CN103671484B - 具有多孔结构的推力滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔结构的推力滑动轴承。包括轴承瓦座，三块以上扇形瓦块，与扇形瓦块相同个数的支撑球和螺钉；所述轴承瓦座下部为多孔结构的轴承瓦座，多孔结构的轴承瓦座底面设有粘结层。多孔结构的轴承瓦座为基体上设有沿径向均匀、对称分布的微孔；或基体上设有沿轴向由上至下孔隙密度由大到小呈梯度变化分布的微孔。本发明有效衰减结构振动、缓解冲击，降低轴系噪声辐射水平。孔隙密度沿轴向梯度变化的轴承瓦座，在增强轴承瓦座基体阻尼性能的同时，保证了轴承瓦座的强度要求。微孔沿径向均匀对称分布，可使轴承瓦座基体内应力分布均匀。轴承瓦座底部的网格状粘结层使推力轴承整体耐冲击性好、承载强度高，并使箱体受均匀载荷作用。

Description

具有多孔结构的推力滑动轴承

技术领域

本发明涉及一种推力轴承，尤其是涉及一种具有多孔结构的推力滑动轴承。

背景技术

推力滑动轴承是一种重要的支承元件。可倾瓦推力轴承是发电机、汽轮机等大型旋转机组中的重要部件，其性能优劣直接影响到整个机组运行的可靠性、寿命和经济指标。在大型旋转机械中，推力轴承不仅被用来支承轴向载荷，而且亦被用来抑制各种激振力和改善系统的动力响应。

例如在舰艇推进轴系中，船舶轴系的纵向振动激励通过轴系—推力轴承—船体传递，进而引起结构的振动，产生较强的机械噪声。并且这种纵向振动较难采用隔离措施加以避免。推力轴承作为舰艇推进轴系的主要设备之一，不仅直接影响动力系统运行的可靠性，而且影响推进轴系的振动传递特性，决定了其噪声辐射水平。影响推力轴承振动特性的主要参数有系统的刚度和阻尼。因此，合理有效的利用材料阻尼性能，可降低轴系噪声和减少振动。

轴承瓦座的表面弹性变形，可以用Boussinesq公式(1)计算。轴瓦的表面热变形，可用公式(2)计算得到。

$d(x,y)=\frac{2}{{\mathrm{\πE}}^{\′}}\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫\∫}\frac{p(s,t)dsdt}{\sqrt{{(x-s)}^2+{(y-t)}^2}}---\left(1\right)$

式(1)中，其中，E₁、E₂为轴、瓦块的弹性模量；υ₁，υ₂为轴、瓦块材料的泊松比；p为流体动压力。

瓦面热变形可以用式(2)计算

$u\left(R_{sext}\right)=\frac{2{\mathrm{\α}}_h{R}_{sext}}{(R_{sext}^2-R_{\sin t}^2)}{\∫}_{R_{\sin t}}^{R_{sext}}\left(T_s\right(r)-T_{ref})rdr---\left(2\right)$

式(2)中：α_h－热膨胀系数；R_sext－轴瓦外表面高度；R_sint－轴瓦内表面高度；T_s(r)－轴瓦横截面温度；T_ref－环境温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多孔结构的推力滑动轴承，是在轴承瓦座下部采用多孔结构且轴承瓦座底面设有粘结层的推力滑动轴承。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括轴承瓦座，三块以上扇形瓦块，与扇形瓦块相同个数的支撑球和螺钉；所述轴承瓦座下部为多孔结构的轴承瓦座，多孔结构的轴承瓦座底面设有粘结层。

所述多孔结构的轴承瓦座为基体上设有沿径向均匀、对称分布的微孔；并在基体上设有沿轴向由上至下孔隙密度由大到小呈梯度变化分布的微孔。

所述粘结层为网格状粘结层。

所述多孔结构的孔隙率为5％～30％；微孔为毫米到微米数量级的圆球形或椭球形。

本发明具有的有益效果是：

1、轴承瓦座基体内引入微孔，使材料阻尼性能增加。微孔作为重要的耗能源，有效衰减轴系振动、缓解冲击，并显著降低轴系噪声辐射水平。

2、增大孔隙率虽然增强了基体材料的阻尼性能，但也使多孔结构的轴承瓦座基体强度下降。所以采用沿轴向孔隙密度呈梯度变化分布的微孔的轴承瓦座，不仅在一定程度上增强了轴承瓦座基体的阻尼性能，也保证了多孔结构的轴承瓦座具有足够的强度。

