CN106321623B - 一种快换式弹支可倾瓦推力轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快换式弹支可倾瓦推力轴承，其主要由推力盘(1)、弹支可倾瓦、止退挡圈(5)、支撑环(6)组成，所述弹支可倾瓦由瓦面材料层(2)、瓦基体(3)、弹性垫(4)组成，三者之间用强力环氧树脂或其它同类强力胶粘接。本发明巧妙的利用了弹性燕尾槽(7)和止退挡圈(5)，使其结构简单，可靠性大大提高，而且更换磨损烧蚀瓦块也变得更加容易，无须拆卸轴承或推力环即可快速更换瓦块；实用性强，可广泛用于船舶、水泵、水轮机及食品加工等领域。

Description

一种快换式弹支可倾瓦推力轴承

技术领域

本发明属于推力轴承技术领域，特别是一种具有燕尾槽定位锁紧结构，可快速更换磨损、烧蚀、腐蚀瓦块的弹支可倾瓦推力轴承，该轴承具有结构简单、安全可靠，安装及换瓦方便，特别是减振和均载效果突出。

背景技术

水润滑推力轴承以其环保、结构简单、无须密封等优点而广泛应用于食品加工、药品生产和水泵等领域，但目前普遍采用小直径固定瓦结构，瓦块均载能力、减振性能和形成流体动压润滑的能力较差。

中国专利《一种弹性垫支撑推力轴承》(CN201439803)公开了一种弹性垫支撑的推力轴承，其每块瓦下方均放置有一块橡胶垫。弹性垫和推力瓦是通过圆柱销限位，导致橡胶垫和推力瓦只能水平安装，限制了其应用范围，只能用于立式水轮机等承载垂向推力的场合；而当部分瓦块磨损超标需更换瓦块时，须将推力盘轴向移动足够的距离才能拆下瓦块，拆装工艺复杂，且该推力轴承设计时仅考虑其均载功能及油润滑环境，不能用于水润滑。

国内外广泛使用的油润滑可倾瓦式推力轴承主要分为两类：米契尔轴承和金斯伯雷轴承。米契尔轴承对变动载荷的适应能力较强，但是载荷并不是均匀地分布在每个瓦块上，这就造成了止推轴承瓦块磨损不均。而金斯伯雷轴承则克服了上述缺点，其优点在于载荷分布均匀，调节灵活，能补偿转子的不对中偏斜，但结构也异常复杂。上述两种轴承不具备减振降噪能力，且只能用于油润滑。

基于对以上几种推力轴承优缺点，以及目前国内在水润滑可倾瓦推力轴承方面的需求，本发明提出了一种结构简单、零部件少、加工及更换方便、性能优良的具有燕尾槽定位锁紧结构的弹支可倾瓦推力轴承。该推力轴承非常适合于船舶无轴推进器等安装空间狭小且须承载大推力的水润滑场合，改变瓦面材料层后该轴承同样适用于油润滑场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了解决上述现有技术中存在的技术不足或产品设计方面的短缺，满足市场需求，提供一种具有燕尾槽定位锁紧结构的弹支可倾瓦推力轴承，其结构简单，零部件少、加工容易，维护方便，而且能大幅提高设备的运行可靠性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的快换式弹支可倾瓦推力轴承，主要由推力盘、弹支可倾瓦、止退挡圈、支撑环组成，所述弹支可倾瓦由瓦面材料层、瓦基体、弹性垫组成，三者之间用强力环氧树脂或其它同类强力胶粘接。

所述的支撑环，其加工有周向等间距的且用于安装弹性垫的扇形燕尾槽。

所述的弹性垫，由弹性模量在5～30MPa之间的固体材料制成，弹性垫的底部两侧加工有凸缘，该凸缘与扇形燕尾槽和止退挡圈三者共同作用，对弹性垫轴向、周向、径向定位，使其完全锁紧在支撑环上。

所述的止退挡圈，用于阻止弹性垫径向向外移动，该止退挡圈安装在支撑环的外圆环槽内。

所述的瓦基体，其和弹性垫在周向厚度不相等，从推力盘旋转方向看，瓦基体入口边厚度小于出口边，弹性垫入口边厚度大于出口边，两者周向厚度是线性变化的，但两者周向厚度之和始终相等。

