CN104533962A - 一种表面微处理滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表面微处理滑动轴承，包括推力瓦和推力盘，推力盘支承在推力瓦的推力面上，推力瓦的推力面上设有经过表面模压微处理成型的凹坑。本发明可以减小相对运动表面边界润滑状态下的摩擦力，从而减小轴承启动时所需的启动转矩，低速大比压及经常启停工况下，可省去高压油路；本发明的凹坑可以存储润滑介质，在供油系统出现故障时，使相对运动表面仍能得到润滑，提高轴承可靠性；本发明的凹坑能存储轴承运行时产生磨屑等杂质，减少润滑油中的杂质对相对运动表面产生的不良影响；本发明使用时，润滑介质在表面凹坑处可产生一提升力，提高轴承的承载能力。

Description

一种表面微处理滑动轴承

技术领域

本发明属于滑动轴承领域，尤其是涉及一种表面微处理滑动轴承。

背景技术

滑动轴承以其较大承载能力、运行平稳、使用维修方便、寿命长等优点，被广泛应用于电力、水利、石油、化工、钢铁、军事工业等领域。但在启停过程中，由于线速度低不能形成完整润滑油膜而使摩擦副处于边界润滑状态，出现接触面之间的直接接触。多次启停，必然导致接触面磨损的累积，从而影响轴承的寿命。在启动时低速、重载的情况下，通常采用“高压顶轴”的方法，这种方法虽然可避免接触面直接接触，但同时也带来了油路复杂、投资高、安全系数低等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种摩擦力小、抗磨损能力强、可靠性高的表面微处理滑动轴承。

本发明采用的技术方案是：包括推力瓦和推力盘，推力盘支承在推力瓦的推力面上，推力瓦的推力面上设有经过表面模压微处理成型的凹坑。

一种表面微处理滑动轴承，包括径向瓦及转轴，转轴支承在径向瓦的内孔内，径向瓦的支撑面上设有经过表面模压微处理成型的凹坑。

上述的表面微处理滑动轴承中，所述的凹坑形状为椭圆环形、圆形、椭圆形或多边形。

上述的表面微处理滑动轴承中，所述的凹坑的形状为椭圆环形，凹坑深度为5-15μm，深度与凹坑宽度之比为：0.2-0.3，所述的凹坑宽度为外椭圆长半径与内椭圆的长半径之差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明可以减小相对运动表面边界润滑状态下的摩擦力，从而减小轴承启动时所需的启动转矩，低速大比压及经常启停工况下，可省去高压油路；2.本发明的凹坑可以存储润滑介质，在供油系统出现故障时，使相对运动表面仍能得到润滑，提高轴承可靠性；3.本发明的凹坑能存储轴承运行时产生磨屑等杂质，减少润滑油中的杂质对相对运动表面产生的不良影响；4.本发明使用时，润滑介质在表面凹坑处可产生一提升力，提高轴承的承载能力。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1中I处的放大图。

图3是图1中A-A剖视图。

图4是本发明凹坑产生油膜力的原理图。

图5是轴瓦表面处理前后，瓦面摩擦系数对比。

图6是本发明实施例2的径向瓦结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本发明包括推力瓦1和推力盘2，推力盘2支承在推力瓦1的推力面上，推力瓦1的推力面上，沿推力瓦1的半径方向设有经过表面模压微处理成型的多排凹坑11。凹坑11的形状为椭圆环形，也可以是其他形状，如椭圆形、圆形、矩形或三角形等。

