推力箔片空气轴承的制作方法

本发明涉及一种推力箔片空气轴承(thrust foil air bearing)，并且更具体地，涉及可以无需诸如焊接的复杂工艺而快速装配的推力箔片空气轴承。

背景技术：

空气轴承通过允许旋转轴由于旋转轴与轴承之间的压缩空气的压力导致的漂浮来支撑负载。

在空气轴承中，当具有粘度的气体(诸如空气)与可移动表面一起移动并且接触固定表面时，气体被压缩，并且在可移动表面与固定表面之间截留的空气的压力增加，因此提升可移动表面。

空气轴承可以是支撑在旋转轴的纵向方向上施加的负载的推力空气轴承或者是支撑在相对于旋转轴的径向方向上施加的负载的轴颈空气轴承。

另一类型的推力空气轴承是使用薄材料的箔片促进压力的形成并以高速改进动态稳定性的推力箔片空气轴承。

如图11示出的，根据相关技术的推力箔片空气轴承1可以包括：底板2，该底板是耦接至固定部分S的板构件；波箔片3，布置在底板2的上表面上并且可弹性变形；以及顶箔片4，布置在波箔片3上方并且与旋转部分R可接触。旋转部分R耦接至旋转轴F，该旋转轴在围绕中心线C的预设旋转方向W上旋转。

在推力箔片空气轴承1中，波箔片3和顶箔片4通过焊接耦接至底板2的上表面。当波箔片3和顶箔片4通过焊接耦接至底板2时，轴承的整个结构被简化并且初始产品开发成本和模具制造成本可以降低。然而，要求诸如按压工艺和焊接工艺的多个制造工艺并且需要制造焊接夹具和焊接质量管理。因此，推力箔片空气轴承在产品价格管理和质量管理方面是不利的并且因此不适用于批量生产。

技术实现要素：

技术问题

本发明构思提供了具有允许快速轴承装配而没有诸如焊接的复杂工艺的改进结构的推力箔片空气轴承。

技术解决方案

根据本发明构思的一方面，提供了一种推力箔片空气轴承，用于在包括固定部分和相对于固定部分围绕中心线相对旋转的旋转部分的装置中使用，该推力箔片空气轴承包括：底板，耦接至固定部分，并且底板包括朝向旋转部分突出的耦接部分；中间板，布置在底板的上表面上方，并且中间板包括能弹性变形的波箔片和使耦接部分从中穿过的第一通孔；以及顶板，布置在中间板的上表面上方，顶板面向旋转部分，并且顶板包括布置在波箔片上方且与旋转部分能接触的顶箔片和形成在与第一通孔对应的位置处的第二通孔，耦接部分穿过该第二通孔，其中，耦接部分通过穿过第一通孔和第二通孔使底板、中间板及顶板彼此耦接。

底板的耦接部分能围绕中心线C在耦接部分可拆卸地耦接至中间板和顶板的锁定位置与耦接部分能与中间板和顶板分离的释放位置之间旋转。

耦接部分可以预先弯曲成形状或者在穿过第一通孔和第二通孔之后弯曲成形状。

第一通孔和第二通孔可以具有沿着相对于中心线的径向方向延伸的狭槽形状。

波箔片和顶箔片中的每一个可以在相对于中心线的周向方向上设置为多个。波箔片的一端可以耦接至中间板主体并且波箔片的另一端形成为翼形且能够进行自由运动，并且顶箔片的一端可以耦接至顶板主体并且顶箔片的另一端形成为翼形且能够进行自由运动。第一通孔可以形成在波箔片的另一端与中间板主体之间，并且第二通孔可以形成在顶箔片的另一端与顶板主体之间。

固定部分可包括轴承安装销，该轴承安装销为突出杆构件，并且底板、中间板及顶板中的每一个均可包括使轴承安装销从中穿过的轴承安装孔。

底板的耦接部分能围绕中心线在耦接部分可拆卸地耦接至中间板和顶板的锁定位置与耦接部分能与中间板和顶板分离的释放位置之间能旋转。当耦接部分在锁定位置时，底板的轴承安装孔、中间板的轴承安装孔及顶板的轴承安装孔可以对准成一条线使得轴承安装销穿过这些轴承安装孔。

底板的轴承安装孔、中间板的轴承安装孔及顶板的轴承安装孔中的每一个可以在相对于中心线的周向方向上设置为多个，并且在底板、中间板、及顶板中形成的轴承安装孔的布置图案可以是根据推力箔片空气轴承的使用位置的不同图案。

