CN106286574B - 一种动压轴承、具有其的法兰及压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动压轴承，所述动压轴承内孔在轴向方向上的至少一段的截面轮廓线包括三段圆弧，所述三段圆弧的圆心彼此不重合，并且所述三段圆弧彼此首尾相接。本发明的动压轴承能够在周向上不同位置处形成三个润滑油楔，即构成三油楔动压轴承，因而能够提高所支承的轴的旋转精度，即使在轴上负载周期性变化的情况下，也能减小振动，保证稳定性。本发明还公开了一种法兰及一种压缩机。

Description

一种动压轴承、具有其的法兰及压缩机
技术领域
本发明涉及一种动压轴承。本发明还涉及一种法兰及一种压缩机。
背景技术
压缩机的曲轴在回转的过程中，其负载往往随着曲轴转角的改变而改变。例如，在曲轴回转一周的过程中，往往会历经吸气、压缩、排气等不同的阶段，这三个阶段中的负载情况显然会有明显的差异，负载最大的是压缩阶段。而在压缩之后的排气的瞬间，曲轴的阻力会突然降低，由此会产生振动激励力。在压缩机高频运行时，这个激励力会导致压缩机振动，影响曲轴旋转精度和稳定性。对于立式压缩机而言，这种振动情况尤为严重，因为曲轴上的径向负载一旦消失，曲轴便可以很容易地在径向上沿任意方向移位。
因此，如何能降低曲轴振动、保证曲轴旋转精度和稳定性，是本领域的技术人员始终追求的目标之一。
发明内容
基于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种动压轴承，其能在与所支承的轴之间形成三个润滑油楔，从而增加润滑油膜压力分布面积，以减小所支承的轴的振动，提高轴的旋转精度，并且形状简单，便于加工成形。
本发明的另一目的是提供一种法兰，其能减小所支承的曲轴的振动。
本发明的再另一目的是提供一种压缩机，其具有减小的曲轴振动。
本发明的以上目的是通过以下技术方案来实现：
根据本发明的第一方面，提供了一种动压轴承，所述动压轴承内孔在轴向方向上的至少一段的横截面轮廓线包括三段圆弧，所述三段圆弧的圆心彼此不重合，并且所述三段圆弧彼此首尾相接。
优选地，所述三段圆弧的圆心角的数值分别为130-170°、100-120°和90-110°。
优选地，所述三段圆弧的半径不相等，其中最大的半径与最小的半径之间的差值在0-1mm之间。
优选地，所述三段圆弧的首尾相接之处设置有过渡圆弧。
优选地，所述动压轴承内孔的横截面轮廓线的不圆度为0.1-0.5mm。
优选地，所述动压轴承包括轴承本体和与所述轴承本体连接为一体的衬套，所述动压轴承的内孔为所述衬套的内孔。
优选地，所述动压轴承内孔在轴向方向上除所述至少一段以外的部分的横截面轮廓线为圆形。
优选地，所述圆形为所述三段圆弧形成的横截面轮廓线的内切圆。
根据本发明的第二方面，提供了一种法兰，其中，所述法兰上形成有前面所述的动压轴承。
优选地，所述动压轴承的内孔构成所述法兰的内孔。
优选地，所述动压轴承与所述法兰一体形成。
根据本发明的第三方面，提供了一种压缩机，其包括曲轴和支承所述曲轴的轴承，其中，所述轴承为前面所述的动压轴承。
或者，提供了一种压缩机，其包括曲轴和法兰，所述法兰的内孔支承所述曲轴，其中，所述法兰为前面所述的法兰。
又或者，提供了一种压缩机，其包括曲轴、第一法兰和第二法兰，所述第一法兰的内孔和所述第二法兰的内孔支承所述曲轴，所述第一法兰和所述第二法兰之间构造为压缩腔，其中，所述第一法兰和所述第二法兰的至少之一为前面所述的法兰。
本发明的动压轴承的内孔横截面轮廓线包括三段不同心的圆弧，从而能够在周向上不同位置处形成三个润滑油楔，即构成三油楔动压轴承，因而能够提高所支承的轴的旋转精度，即使在轴上负载周期性变化的情况下，也能减小振动，保证稳定性。并且，本发明仅利用三段形状简单的圆弧来构造轴承内孔的横截面轮廓线，使得该轮廓线的结构简单、曲线生成容易、加工方便、成本低。
