进行压缩，将顶箔30和波箔20压缩至与限位凸台40的高度齐平或以下，此时径向轴承100接近自身的承载极限，同时限位凸台40可以对转子60进行止抵，避免对波箔20过度压缩，造成波箔20的塑性变形，以及转子60的高速转动对顶箔30产生磨损，从而实现对径向轴承100的保护效果。
40.因此，根据本实用新型实施例中的径向轴承100，可以在转子60失稳时，保护波箔20和顶箔30，避免转子60砸坏波箔20，以及对顶箔30造成磨损，从而达到对径向轴承100的保护效果。
41.需要补充的是，顶箔30的基材可以是镍基合金，也可以是铍青铜等。
42.当然，径向轴承100中的波箔20结构可以是单层的，也可以是双层或多层的，但这并非是对本实用新型保护范围的限制，下面以单层波箔20结构为例进行说明。
43.同样地，径向轴承100中的顶箔30结构可以是单层的，也可以是双层或多层的，但这并非是对本实用新型保护范围的限制，下面以单层顶箔30结构为例进行说明。
44.在本实用新型的一些实施例中，顶箔30的端部伸出波箔20，并可以与限位凸台40沿径向相对，可以对波箔20起到保护的作用，避免波箔20压缩过度，造成波箔20的塑性变形，导致径向轴承100损坏。
45.其中，顶箔30的端部伸出波箔20，并可以与限位凸台40沿径向轴承100的径向相对，也就是说，当顶箔30朝着安装座10的内周面的方向移动，并达到止抵位置时，限位凸台40可以对顶箔30的端部进行止抵，使顶箔30无法继续沿着原有的方向移动。
46.具体地，转子60处于高速转动的状态下，转子60与径向轴承100之间形成楔形气膜，在转子60失稳时，转子60会压向径向轴承100，在转子60碰撞到径向轴承100之前，径向轴承100和转子60之间的楔形气膜可以对顶箔30和波箔20进行压缩，使波箔20发生弹性变形，当顶箔30的端部达到止抵位置时，限位凸台40可以对顶箔30进行止抵，同时可以对转子60进行止抵，避免转子60继续下压，避免导致楔形气膜对波箔20压缩过度，造成波箔20的塑
性变形，起到对径向轴承100的保护作用。
47.在本实用新型的一些实施例中，顶箔30上与限位凸台40相对的位置可以设置有自润滑涂层，可以减小转子60与径向轴承100之间的摩擦，达到保护径向轴承100的效果。
48.具体地，当转子60处于高速转动状态，并失稳时，由于顶箔30的端部伸出波箔20，并于限位凸台40沿径向轴承100的径向相对，转子60和径向轴承100之间的楔形气膜可以对顶箔30和波箔20压缩，当顶箔30和波箔20被压缩至于限位凸台40的高度齐平或以下时，径向轴承100接近了自身的承载极限，此时，由于限位凸台40对顶箔30端部的支撑作用，转子60可以与顶箔30的端部发生碰撞，并由限位凸台40对转子60进行止抵，避免波箔20被继续压缩,保证波箔20不发生塑性变形,另外,顶箔30上与限位凸台40相对的位置可以设置有自润滑涂层,也就是说,在顶箔30的端部上可以设置有自润滑涂层,可以减小转子60与顶箔30端部支架的摩擦,降低顶部端部的磨损,从而达到保护径向轴承100的效果。
49.在本实用新型的一些实施例中，限位凸台40的内侧面上可以设置有自润滑涂层,可以减小径向轴承100与转子60之间的摩擦,降低转子60和径向轴承100的磨损,从而达到保护径向轴承100和转子60的目的。
50.其中,转子60在处于高速转动的状态下,并失稳时,转子60会逐渐压向顶箔30和波箔20,且由于转子60的高速转动,转子60和径向轴承100之间具有楔形气膜,在转子60和顶箔30接触之前,楔形气膜可以将顶箔30和波箔20压缩至与限位凸台40高度齐平或以下的位置,此时恰好接近径向轴承100的承载极限,且转子60碰撞到限位凸台40上,并由限位凸台40对转子60进行止抵,防止转子60继续对顶箔30和波箔20进行压缩,损坏径向轴承100,另外,限位凸台40的内侧面上可以设置有自润滑涂层,从而可以减小转子60在限位凸台40上高速转动时产生的摩擦力,从而实现对径向轴承100的保护效果。
51.在本实用新型的一些实施例中，自润滑涂层可以为石墨层或高分子聚合物层，其中，石墨层或高分子聚合物层的润滑性能和耐磨性能良好，从而可以减小转子60与径向轴承100之间的摩擦力，达到保护径向轴承100的效果。
52.例如，高分子聚合物层可以是聚酰亚胺涂层，可以提高径向轴承100的耐磨和润滑性能，实现对径向轴承100的保护作用。
53.在本实用新型的一些实施例中，限位凸台40为石墨块，可以对径向轴承100中的顶箔30和波箔20起到保护作用，另外，还可以减小转子60和径向轴承100之间的摩擦力，对径向轴承100起到一定的保护作用。
54.具体地，当高速转动的转子60碰撞到限位凸台40上时，限位凸台40可以对转子60起到止抵的作用，避免转子60对顶箔30和波箔20进行过度压缩，导致顶箔30和波箔20损坏，从而可以实现对径向轴承100的保护。