底板、中间板及顶板可以具有能够通过按压工艺批量生产的形状。

有益效果

根据本发明构思，推力箔片空气轴承包括：底板，具有朝向旋转部分突出的耦接部分，其为耦接至固定部分的构件；波箔片，布置在底板的上表面上方并且能弹性变形；中间板，具有使耦接部分从中穿过的第一通孔；顶板，布置在中间板的面向旋转部分的上表面上方并且布置在波箔片上方并且与旋转部分可接触；以及顶板，耦接部分在与第一通孔对应的位置处具有使耦接部分从中穿过的第二通孔，其中，耦接部分穿过第一通孔和第二通孔使底板、中间板及顶板彼此耦接。因此，轴承可以快速装配，而没有诸如焊接的复杂工艺。

附图说明

图1是根据一实施方式的推力箔片空气轴承的装配立体图。

图2是图1的推力箔片空气轴承的分解立体图。

图3是图1的推力箔片空气轴承的部分A的局部放大图。

图4是沿着图1的推力箔片空气轴承的线B-B截取的截面图。

图5是图2的底板的耦接部分的局部放大图。

图6是示出了图1的推力箔片空气轴承的使用状态的分解立体图。

图7是图2的顶板的平面图。

图8是图2的中间板的平面图。

图9是图2的底板的平面图。

图10是根据另一实施方式的轴承的立体图，其中，轴承安装孔的布置图案不同于图1的轴承的布置图案。

图11是根据相关技术的箔片空气轴承的截面图。

具体实施方式

在下文中，将通过参照附图解释本发明构思的优选实施方式来详细描述本发明构思。

图1是根据一实施方式的推力箔片空气轴承100的装配立体图。图2是图1的推力箔片空气轴承的分解立体图。图3是图1的推力箔片空气轴承的部分A的局部放大图。

参考图1至图3，根据本实施方式的推力箔片空气轴承100，作为经由压缩空气的压力支撑负载的空气轴承，是可用于包括固定部分S(参见图6)和相对于固定部分S围绕中心线C相对旋转的旋转部分R(参见图6)的各种装置的推力轴承。推力箔片空气轴承100可包括底板10、中间板20及顶板30。

固定部分S和旋转部分R是中心在中心线C上的圆盘构件。旋转部分R耦接至旋转轴F(参见图6)，该旋转轴在围绕中心线C的预设旋转方向W上旋转。多个轴承安装销P布置在固定部分S的上表面上，该轴承安装销为具有圆截面并且在沿着中心线C的方向上突出的杆构件。

旋转部分R和固定部分S是相对的术语并且具有相对于彼此相对旋转的含义。旋转部分R和固定部分S是可互换的术语。在下面的描述中，然而，假设固定部分S表示绝对坐标系中的固定部分而旋转部分R表示绝对坐标系中的旋转部分。

底板10布置在固定部分S的上表面上方，该底板为通过按压处理金属薄板制造的圆盘构件。底板10可包括底板主体11、耦接部分12及轴承安装孔13。

底板主体11是中心在中心线C上的圆盘部分，并且底板主体的下表面布置在固定部分S的上表面上。

中心在中心线C上的通孔H形成在底板主体11的中心处。

耦接部分12从底板主体11朝向旋转部分R突出，该耦接部分为预先弯曲成形状的部分。

耦接部分12被设置为在相对于中心线C的周向方向上以预设间隔互相间隔开的多个耦接部分。

耦接部分12位于底板主体11的内周面与底板主体11的外周面之间，其中，形部分在相对于中心线C的径向方向上延伸较长。

在本实施方式中，耦接部分12位于在底板主体11的内周面与底板主体11的外周面之间的径向方向上的近似中间位置。

耦接部分12通过切割并弯曲金属薄板而形成，该金属薄板通过按压工艺来填充与底板主体11的通孔H对应的切除部分。

如图5示出的，耦接部分12的上部分的下表面与底板主体11的上表面间隔开一预设长度T。在本实施方式中，长度T是约0.05mm至约0.15mm，其大于中间板20和顶板30的厚度之和。

耦接部分12通过穿过以下描述的中间板20的第一通孔22和顶板30的第二通孔32使底板10、中间板20及顶板30耦接为互相紧密接触。

耦接部分12使底板10、中间板20及顶板30沿着中心线C耦接为互相不分离。

在本实施方式中，底板10的耦接部分12围绕中心线C可旋转地设置在锁定位置(在锁定位置中，耦接部分12可拆卸地耦接至中间板20和顶板30)与释放位置(在释放位置中，耦接部分12与中间板20和顶板30可分离)之间。