本发明的法兰在直接用于支承曲轴时，能够抵抗曲轴负载变化时产生的振动激励力的不利影响，通过三个润滑油楔的支承作用，使曲轴振动减小，保证曲轴的旋转精度和稳定性。
本发明的压缩机由于采用本发明的动压轴承或法兰来支承曲轴，曲轴的振动明显降低，曲轴旋转精度和稳定性提高。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是根据本发明的优选实施方式的动压轴承的油膜压力分布示意图；
图2是本发明的一种结构形式的法兰的端视示意图；
图3是本发明的另一种结构形式的法兰的端视示意图；
图4是本发明的压缩机中曲轴和法兰的结构示意图；
图5是现有技术中的圆柱滑动轴承的油膜压力分布示意图；
图6是现有技术中的一种结构形式的压缩机法兰的端视示意图；
图7是现有技术中的另一种结构形式的压缩机法兰的端视示意图。
具体实施方式
通过对立式压缩机的结构及其曲轴支承方式进行研究后，本发明认为，导致曲轴振动的一个重要原因在于，现有技术中的立式压缩机曲轴的支承轴承中只能形成一个油楔，其难以满足负载周期性变化的曲轴的支承要求。其具体的原理及过程如下：
现有技术中，立式压缩机的曲轴是采用普通的圆柱形滑动轴承支承的，例如，曲轴往往支承于压缩机法兰内孔中，该内孔即为轴承内孔，而现有技术中的压缩机法兰内孔都是圆柱形内孔，如图6和图7所示。曲轴与轴承内孔之间会存在一定的间隙，该间隙中会存放润滑油。当曲轴旋转时，并且在受到径向力的时候，润滑油膜会产生一定的油膜压力来承载曲轴，使曲轴免于与轴承内孔接触，达到润滑效果，这种滑动轴承也被称为动压轴承。当支承于圆柱形轴承内孔1中的曲轴2在高速旋转时，其轴颈与轴承内孔之间的润滑油会形成一个楔形油隙(简称油楔)，其油膜压力分布如图5所示，油膜压力分布面积为AB段圆弧。图5中，曲轴顺时针旋转，曲轴2在负载的作用下产生一定的偏心，当从A点转到B点时，间隙由大变小，这便形成收敛楔，即润滑油楔，在这个过程中产生油膜压力3。但当曲轴转到B点时，压缩机开始排气，气体负载突然变小，此时润滑油膜破裂，进入BA区的发散楔，油膜压力消失。负载的这种变化会产生振动激励力，使得曲轴振动，尤其是高频运行时，稳定性不佳。
基于上述研究结果，本发明想到通过改变曲轴轴承的结构，来避免因曲轴负载变化而导致润滑油膜破裂、油膜压力消失的不利情况。
为此，本发明首先提供了一种动压轴承，特别是立式压缩机法兰用动压轴承，所述动压轴承内孔在轴向方向上的至少一段的横截面轮廓线包括三段圆弧，如图1所示，所述三段圆弧的圆心彼此不重合，并且所述三段圆弧彼此首尾相接。
优选的设计方案是，三段圆弧均朝向孔心(也即理论上的轴心)偏移确定的量而得到，偏移后的结果是，各圆弧的中点离孔心的距离最小，而其两端点离孔心的距离最大，从而使得到的横截面轮廓线上的点到孔心之间的距离在360°范围内连续变化。
与现有技术的动压轴承的完整圆柱形内孔不同的是，本发明的动压轴承的内孔的至少一段不是圆柱形的，而是包括三个不同心的圆柱面的片段，这三个片段在周向上彼此相接构成完整的一段内孔面。
本发明的包括三段圆弧的轴承内孔的油膜压力分布如图1所示，当立式压缩机的曲轴2在轴承内孔11中顺时针旋转时，曲轴2在负载的作用下同样会产生一定的偏心，在第一段圆弧位置处的间隙由大变小，这便在该圆弧位置处形成第一收敛楔，并产生油膜压力4，其油膜压力分布面积为AB段圆弧。同时，由于其余两段圆弧与第一段圆弧均不同心，因此，曲轴2还会同时在其余两段圆弧位置处分别形成第二收敛楔和第三收敛楔，由此产生油膜压力5和油膜压力6，其油膜压力分布面积分别为CD段圆弧和EF段圆弧。与图5相比，油膜压力分布面积明显增大。