定义h_c为最小油膜厚度、h_p为凹坑深度，L1/L2为凹坑宽度与凹坑间隔之比，凹坑密度比＝凹坑面积/带凹坑的瓦面面积，W为承载能力，h₁、h₂分别为L1、L2区域的油膜厚度，p为油膜压力，p₀为0点处油膜压力。凹坑面积占有率是指整个瓦块加工有凹坑的面积与整个瓦块的面积之比。根据直径的大小选择凹坑深度5-15μm，通过试验研究表面在缺油情况下，最优凹坑深度取10μm较优，取更大的凹坑时由于形成油膜需要较多的润滑油所有在缺油的情况下难以形成润滑油膜。确定凹坑深度后应根据凹坑深度与凹坑宽度确定凹坑的宽度大小，根据实验研究表面，凹坑的深度与凹坑宽度比选择为20％-30％其油膜承载能力最大，摩擦系数最小，凹坑的深度与凹坑宽度比远离该区间其承载能力变差，摩擦系数变大，所述的凹坑宽度为外椭圆长半径与内椭圆的长半径之差。

本发明的原理如下：

表面微处理的凹坑11使得表面增大了油膜厚度，相当于表面的部分区域产生一个凹陷区域，这个区域就是表面微处理的区域。因此，可按阶梯轴承来考虑问题。在凹坑区域L1内，油膜厚度h＝h1；在区域L2内，油膜厚度h＝h2，h作为常数时，对无限长近似的Reynolds方程积分两次，所得压力分布为：

$p=6\mathrm{\μU}\frac{h_0-h}{h^3}x+C_1---\left(1\right)$

对凹坑区域L1，如图所示坐标，当x＝0时，p＝0；x＝L时，p＝p0，p0为在阶梯处的公共压力。根据边界条件可得C1＝0，有

$p_0=6\mathrm{\μU}\frac{h_1-h_0}{h_1^3}{L}_1---\left(2\right)$

同样，对区域L2把坐标换到另一个端部，则有C1＝0，有

$p_0=6\mathrm{\μU}\frac{h_0-h_2}{h_2^3}{L}_2---\left(3\right)$

由于p0为在阶梯处的公共压力，则式(2)应与式(3)相等即：

$\frac{h_0-h_2}{h_2^3}{L}_2=\frac{h_1-h_0}{h_1^3}{L}_1---\left(4\right)$

解得

$h_0=\frac{h_1{h}_2(L_1{h}_2^2+L_2{h}_1^2)}{L_1{h}_1^3+L_2{h}_2^3}---\left(5\right)$

压力分布为：

在区域L1内 $p=\frac{6\mathrm{\μU}}{h_1^2}[1-\frac{h_2(L_1{h}_2^2+L_2{h}_1^2)}{L_1{h}_2^3+L_2{h}_1^3}]x---\left(6\right)$

在区域L2内 $p=\frac{6\mathrm{\μU}}{h_2^2}[1-\frac{h_1(L_1{h}_2^2+L_2{h}_1^2)}{L_1{h}_2^3+L_2{h}_1^3}]x---\left(7\right)$

在宽度L上的轴承承载能力：

$\begin{array}{c}W=W_1+W_2=\frac{6\mathrm{\μU}(h_1-h_0)}{h_1^3}B{\∫}_0^{L_1}\mathrm{xdx}+\frac{6\mathrm{\μU}(h_0-h_2)}{h_2^3}B{\∫}_0^{L_2}\mathrm{xdx}\\ =\frac{3\mathrm{\μUB}{L}_1{L}_{2}L(h_1-h_2)}{L_1{h}_2^3+L_2{h}_1^3}\end{array}---\left(8\right)$

取L1＝L－L2，a＝h1/h2，则式(8)为

$W=\frac{3\mathrm{\μUB}{L}_{2}L(a-1)(L-L_2)}{h_2^2(L_2{a}^3+L-L_2)}---\left(9\right)$

对上式微分并令为零，可分别解得使W取得最大值的L2和a。

$\frac{\∂W}{\∂L_2}=\frac{3\mathrm{\μUBL}(a-1)}{h_2^2}\left[\frac{(L_2{a}^3+L-L_2)(L-2L_2)-L_2(L-L_2)(a^3-1)}{{(L_2{a}^3+L-L_2)}^3}\right]=0---\left(10\right)$

由式(10)解得：

$a^2=\frac{L^2-2L{L}_2+L_2^2}{L_2^2}={\left(\frac{L-L_2}{L_2}\right)}^2---\left(11\right)$