轴承安装孔13被设置为在沿着底板主体11的边缘的周向方向上的多个轴承安装孔，该轴承安装孔为固定部分S的轴承安装销P从中穿过的孔。

中间板20布置在底板10的上表面上方并且包括中间板主体21、第一通孔22、轴承安装孔23及波箔片24，该中间板为通过按压处理金属薄板制造的圆盘构件。

中间板主体21具有布置在底板主体11的上表面上方的下表面，该中间板主体为中心在中心线C上的圆盘部分。中间板主体21具有与底板主体11相同的直径。

中心在中心线C上的通孔H形成在中间板主体21的中心处。中间板主体21的通孔H具有与底板主体11的通孔H相同的直径。

第一通孔22具有使耦接部分12穿过第一通孔22的长度和宽度，该第一通孔为具有沿着相对于中心线C的径向方向延伸的狭槽形状的孔。

轴承安装孔23被设置为沿着中间板主体21的边缘在周向方向上的多个轴承安装孔，轴承安装孔为固定部分S的轴承安装销P从中穿过的孔。

中间板20的轴承安装孔23位于与底板10的轴承安装孔13对应的位置处，并且轴承安装孔23和轴承安装孔13具有相同的直径。

波箔片24为具有梯形平面形状的部分，其具有多个波峰和根部交替连接以在沿着中心线C的竖直方向上可弹性变形的波形。

波箔片24与耦接部分12类似地通过切割并弯曲金属薄板而形成，该金属薄板通过按压工艺填充切除部分28(其为中间板主体21的孔)。

波箔片24被设置为在相对于中心线C的周向方向上以一预设间隔互相间隔开的多个波箔片。

在波箔片24中，仅梯形的四个侧边中的在相对于中心线C的周向方向上彼此间隔开且彼此相对的两个侧边25和26中的侧边25耦接至中间板主体21，而其他三个侧边是自由端。

在本实施方式中，在波箔片24中，基于空气相对于波箔片24的流动，仅在相对于中心线C的周向方向上彼此间隔开且彼此相对的两侧边的上游侧的侧边25耦接至中间板主体21。换言之，在波箔片24中，虽然仅上游侧的侧边25耦接至中间板主体21，但下游侧的侧边26形成为能够进行自由运动的翼形。

波箔片24沿着相对于中心线C的周向方向朝向下游侧形成较长，并且包括在相对于中心线C的径向方向上互相间隔开的多个切割线27。

在本实施方式中，第一通孔22围绕相对于中心线C的周向方向上彼此间隔开并且彼此相对的两侧的下游侧处的侧边26而形成。在波箔片24的下游侧处的侧边26与中间板主体21之间的切除部分28可以是第一通孔22。

顶板30布置在中间板20的面向旋转部分R的上表面上方，该顶板为通过按压处理金属薄板制造的圆盘构件。顶板30可包括顶板主体31、第二通孔32、轴承安装孔33及顶箔片34。

底板10、中间板20及顶板30均可以相同材料的金属薄板的形式制造，但可具有不同的厚度。

顶板主体31具有布置在中间板主体21的上表面上方的下表面，该顶板主体为中心在中心线C上的圆盘部分。顶板主体31具有与底板主体11相同的直径。

通孔H形成在中心在中心线C上的顶板主体31的中心处。顶板主体31的通孔H具有与底板主体11的通孔H相同的直径。

第二通孔32具有使耦接部分12穿过第二通孔32的长度和宽度，该第二通孔为具有在相对于中心线C的径向方向上延伸较长的狭槽形状的孔。

第二通孔32形成在与第一通孔22对应的位置处并且具有与第一通孔22相同的长度和宽度。

轴承安装孔33被设置为在沿着顶板主体31的边缘的周向方向上的多个轴承安装孔，该轴承安装孔为固定部分S的轴承安装销P从中穿过的孔，。

顶板30的轴承安装孔33形成在与底板10的轴承安装孔13和中间板20的轴承安装孔23对应的位置处，并且轴承安装孔13、轴承安装孔23及轴承安装孔33具有相同的直径。

在本实施方式中，底板10、中间板20及顶板30的轴承安装孔13、23及33布置在中心在中心线C上的相同的虚构圆周上。

根据推力箔片空气轴承使用的位置，底板10、中间板20及顶板30的轴承安装孔13、23及33的布置图案可以是图10所示的不一致的图案。图10示出了根据另一实施方式的推力箔片空气轴承200。推力箔片空气轴承200与推力箔片空气轴承100镜像对称。

