CN102606618B - 一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承，包括静止的平板、运动平板，运动平板保持水平，静止平板和运动平板之间形成收敛间隙，静止平板和运动平板之间充满润滑油，静止平板部分下表面涂有涂层，静止平板固定在一支点上，涂层为氟碳涂层，润滑油为普通石蜡油，静止平板和运动平板间一定的相对运动就可使这两块平板组成可倾瓦推力滑动轴承。本发明相比于传统可倾瓦推力滑动轴承，相同条件下本发明轴承的摩擦系数可减小40%，而其承载能力可提高30%。具有良好的减摩和节能性能，且具有较高的承载能力，技术性能实现简单，成本低廉，具有很大的技术优势和应用价值。

Description

一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承，具体的说它是一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承。

背景技术

轴承是用来支承轴类零件的重要机械部件。分滑动轴承和滚动轴承两种。对于轴承有以下主要性能要求：支承精度、支承刚度、低摩擦系数和耐磨损。这就要求轴承是一种很精密的机械部件，还要求它有足够大的承载能力。为了达到好的减摩和耐磨性能，还需要轴承具有较好的润滑性能。发展至今，虽然轴承技术比较成熟，但均建立在传统的润滑理论基础上。目前，滚动轴承和滑动轴承各应用于不同场合，各有其优势。由于本发明涉及的是滑动轴承，现将现有滑动轴承类型和技术归纳如下：

    从润滑机理上，滑动轴承分为混合摩擦滑动轴承和流体润滑滑动轴承两种。前者依靠边界吸附膜和流体动压效应实现润滑，用于低速、轻载和不重要场合；后者依靠流体膜实现润滑，用于重要场合，应用更为广泛。流体润滑滑动轴承是滑动轴承的主体，又分为流体动压润滑滑动轴承和流体静压润滑滑动轴承两种。流体静压润滑滑动轴承依靠外界液压系统供油，靠油压支承载荷，靠液压油进行润滑，制造精度高、结构较复杂、成本较高，用于要求支承刚度大、支承精度高和承载能力大的重要场合。流体动压润滑滑动轴承依靠流体动压效应实现润滑，具有结构较简单、成本较低、性能较好的优点，是一种应用更为广泛和常见的滑动轴承。它又分为流体动压润滑向心滑动轴承和流体动压润滑推力滑动轴承两种。前者用于支承径向载荷，后者用于支承轴向载荷。以下介绍现有主要流体动压润滑推力滑动轴承类型及其特点。

1、倾斜平面瓦块轴承

    这种轴承如图2所示。它依靠上下两表面间形成的收敛间隙和这两个表面间的相对运动实现流体动压效应，从而实现润滑。这种轴承有较大承载能力，有较好减摩和耐磨性能。       

    这种轴承分成两种，一种是上表面和下表面均不能绕支点转动的固定瓦块轴承，另一种是其中一个表面可绕支点转动的可倾瓦块轴承[1]。在良好设计下，可倾瓦块轴承比固定瓦块轴承有更大的承载能力。

2、锯齿形瓦块轴承

    这种轴承如图3所示。它的工作和润滑机理同上一种轴承。在相同条件下它的承载能力比上一种轴承低得多。

3、斜面平台瓦块轴承

    这种轴承如图4所示。它的工作和润滑机理同上两种轴承。在相同工况下它的最大承载量比倾斜平面固定瓦块轴承的最大承载量高出20%。

4、瑞利阶梯轴承

    这种轴承如图5所示。它的工作和润滑机理同前面轴承。相比于前面三种轴承，在相同工况下它的最大承载量最高，比倾斜平面固定瓦块轴承的最大承载量高出28%。            

    现有的图2所示倾斜平面瓦块轴承在界面无滑移条件下进行润滑，其摩擦系数和承载能力均由传统流体润滑理论计算。这种轴承传统节能方法是：选用合适润滑油，降低润滑油粘度、提高润滑油粘度指数即粘温稳定性和使用润滑剂添加剂改善摩擦性能。但这种节能方法是建立在界面无滑移的传统流体润滑理论基础上的。当流体润滑中出现界面滑移时，轴承的节能方法和技术就会发生改变。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有良好的减摩和节能性能，且具有较高的承载能力的新型的节能可倾瓦推力滑动轴承。

 为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

    一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承，包括静止的平板、运动平板，运动平板保持水平，所述静止平板和所述运动平板之间形成收敛间隙，所述静止平板和运动平板之间充满润滑油，静止平板部分下表面涂有涂层，静止平板倾斜设置并支在一支点上，所述静止平板和所述运动平板间一定的相对运动使这两块平板组成可倾瓦推力滑动轴承，将所述静止平板部分下表面涂有所述涂层的一端作为润滑入口区，将所述静止平板下表面没有涂有所述涂层的一端作为润滑出口区。