在当立式压缩机曲轴采用本发明的动压轴承进行支承时，假如曲轴2转到B点时压缩机开始排气，气体负载突然变小，但在CD区和EF区由于有第二收敛楔和第三收敛楔的存在，轴承内孔与曲轴之间仍能形成油膜压力来承载曲轴，由此抵消一部分振动激励力，从而使曲轴振动减小，曲轴旋转精度和稳定性得以提高。
可见，由于本发明的动压轴承的内孔横截面轮廓线包括三段不同心的圆弧，从而能够在周向上不同位置处形成三个润滑油楔，即构成三油楔动压轴承，因而能够提高所支承的轴的旋转精度，即使在轴上负载周期性变化的情况下，也能减小振动，保证稳定性。
特别说明的是，本发明仅利用三段形状简单的圆弧来构造轴承内孔的横截面轮廓线，使得该轮廓线的结构简单、曲线生成容易、加工方便、成本低。
优选地，所述三段圆弧的圆心角相等，例如均为120°，这会使加工方便，并且在使用时不需要区分安装转角。
替代地，这三段圆弧中，可以设置成至少两段圆弧的圆心角不相等。例如，这可以根据所支承的轴(如压缩机曲轴)的负载变化情况进行个性化设置，如根据负载变化情况的转角差进行设置，从而更好地利用三个油楔的支承作用。优选地，三段圆弧的圆心角的数值分别为130-170°、100-120°和90-110°，优选分别为150°、110°和100°。当在立式压缩机中应用时，上述三段圆弧分别对应于压缩、排气和吸气三个阶段。
优选地，所述三段圆弧的半径相等，或者，至少两段圆弧的半径不相等。同样地，在三段圆弧的半径相等的情况下，也会使加工方便。而在三段圆弧的半径不尽相等的情况下，则有助于根据负载的情况进行个性化设置，以充分发挥三个油楔的支承作用。优选地，三段圆弧中，最大的半径与最小的半径之间的差值在0-1mm之间。特别地，圆弧的圆心角越大，则该圆弧的半径也就越大。另外，半径差的大小根据曲轴轴径选取，例如，曲轴轴径范围在14-26mm之间，当曲轴轴径在14-26mm的范围内逐渐增大时，圆弧半径之差也可以在0-1mm的范围内呈对应地逐渐增大。
优选地，所述三段圆弧的首尾相接之处设置有过渡圆弧。这使得轴承内孔的横截面轮廓线总体上更为平滑，同时，还可减小轴承间隙的变动量，有助于润滑油的储存。
优选地，所述动压轴承内孔的横截面轮廓线的不圆度(也称为椭圆度)为0.1-0.5mm。限定横截面轮廓线的不圆度可以保证合适的轴承间隙变动量。这里，不圆度的具体偏差值可以根据轴径大小进行选择，例如，当曲轴轴径大时，可选择偏上限的值，当曲轴轴径小时，则可选择偏下限的值。
优选地，所述动压轴承可以包括轴承本体和与所述轴承本体连接在一起的衬套，所述动压轴承的内孔为所述衬套的内孔。也即，为了便于轴承内孔的加工，和/或为了提高轴承内孔的耐磨性，可以选择与轴承本体不同的材料制作衬套，并将衬套内孔加工成包括前述的三段圆弧。
如前面所述，本发明的动压轴承内孔是在轴向方向上的至少一段的横截面轮廓线包括三段圆弧，也就是说，对于本发明的动压轴承的内孔而言，既可以是整个轴向长度上都有形状一致的横截面轮廓线，即包括三段圆弧，也可以是仅其一部分长度上的横截面轮廓线包括三段圆弧。当仅有一部分长度上的横截面轮廓线为包括三段圆弧时，优选地，所述动压轴承内孔在轴向方向上除该长度段以外的部分的横截面轮廓线可以为圆形，且所述圆形优选为所述三段圆弧形成的横截面轮廓线的内切圆。
在上述工作的基础上，为适应于压缩机(特别是立式压缩机)的实际需求，本发明的第二方面提供了一种法兰，优选立式压缩机法兰，其中，所述法兰上形成有前面所述的动压轴承。优选地，所述法兰的内孔形成本发明所提供的动压轴承的内孔。也即，法兰与动压轴承一体形成。