在推力箔片空气轴承100的底板10、中间板20及顶板30的任何一个中，轴承安装孔13、23及33的相邻轴承安装孔之间的第一布置角度α1和第二布置角度α2根据在相对于中心线C的周向方向上的位置而不对称地形成为不一致。第一布置角度α1是小于45°的锐角并且具有小于第二布置角度α2的值。在本实施方式中，第一布置角度α1是30°并且第二布置角度α2是90°。

因此，因为一对推力箔片空气轴承100和200的面向旋转轴F的相反端部的布置图案彼此不同，所以可以基本防止操作员将轴承错误地安装在相反位置。换言之，当操作员试图在待安装推力箔片空气轴承200的位置处安装推力箔片空气轴承时，轴承安装销P不插入轴承安装孔13、23及33中。

顶箔片34布置在波箔片24上方并且与旋转部分R可接触，该顶箔片为具有梯形平面形状的部分。

顶箔片34被设置为在相对于中心线C的周向方向上以一预设间隔互相间隔开的多个顶箔片。

顶箔片34具有与波箔片24对应的位置和尺寸。

顶箔片34与波箔片24类似地通过切割并弯曲金属薄板而形成，该金属薄板通过按压工艺填充切除部分37(其为顶板主体31的孔)。

在顶箔片34中，仅梯形的四个侧边中的在相对于中心线C的周向方向上彼此间隔开且彼此相对的两个侧边35和36中的侧边35耦接至顶板主体31，而其他三个侧边是自由端。

在本实施方式中，在顶箔片34中，基于空气相对于顶箔片34的流动，仅在相对于中心线C的周向方向上彼此间隔开且彼此相对的两侧边的上游侧的侧边35耦接至顶板主体31。换言之，在顶箔片34中，虽然仅上游侧的侧边35耦接至顶板主体31，但下游侧的侧边36形成为能够进行自由运动的翼形。

在本实施方式中，第二通孔32围绕在相对于中心线C的周向方向上彼此间隔开且彼此相对的两侧边的下游侧处的侧边36而形成。顶箔片34的下游侧处的侧边36与顶板主体31之间的切除部分37可以是第二通孔32。

当底板10的耦接部分12在锁定位置时，底板10、中间板20及顶板30的轴承安装孔13、23及33布置成一条线使得轴承安装销P从中穿过。然而，当底板10的耦接部分12在释放位置时，轴承安装孔13和轴承安装孔23和33没有对准成一条线。

通过允许底板10、中间板20及顶板30在与中心线C交叉的虚构平面上滑动而不是互相可滑动地分离，轴承安装销P耦接底板10、中间板20及顶板30。而且，轴承安装销P防止耦接部分12意外地旋转至释放位置。

在以下说明中，描述了装配并安装具有上述结构的推力箔片空气轴承100的方法。

首先，使中间板20和顶板30准备为彼此重叠使得中间板20的轴承安装孔23和顶板30的轴承安装孔33对准成一条线。在这种状态下，中间板20的第一通孔22和顶板30的第二通孔32对准成一条线。

接下来，使彼此重叠的中间板20和顶板30在底板10的上表面上方移动。中间板20和顶板30接近底板使得释放位置处的耦接部分12插入中间板20和顶板30的第一通孔22和第二通孔32中。

如在图3和图4中示出的，在耦接部分12穿过第一通孔22和第二通孔32的上述状态中，底板10相对于中间板20和顶板30逆时针旋转，耦接部分12旋转至锁定位置，并因此耦接部分12的形状“∟”的端部可拆卸地耦接至顶板主体31和中间板主体21。在这种状态下，底板10、中间板20及顶板30的轴承安装孔13、23及33对准成一条线。

最后，具有耦接至彼此的底板10、中间板20及顶板30的推力箔片空气轴承100移动至固定部分S的上表面，并且降低使得固定部分S的轴承安装销P插入轴承安装孔13、23及33中。在实现没有与轴承安装销P分离的推力箔片空气轴承100之后，推力箔片空气轴承100的装配和安装完成。