55.另外，由于石墨块的材质比转子60软，因此，高速转动的转子60在限位凸台40上磨下的粉末可以在转子60和径向轴承100之间起到润滑的作用，从而可以减小转子60与径向轴承100之间的摩擦力，降低径向轴承100的磨损，实现对径向轴承100的保护作用。
56.在本实用新型的一些实施例中，限位凸台40凸出安装座10内周面的高度与波箔20的高度的比值大于0且小于或等于20％，可以保证径向轴承100在达到最大承载力时，限位凸台40可以对转子60起到止抵的作用，从而实现对径向轴承100的保护作用。
57.其中，当径向轴承100处于刚产出的状态时，或者，当转子60设置在径向轴承100
内，但并未转动时，此时，限位凸台40凸出安装座10内周面的高度与波箔20的高度的比值大于0且小于或等于20％。
58.具体而言，在转子60处于高速转动状态下，顶箔30与转子60之间会产生楔形气膜，且当转子60失稳时，转子60会压向顶箔30和波箔20，此时，楔形气膜会使波箔20压缩，发生弹性变形，当波箔20将要发生塑性变形时，限位凸台40可以对转子60实现止抵的作用，使转子60无法继续下压，进而可以保护波箔20，避免波箔20发生塑性变形，从而造成径向轴承100的损坏。
59.另外，限位凸台40凸出安装座10内周面高度与波箔20高度的比值可以具有
±
0.01mm的误差范围。
60.如图1、图4和图5所示，在本实用新型的一些实施例中，安装座10的端部可以设置有定位缺口50，限位凸台40嵌入定位缺口50并凸出安装座10的内周面，可以对限位凸台40进行周向定位，保证限位凸台40可以实现对径向轴承100的保护作用。
61.另外，限位凸台40可以是多个，即，安装座10的端部可以设置有多个对应的定位缺口50，从而实现对多个限位凸台40进行周向定位的作用。
62.在本实用新型的一些实施例中，限位凸台40呈环形并可以与安装座10进行过盈配合，从而可以使安装座10对限位凸台40进行定位，避免转子60在高速转动的过程中将限位凸台40带离并脱落，便于限位凸台40可以更好地对径向轴承100实现保护效果。
63.另外，在安装座10的至少一端可以设置有台阶，该台阶可以便于限位凸台40安装在安装座10的一端，且该台阶还可以对限位凸台40起到轴向限位的作用。
64.在本实用新型的另一些实施例中，限位凸台40可以与安装座10焊接，从而可以更好地实现限位凸台40对径向轴承100的保护作用。
65.在本实用新型的一些实施例中，限位凸台40可以与安装座10一体成型，且结合前述实施例，可以在限位凸台40的内侧面上设置自润滑涂层，使限位凸台40可以对高速转动的转子60进行止抵，避免转子60砸坏波箔20和顶箔30，且还可以减小转子60和限位凸台40之间的摩擦力，避免径向轴承100产生磨损。
66.如图1至图5所示，在本实用新型的一些实施例中，限位凸台40呈沿安装座10的周向延伸的凸环，可以对径向轴承100实现周向的保护作用。
67.具体地，当转子60失稳时，在转子60压向顶箔30和波箔20的过程中，限位凸台40可以对转子60进行止抵，从而可以避免高速转动的转子60将顶箔30磨穿，以及可以避免转子60对波箔20过度压缩，导致波箔20发生塑性变形，实现对径向轴承100的保护效果。
68.当然，限位凸台40也可以是沿安装座10的周向设置的多个，从而可以对径向轴承100实现周向保护的作用。
69.在本实用新型的一些实施例中，波箔20的一端可以与安装座10固定连接，多个波箔20均可以沿安装座10的周向朝相同的方向延伸，且另一端可以与安装座10和顶箔30可活动地配合，也就是说，波箔20可以沿安装座10内周面的周向滑动，从而可以实现波箔20对顶箔30的弹性支撑作用。
70.在本实用新型的一些实施例中，安装座10的内周面(安装座10的内周面为安装座10上与顶箔30相对的表面)上设置有定位槽，其中，多个波箔20中至少两个波箔20的端部可以插接固定于同一定位槽内，另外，多个波箔20的端部也可以分别插接在多个定位槽内，从
而可以加强波箔20与安装座10之间的连接稳定性，保证径向轴承100可以正常使用。
71.在本实用新型的一些实施例中，波箔20的一端和顶箔30的一端均可以与安装座10固定连接，且顶箔30可以与波箔20沿径向轴承100的周向朝相反的方向延伸，因此，在转子60高速转动时，顶箔30和转子60之间形成楔形气膜，该楔形气膜可以使波箔20产生弹性形变，即，波箔20可以沿与顶箔30延伸相反的方向滑动，从而可以为转子60的高速转动提供阻尼，保证转子60转动的稳定性。
72.在本实用新型的一些实施例中，安装座10的内周面上设置有用于波箔20和顶箔30插接定位的定位槽，定位槽的内侧壁上设置有定位缺口50，安装座10上设置有嵌入定位缺口50以定位波箔20或顶箔30的定位销，可以用于加强波箔20、顶箔30与安装座10之间的连接强度。