3、多孔结构的轴承瓦座底面设有网格状的粘结层，一方面使推力滑动轴承整体耐冲击性好、承载强度高，另一方面使得箱体受载均匀。

4、采用多孔结构的轴承瓦座，在加强轴承瓦座基体阻尼性能时，不同于传统的采用阻尼材料的方法；这种多孔结构并未增加轴承瓦座重量，反而降低了轴承瓦座的重量。

5、多孔结构的轴承瓦座基体内的微孔沿径向均匀对称分布，可使轴承瓦座基体内应力分布均匀。

附图说明

图1是具有多孔结构的推力滑动轴承主视图。

图2是图1一种多孔结构A-A剖视图。

图3是图1的另一种多孔结构A-A剖视图。

其中：1、扇形瓦块，2、螺钉，3、支撑球，4、多孔结构的轴承瓦座，5、粘结层。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明包括轴承瓦座，八块扇形瓦块1，与扇形瓦块相同个数的支撑球3和螺钉2；八块扇形瓦块1沿同一圆周分布，每块扇形瓦块1两侧中间开有凹槽，螺钉2将推力滑动轴承瓦座连接到箱体，依次连接成轴承整体。所述轴承瓦座下部为多孔结构的轴承瓦座4，多孔结构的轴承瓦座底面设有粘结层5。

多孔结构的孔隙率为5％～30％；微孔为毫米到微米数量级的圆球形或椭球形。

如图2所示，所述多孔结构的轴承瓦座4为基体上设有沿径向均匀、对称分布的微孔。在单个截面上，微孔分布规律为与轴承轴线平行、相邻两列等距、错位排列。绕轴承中心轴线旋转的一组截面上，微孔分布规律相同，多孔结构的轴承瓦座上开有螺纹孔的地方不设微孔。图2中，多孔结构的轴承瓦座的孔隙率为16.5％，微孔设为孔径为毫米数量级的圆球形。多孔结构的轴承瓦座基体可用粉末冶金法制备。当轴系产生纵向振动时多孔结构的轴承瓦座基体受到应力作用。由于多孔结构的轴承瓦座基体与微孔弹性模量差别很大，引起微孔周围材料的粘性流动。通过原子、分子的运动或位错的迁移使粘性流动转变为热能，使内耗增加。内耗与孔隙密度和孔径有关。内耗可近似的表示为：

$Q^{-1}\∝\frac{c}{a(1-c)}---\left(3\right)$

式中，a为平均孔径，c为孔隙率。由此可以看出，当孔径相同时，内耗随着孔隙率增大而增大；当孔隙率一定时，内耗随孔径的减小而增大。改变微孔的孔隙率或孔径就可改变基体的阻尼性能。微孔作为轴承瓦座基体内重要的耗能源，完成了应变能向内耗能的转换。因此轴承瓦座基体内部的这种多孔结构具有缓解冲击、衰减结构振动、降低轴系噪声的作用。

所述的多孔结构的轴承瓦座基体内的微孔沿径向均匀对称分布，可使轴承瓦座基体内应力分布均匀。

如图3所示，在多孔结构的轴承瓦座基体上设有沿轴向由上至下孔隙密度由大到小呈梯度变化分布的微孔。靠近扇形瓦块一端的孔隙密度较大，远离扇形瓦块一端的孔隙密度较小，且孔隙密度呈梯度变化。孔隙密度较大的部分，其阻尼作用更加突出，可吸收大部分轴系的冲击、振动和噪声。但孔隙率过大，势必会降低轴承座的强度。所以孔隙率沿轴向由靠近轴瓦一端向远离轴瓦一端逐渐变小。靠近扇形瓦块一端具有较大孔隙率的基体吸收了大部分的振动和噪声。所以这种基体内微孔沿轴向由上至下孔隙率由大到小呈梯度变化分布的轴承瓦座在使轴承瓦座阻尼性能增强的同时，也保证了具有多孔结构的轴承瓦座具有足够的强度，从而获得了最佳工作性能。

多孔结构的轴承瓦座底部的网格状粘结层，其与轴承瓦座之间通过强力胶粘结，如图2所示。粘结层可以为合金钢纤维编织层。粘结层具有高度交联、相互通透的网格状结构。这种高度致密的网格状结构有较高的抗拉强度和弹性，一方面使推力滑动轴承整体耐冲击性好、承载强度高，另一方面使得箱体的受载得以均匀化。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有多孔结构的推力滑动轴承，包括轴承瓦座，三块以上扇形瓦块，与扇形瓦块相同个数的支撑球和相同个数的螺钉；其特征在于：所述轴承瓦座下部为多孔结构的轴承瓦座，多孔结构的轴承瓦座底面设有粘结层；

所述多孔结构的轴承瓦座为基体上设有沿径向均匀、对称分布的微孔；并在基体上设有沿轴向由上至下孔隙密度由大到小呈梯度变化分布的微孔。

2.根据权利要求1所述的一种具有多孔结构的推力滑动轴承，其特征在于：所述粘结层为网格状粘结层。

3.根据权利要求1所述的一种具有多孔结构的推力滑动轴承，其特征在于：所述多孔结构的孔隙率为5%~30%；微孔为毫米到微米数量级的圆球形或椭球形。