或

$L=L_2(a^{\frac{3}{2}}+1)---\left(12\right)$

由

$\frac{\∂W}{\∂a}=\frac{3\mathrm{\μUBL}{L}_2(L-L_2)}{n^2}\left[\frac{L_2{a}^2+L-L_2-{(a-1)}^2{L}_1{a}^2}{{(L_2{a}^2+L-L_1)}^2}\right]=0---\left(13\right)$

可得：

$L_2=\frac{L}{2a^1-3a^2+1}---\left(14\right)$

将式(11)代入式(14)后得到：

(a-1)(4a²-8a+1)＝0   (15)

方程(15)的三个根分别为：

$a_0=1;a_1=1+\frac{\sqrt{3}}{2}=1.8666;a_2=1-\frac{\sqrt{3}}{2}=-0.1333$

由于a取值原因，将a0，a2舍去，a1为最佳值，这时

$\frac{L_1}{L_2}=a^2(2a-3)=2.542---\left(16\right)$

则织构区域与整个滑动面的面积比α＝L1/L＝2.542/3.542＝71.77％与试验结果比较吻合，但可近似地作为其理论基础。

对应于最佳参数的阶梯轴承的特性为：

$W_{\max }=\mathrm{0,2052}\frac{\mathrm{\μUB}{L}^2}{n_1^2}$

$\frac{x^2}{L}=0.4262$

$f=4.092\frac{n_2}{L}---\left(17\right)$

上述计算分析对于考虑压粘关系时的大多数情况来说也是正确的。

不同的凹坑密度、凹坑面积占有率对轴瓦压力分布和承载能力的影响

试验研究表明：在转速较低时，凹坑密度低的轴瓦摩擦系数最小，随着转速和载荷的增加其摩擦系数变化较小；在高转速情况下，凹坑密度高的轴瓦摩擦系数减小明显最终摩擦系数最小。对于为了减小启停机场合的摩擦的应用场合，凹坑的密度比在选定在5％-10％比较合理。试验研究表明：对于短期处于缺油润滑情况下凹坑面积占有率0.13时效果最优，如果设备长期处于缺油状态，更大的凹坑面积占有率对于增加承载能力有重要作用，最优凹坑面积占有率为0.7。

试验验证：

通过表面组组结构加工机，在圆形推力瓦合金面上，按照优化参数表面组构，装夹上试样——45#钢圆柱销、下试样——表面微结构化巴氏合金盘和表面光滑试盘，通过BT50-1J型蠕动泵对试样表面进行润湿后不再进行供油，使摩擦副处于边界润滑状态。在销盘实验机上测量表面处理前后，试样的摩擦性能，在比压为3.2MPa时，其实验结果对比见图5。实验结果表明：具有凹坑的推力瓦能降低摩擦系数40％以上。

实施例2

本发明包括径向瓦3及转轴，转轴支承在径向瓦3的内孔内，如图6所示，径向瓦3的支撑面上设有椭圆环形的凹坑31，凹坑的形状也可以为圆环形、矩形、椭圆形、三角形或其他形状。

Claims (4)

1.一种表面微处理滑动轴承，其特征是：包括推力瓦和推力盘，推力盘支承在推力瓦的推力面上，推力瓦的推力面上设有经过表面模压微处理成型的凹坑。

2.一种表面微处理滑动轴承，其特征是：包括径向瓦及转轴，转轴支承在径向瓦的内孔内，径向瓦的支撑面上设有经过表面模压微处理成型的凹坑。

3.根据权利要求1或2所述的表面微处理滑动轴承，其特征是：所述的凹坑的形状为椭圆环形、圆形、椭圆形或多边形。

4.根据权利要求1或2所述的表面微处理滑动轴承，其特征是：所述的凹坑形状为椭圆环形，深度为5-15μm，深度与凹坑宽度之比为：0.2-0.3，所述的凹坑宽度为外椭圆长半径与内椭圆的长半径之差。