具体如图2和图3所示，法兰的内孔11均不是圆形孔，而是横截面轮廓线包括三段圆弧。对比图6和图7中所示出的现有技术的压缩机法兰(其内孔1为圆形孔)，本发明的法兰在直接用于支承曲轴时，能够抵抗曲轴负载变化时产生的振动激励力的不利影响，通过三个润滑油楔的支承作用，使曲轴振动减小，保证曲轴的旋转精度和稳定性。
本发明的第三方面还提供了一种压缩机，优选立式压缩机，其包括曲轴和支承所述曲轴的轴承，并且所述轴承为本发明所提供的动压轴承(立式压缩机法兰用动压轴承)。由于该动压轴承能产生三个润滑油楔，从而可增加润滑油膜压力分布面积，从而当曲轴在吸气、压缩、排气时均能形成油膜以承载曲轴，抵消一部分由曲轴负载变化产生的振动激励力，从而达到降低曲轴振动的效果，提高曲轴旋转精度和稳定性。
替代地，本发明的压缩机也可以包括曲轴和法兰(例如，图4中所示的法兰12或法兰13)，其中所述法兰的内孔支承所述曲轴。在这种情况下，所述法兰为本发明所提供的法兰，也即，法兰上形成有本发明前面所述的动压轴承。
优选地，本发明的压缩机包括曲轴2、第一法兰12和第二法兰13，如图4所示，所述第一法兰12的内孔和所述第二法兰13的内孔支承所述曲轴2，所述第一法兰12和所述第二法兰13之间构造为压缩腔(未示出)。在这种情况下，所述第一法兰12和所述第二法兰13的至少之一(优选为全部)为本发明所提供的法兰。
同样，本发明的立式压缩机中，采用本发明的立式压缩机法兰来支承压缩机曲轴时，由于该法兰上形成有本发明所提供的动压轴承，该动压轴承能产生三个润滑油楔，从而可增加润滑油膜压力分布面积，从而当曲轴在吸气、压缩、排气时均能形成油膜以承载曲轴，抵消一部分由曲轴负载变化产生的振动激励力，从而达到降低曲轴振动的效果，提高曲轴旋转精度和稳定性。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种动压轴承，其特征在于，所述动压轴承内孔在轴向方向上的至少一段的横截面轮廓线包括三段圆弧，所述三段圆弧的圆心彼此不重合，并且所述三段圆弧彼此首尾相接；
所述动压轴承内孔在轴向方向上除所述至少一段以外的部分的横截面轮廓线为圆形；
所述圆形为所述三段圆弧形成的横截面轮廓线的内切圆；
所述三段圆弧的圆心角的数值分别为150°、110°和100°。
2.根据权利要求1所述的动压轴承，其特征在于，所述三段圆弧的半径不相等，其中最大的半径与最小的半径之间的差值在0-1mm之间。
3.根据权利要求1-2之一所述的动压轴承，其特征在于，所述三段圆弧的首尾相接之处设置有过渡圆弧。
4.根据权利要求1-2之一所述的动压轴承，其特征在于，所述动压轴承内孔的横截面轮廓线的不圆度为0.1-0.5mm。
5.根据权利要求1-2之一所述的动压轴承，其特征在于，所述动压轴承包括轴承本体和与所述轴承本体连接的衬套，所述动压轴承的内孔为所述衬套的内孔。
6.一种法兰，其特征在于，所述法兰上形成有根据权利要求1-5之一所述的动压轴承。
7.根据权利要求6所述的法兰，其特征在于，所述动压轴承的内孔构成所述法兰的内孔。
8.根据权利要求6所述的法兰，其特征在于，所述动压轴承与所述法兰一体形成。
9.一种压缩机，包括曲轴和支承所述曲轴的轴承，其特征在于，所述轴承为根据权利要求1-5之一所述的动压轴承。
10.一种压缩机，包括曲轴和法兰，所述法兰的内孔支承所述曲轴，其特征在于，所述法兰为根据权利要求6-8之一所述的法兰。
11.一种压缩机，包括曲轴、第一法兰和第二法兰，所述第一法兰的内孔和所述第二法兰的内孔支承所述曲轴，所述第一法兰和所述第二法兰之间构造为压缩腔，其特征在于，所述第一法兰和所述第二法兰的至少之一为根据权利要求6-8之一所述的法兰。
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