作为本发明的进一步改进，所述涂层为氟碳涂层，润滑油为普通石蜡油。

作为本发明的进一步改进，所述静止平板部分工作表面上涂覆涂层宽度为                                                

，静止平板的其余工作表面上不涂覆涂层，所述静止平板上未涂覆涂层的工作表面宽度为

，

和

应符合以下条件式：

。

作为本发明的进一步改进，所述支点到轴承出口区的距离

满足：

，对于

。

 作为本发明的进一步改进，润滑油与所述涂层间的无量纲界面剪切强度

应满足以下条件式：

，

此处，

是润滑油与所述涂层（3）间的界面剪切强度，

为润滑油常温常压下粘度。

作为本发明的进一步改进，其特征在于：所述轴承最佳的工作条件是

。

在本发明设计的轴承中，由于所述静止平板上所述涂层与润滑油间的界面滑移（由该界面处剪应力达到该界面剪切强度引起），所述静止平板上涂层与所述运动平板间的润滑油流量进一步增大，如果轴承内压力不发生改变，则它大于所述静止平板上未涂覆涂层的工作表面与所述运动平板间的润滑油流量。这样，轴承内的流体流动的流量平衡条件就被打破。这就要求轴承内压力增大而使轴承润滑入口区（即A区，见图1）的润滑油流量减小（由于压力梯度流动），使轴承润滑出口区（即B区，见图1）的润滑油流量增大（由于压力梯度流动），从而使轴承内的流体流量最终维持平衡（即：使通过轴承横截面的流体流量处处相等）。所述涂层和由之产生的界面滑移就使本轴承的承载能力得到提高。由于所述涂层表面剪切强度低、摩擦阻力小，因此设置的涂层和由之产生的界面滑移反而使本轴承的摩擦系数减小，从而使本轴承具有减摩、节能、高承载能力的优点。这就是本轴承的工作原理。

如图1所示，本发明轴承的无量纲承载量为：

     

       (1)

此处，

，

为本发明轴承单位长度量纲承载量，

，

，

，

， 

，

，

，而

         （2）

要足够低，才能产生界面滑移，需满足以下条件：

   （3）

    图6(a) 和（b）给出本发明设计的轴承内压力分布及其与相同条件下传统（无界面滑移）可倾瓦推力滑动轴承内压力分布的比较。图中，

为本发明轴承内的压力，

为传统可倾瓦推力滑动轴承内的压力。从图中看出，本发明轴承内的压力要高于相同条件下传统可倾瓦推力滑动轴承内的压力，并且当

即

时，本发明轴承内的压力达到最大，其承载能力达到最大。 

    图6 相同条件下，本发明轴承内压力(

)与传统（无界面滑移）可倾瓦推力滑动轴承内压力(

)的比较。

    图7给出相比于传统可倾瓦推力滑动轴承的承载量，本发明轴承的承载量增加量

与涂层和润滑油间无量纲界面剪切强度

及

（即

 ）的关系。从图中看出，

随

的减小而线性增大，即涂层和润滑油间界面剪切强度的减小使本发明轴承的承载量线性地增大。而当

时，本发明轴承的承载能力达到最佳。

    图7相比于传统可倾瓦推力滑动轴承的承载量，本发明轴承的承载量增加量与涂层和润滑油间无量纲界面剪切强度

及

（即

 ）的关系。

    图8(a)和(b)分别给出本发明轴承静止平板工作面上摩擦系数（

）、运动平板工作面上摩擦系数（

）与及

的关系及其与相同条件下传统可倾瓦推力滑动轴承相应表面上摩擦系数(、

)的比较。从图中看出，随着涂层和润滑油间界面剪切强度

的减小，本发明轴承摩擦系数线性地减小，且当

即时，本发明轴承摩擦系数达到最小。相比于相同条件下传统可倾瓦推力滑动轴承表面上摩擦系数，本发明轴承的摩擦系数明显要小得多。可见，在滑移条件下，涂层和润滑油间界面剪切强度的减小使本发明轴承减摩和节能效果显著地增大，且这种效果在

时达到最佳。

  图8 本发明轴承静止平板工作面上摩擦系数（）、运动平板工作面上摩擦系数（

）与

及

的关系及其与相同条件下传统可倾瓦推力滑动轴承相应表面上摩擦系数(、

)的比较。

本发明的有益效果是：相比于传统可倾瓦推力滑动轴承，相同条件下本发明轴承的摩擦系数可减小40%，而其承载能力可提高30%。具有良好的减摩和节能性能，且具有较高的承载能力。只需采用涂层和界面滑移技术即可实现以上性能，技术性能实现简单，成本低廉。相比于传统可倾瓦推力滑动轴承，具有更大的技术优势和应用价值。

附图说明

   图1 是本发明原理图，图中A区为润滑入口区，B区为润滑出口区。u：下平板相对于上平板的运动速度，w：支承载荷, l ₁ : 静止平板上未涂覆涂层的表面的宽度, l ₂ : 静止平板上涂覆涂层的表面的宽度。