73.其中，顶箔30和波箔20的一端可以插接定位槽中，并由定位销嵌入定位缺口50中，从而实现顶箔30和波箔20的周向定位，保证转子60在径向轴承100中转动时，顶箔30和波箔20不会脱离径向轴承100。
74.如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，限位凸台40可以是石墨环，并设置在安装座10的端部，其中，限位凸台40的内径可以大于顶箔30的内径，当转子60失稳时，径向轴承100中的波箔20可以向下弹性变形一定的距离，随后，可以由限位凸台40来对转子60进行止抵，避免波箔20被过度压缩，导致波箔20发生塑性变形，造成径向轴承100的损坏。
75.根据本实用新型实施例中的压缩机，该压缩机包括上述实施例中任一项的径向轴承100，其中，该压缩机中的径向轴承100可以在转子60失稳时，对径向轴承100中的波箔20和顶箔30进行保护，例如，径向轴承100中的限位凸台40可以对转子60进行止抵，避免转子60对波箔20的过度压缩，导致波箔20发生塑性形变，从而造成径向轴承100的损坏；又如，可以在顶箔30和限位凸台40上设置自润滑涂层，从而减小转子60与顶箔30和限位凸台40之间的摩擦力，避免高速转动的转子60对顶箔30造成磨损，导致径向轴承100的损坏，进一步的，还可以将限位凸台40设置为石墨块，或在限位凸台40上设置石墨层，当高速转动的转子60在限位凸台40上转动时，转子60从限位凸台40上磨下的粉末可以具有润滑作用，减小转子60对径向轴承100的磨损，从而达到保护径向轴承100的目的。
76.根据本实用新型的一些具体示例，本实用新型提出了一种带有保护结构的径向气体动压轴承，其结构如图1至图5所示，该结构由保护环(即限位凸台40)、径向安装座(安装座10)、径向轴承波箔20和径向顶箔30等零件组成。
77.其中，保护环可以为环状结构，其材料最优为石墨，石墨环保护环内径为d，该石墨环与安装座10通过过盈配合固定在安装座10的两端。
78.其次，轴承底座是一个精加工的轴承套，该轴承底座的上方开有两道槽和定销钉孔，用于固定波箔20和顶箔30，在安装座10两端加工有石墨环安装的台阶。
79.另外，径向波箔20由一个个连续的波浪结构组成的环形波浪结构，安装在安装座10中间，同时该方案仅以单层波箔20结构为例，也可以是双层或多层波箔20结构或者其他弹性结构，比如鼓泡结构、弹簧结构、金属丝网结构等。
80.再者，径向轴承顶箔30可以是一个环形结构，其基材为镍基合金或者铍青铜，环形结构内表面喷涂有一层高分子耐磨润滑涂层比如说聚酰亚胺涂层；本技术仅以单层顶箔30为例，也可以是多层顶箔30结构。
81.根据本实用新型的一些具体示例，石墨环保护环内径为d，径向轴承顶箔30内径为d，这两个尺寸满足d-d＝x，x的最优值为在径向轴承100最大转速下最大承载力时顶箔30可能出现的极限位移值的基础上
±
0.01mm，x的取值偏离最大转速下最大承载力时可能出现的极限位移值越远其保护效果越差，同时0《x《(20％的波箔20高度值)。
82.根据本实用新型的一些具体示例，气悬浮轴承转子60在压缩机内运行遇大冲击导致转子60失稳时，转子60在高速下，在转子60碰到顶箔30前，其气膜压力将顶箔30和波箔20压缩至石墨环高度齐平甚至以下，此时已刚好接近径向气体动压轴承的承载极限，转子60在高速下碰到石墨环上，避免砸坏波箔20和高速时转子60磨坏顶箔30，同时石墨环比转子60软，高速下磨下的粉末具有润滑作用，不会对轴向气浮轴承具有二次破坏作用。
83.另外，本实用新型还提供了一种暖通设备，包括根据前述的轴向轴承；或包括根据前述的压缩机。本实用新型提供了一种周向轴承以及该轴向轴承的压缩机和暖通设备，可以在转子失稳时，保护波箔和顶箔，避免转子砸坏波箔，以及对顶箔造成磨损，从而达到对径向轴承的保护效果。
84.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
85.在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
86.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
87.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
88.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
89.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。