如上构造的推力箔片空气轴承100包括：底板10，该底板耦接至固定部分S并且具有朝向旋转部分R突出的耦接部分12；中间板20，该中间板具有布置在底板10的上表面上方且可弹性变形的波箔片24和使耦接部分12从中穿过的第一通孔22；以及顶板30，该顶板布置在中间板20的上表面上方并且面向旋转部分R，并且具有布置在波箔片24上方且与旋转部分R可接触的顶箔片34以及形成在与第一通孔22对应的位置处的第二通孔32，耦接部分12穿过第二通孔32。因为底板10、中间板20及顶板30通过穿过第一通孔22和第二通孔32的耦接部分12而耦接至彼此，所以轴承可以快速装配，而没有诸如焊接的复杂工艺。

在推力箔片空气轴承100中，因为底板10的耦接部分12围绕中心线C在耦接部分12可拆卸地耦接至中间板20和顶板30的锁定位置与耦接部分12与中间板20和顶板30可分离的释放位置之间可旋转，所以底板10、中间板20及顶板30可以通过使底板10相对于中间板20相对旋转的简单操纵而耦接至彼此。

此外，在推力箔片空气轴承100中，因为耦接部分12预先弯曲成形状，所以耦接部分12可以通过使底板10相对于中间板20和顶板30相对旋转的简单操纵移动至锁定位置。

在推力箔片空气轴承100中，因为通过在相对于中心线C的径向方向上形成的耦接部分12较长而使第一通孔22和第二通孔32具有在相对于中心线C的径向方向上延伸较长的狭槽形状，所以耦接部分12接触顶板主体31上表面的面积增加使得耦接部分12的耦接力可以增强，并且在相对于中心线C的径向方向上的虚构线上可以容易地选择耦接部分12的位置。

此外，在推力箔片空气轴承100中，波箔片24和顶箔片4均在相对于中心线C的周向方向上设置为多个，并且波箔片24的一端耦接至中间板主体21且另一端形成为能够进行自由运动的翼形，并且顶箔片4的一端耦接至顶板主体31且另一端形成为能够进行自由运动的翼形，第一通孔22自然地形成在波箔片24的另一端与中间板主体21之间而未形成分离的通孔，并且第二通孔32自然地形成在顶箔片34的另一端与顶板主体31之间。

因为固定部分S包括作为突出杆构件的轴承安装销P并且底板10、中间板20及顶板30包括使轴承安装销P从中穿过的轴承安装孔13、23及33，所以推力箔片空气轴承100可以通过使用容易获得且结构强度大的轴承安装销P而便利地安装在固定部分S上。

此外，在推力箔片空气轴承100中，因为底板10的耦接部分12围绕中心线C在耦接部分12可拆卸地耦接至中间板20和顶板30的锁定位置与耦接部分12与中间板20和顶板30可分离的释放位置之间可旋转，并且当耦接部分12在锁定位置处时，底板10、中间板20及顶板30的轴承安装孔13、23及33对准成一条线使得通过将轴承安装销P插入轴承安装孔13、23及33中而使轴承安装销P可以穿过轴承安装孔13、23及33，所以底板10、中间板20及顶板30在与中心线C交叉的虚构平面上耦接至彼此而没有互相可滑动地分离，并且此外，防止耦接部分12意外地旋转至释放位置。

在推力箔片空气轴承100中，因为分别形成在底板10、中间板20及顶板30中的轴承安装孔13、23及33的布置图案根据推力箔片空气轴承的使用位置而不一致，所以当一对推力箔片空气轴承100和200面向耦接至旋转轴F的相反端部的两个旋转部分R而安装时，可以基本上防止操作员将轴承错误地安装在相反位置。

此外，因为底板10、中间板20及顶板30都具有通过按压工艺快速形成的形状，所以与使用例如焊接的方法相比，推力箔片空气轴承100适用于批量生产。

在本实施方式中，虽然耦接部分12预先弯曲成形状，但耦接部分12可以最初具有“-”形状并且然后在穿过第一通孔22和第二通孔32之后塑性变形为弯曲成形状。

在本实施方式中，虽然底板10、中间板20及顶板30每个安装为一个，但底板10、中间板20及顶板30的至少任何一个可以每个安装为两个或多个。

在本实施方式中，虽然通过改变由相邻轴承安装孔13、23及33形成的布置角度α1和α2来调节底板10、中间板20及顶板30中的轴承安装孔13、23及33的布置图案，但可以通过单独改变从中心线C至轴承安装孔13、23及33中的每一个的距离来调节布置图案。

虽然已经参考使用特定术语的优选实施方式具体示出和描述了本发明构思，但应当认为实施方式和术语仅是描述性的，而不是为了限制的目的。因此，本领域普通技术人员将理解，在不背离由所以下权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下，可以在本发明构思中进行形式和细节上的各种改变。