   图2 是倾斜平面瓦块轴承原理图 ，图中u为上表面相对于下表面的运动速度；w为支撑载荷；a为上表面，b为下表面，上下表面之间充满流体，（图3-图5相同）。

   图 3 是锯齿形瓦块轴承原理图   

   图4 是斜面平台瓦块轴承原理图

   图5 是瑞利阶梯轴承原理图

   图6(a) 和（b）给出本发明设计的轴承内压力分布及其与相同条件下传统（无界面滑移）可倾瓦推力滑动轴承内压力分布的比较。

   图7给出相比于传统可倾瓦推力滑动轴承的承载量，本发明轴承的承载量增加量

与涂层和润滑油间无量纲界面剪切强度

及

（即 ）的关系。

   图8(a)和(b)分别给出本发明轴承静止平板工作面上摩擦系数（

）、运动平板工作面上摩擦系数（

）与及

的关系及其与相同条件下传统可倾瓦推力滑动轴承相应表面上摩擦系数(

、

)的比较。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

    一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承，包括静止的平板1、运动平板2，所述运动平板2保持水平，所述静止平板1和所述运动平板2之间形成收敛间隙，所述静止平板1和所述运动平板2之间充满润滑油，所述静止平板1部分下表面涂有涂层3，所述静止平板1倾斜设置并支在一支点4上，所述静止平板1和所述运动平板2间一定的相对运动使这两块平板组成可倾瓦推力滑动轴承，将所述静止平板1部分下表面涂有所述涂层3的一端作为润滑入口区，将所述静止平板1下表面没有涂有所述涂层3的一端作为润滑出口区。所述涂层3为氟碳涂层，润滑油为普通石蜡油。所述静止平板1部分工作表面上涂覆涂层宽度为

，所述静止平板1的其余工作表面上不涂覆涂层，所述静止平板1上未涂覆涂层的工作表面宽度为

。

和

应符合以下条件式：

。

 所述支点4到轴承出口区的距离

满足： ，对于

。 

 润滑油与所述涂层3间的无量纲界面剪切强度

应满足以下条件式：

。

 所述轴承最佳的工作条件是：

。

 实施例：如图1，对于两块钢制平板，涂层为氟碳涂层，这种涂层具有很强的憎油性。当润滑油为普通石蜡油时，在常温常压下润滑油和氟碳涂层间界面剪切强度约为0.05MPa，取轴承支点位置=0.37。（1）当l ₁ =5mm，l ₂ =20mm, u=10m/s,

=2.5

,

时，得到的本发明轴承单位长度量纲承载量为

。（2）其它条件不变，当l ₁ =2.5mm，l ₂ =10mm时，得到的本发明轴承单位长度量纲承载量为

。（3）其它条件不变，当l ₁ =1.5mm，l ₂ =6mm时，得到的本发明轴承单位长度量纲承载量为。（4）其它条件不变，当l ₁ =1mm，l ₂ =4mm时，得到的本发明轴承单位长度量纲承载量为

。

本发明与传统（无界面滑移）流体动压润滑可倾瓦推力滑动轴承相比，润滑机理有进一步实质改进，它进一步运用界面滑移技术减小了轴承摩擦系数，却反而提高了轴承承载能力。在最佳设计条件下，在相同条件下本发明轴承摩擦系数比传统类型轴承摩擦系数低40%，而其承载能力却比传统类型轴承承载能力高出30%。因此，本发明轴承的技术优势和应用价值是十分明显的。

Claims (3)

1.一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承，包括静止的平板（1）、运动平板（2），其特征在于，所述运动平板（2）保持水平，所述静止平板（1）和所述运动平板（2）之间形成收敛间隙，所述静止平板（1）和所述运动平板（2）之间充满润滑油，所述静止平板（1）部分下表面涂有涂层（3），所述静止平板（1）倾斜设置并支在一支点（4）上，所述静止平板（1）和所述运动平板（2）间一定的相对运动使这两块平板组成可倾瓦推力滑动轴承，将所述静止平板（1）部分下表面涂有所述涂层（3）的一端作为润滑入口区，将所述静止平板（1）下表面没有涂有所述涂层（3）的一端作为润滑出口区；所述静止平板（1）部分工作表面上涂覆涂层宽度为 

，所述静止平板（1）的其余工作表面上不涂覆涂层，所述静止平板（1）上未涂覆涂层的工作表面宽度为

，

和

应符合以下条件式：

 ；所述支点（4）到轴承出口区的距离

满足

。

2.根据权利要求1所述一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承，其特征在于：所述涂层（3）为氟碳涂层，润滑油为普通石蜡油。

3.根据权利要求1所述一种新型的节能可倾瓦推力滑动轴承，其特征在于：所述轴承最佳的工作条件是：

。

Images