所述的瓦面材料层、瓦基体和弹性垫均为扇形结构，其四周轴向棱边均倒圆角；所述的瓦面材料层，其入口边加工有倒角，除倒角外，该瓦面材料层周向等厚。

本发明提供的上述的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其是该轴承的一型轴承，此时轴承用于推力盘直径>200㎜场合；当推力盘直径≤200mm时，此推力轴承有另外一种设计，取消瓦基体，弹支可倾瓦由瓦面材料层和弹性垫组成，瓦面材料层直接和弹性垫粘接在一起，此时瓦面材料层周向厚度不相等，从推力盘旋转方向看，瓦面材料层入口边厚度小于出口边，其厚度是线性增大的，但瓦面材料层和弹性垫周向厚度之和始终相等；其它部件和联结方式不变。

所述的瓦面材料层，其采用金属材料时，所述轴承在油润滑场合中使用；或者，其采用非金属材料时，所述轴承在用水、油或脂做润滑剂中使用。

所述弹支可倾瓦、止退挡圈和支撑环固定在一起形成整件后，组成推力轴承固定静止的那一部分；而推力盘安装在旋转轴上，属于运动部件，当旋转轴转动时，其轴向推力通过推力盘的圆盘传递给弹支可倾瓦，最终由支撑环传递到其安装紧固的部件上。

本发明与现有技术相比具有以下主要的有益效果：

1.轴承结构简单，可靠性提高，瓦块更换方便：

整个推力轴承仅由推力盘、瓦面材料层、瓦基体、弹性垫、支撑环、止退挡圈等零部件组成，结构简单；很好的利用了扇形燕尾槽和止退挡圈的轴向、轴向和径向定位锁紧功能，瓦块安装锁紧后，无论推力轴承以什么角度安装，均不会瓦块掉落的情况，可靠性大大提高。瓦块底部没有定位销，更换瓦块仅需将止退挡圈沿轴向移动到推力盘附近，然后沿径向向外拉出瓦块即可(新瓦块则向里推入即可安装)，省略了拆卸推力盘、支撑环等复杂耗时的中间环节，使得更换瓦块简单高效。

2.具有良好的减振性能、均载性能、润滑性能：

采用弹性支撑结构，利用弹性材料具有吸振减振的特性，可提高轴承的减振降噪性能；弹性材料具有较好的变形协调能力，在瓦块高度不一时，高度大的瓦块其弹性垫变形增大，以减缓瓦面承载力的增加，保证各瓦块承载力均匀；同时弹性垫入口边和出口边高度不一，在流体动压润滑作用下两边变形能力也不相同，可以使瓦块倾角随载荷变化而自适应改变，使推力轴承在不同工况下均有最佳的润滑性能。

3.瓦块总高度可调，适用性强：

在空间狭小的场合或对轴向尺寸有严格限制的场合，可根据实际情况对瓦块高度作出调整，通过选用或取消瓦基体来改变推力轴承的总高度。

附图说明

图1是本发明推力轴承的结构示意图；

图2是图1中支撑环6的结构示意图；

图3是第一种推力瓦的结构示意图；

图4是第二种推力瓦的结构示意图；

图5是图1中止退挡圈5的结构示意图。

图中：1.推力盘；2.瓦面材料层；3.瓦基体；4.弹性垫；5.止退挡圈；6.支撑环；7.扇形燕尾槽；8.螺栓孔；9.环槽；10.销孔；11.出口边；12.入口边；13.销孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的一种快换式弹支可倾瓦推力轴承(以下简称推力轴承)，如图1所示，其主要由推力盘1、弹支可倾瓦、止退挡圈5、支撑环6部件组成，其中：弹支可倾瓦由瓦面材料层2、瓦基体3和弹性垫4组成，三者之间用强力环氧树脂或其他同类强力胶粘接，保证牢固可靠；支撑环6上加工有扇形燕尾槽7，弹性垫4底部两侧加工有凸缘，弹性垫安装在支撑环6的扇形燕尾槽7内；止退挡圈5安装在支撑环的外圆环槽9内，并通过其定位销孔13和支撑环6上的销孔10对准，并用销钉定位，可阻止弹性垫径向向外移动；扇形燕尾槽、凸缘和止退挡圈三者共同作用，将弹性垫定位并锁紧在支撑环上，使推力轴承不论以什么角度安装，均不会发生掉瓦事故，保证了其安全性和可靠性。

所述推力盘1和支撑环6均由不锈钢材质加工而成。

所述推力盘1，装在可旋转轴上(本实施例中未画出)，该推力盘由一个轴套和一个圆盘通过整体加工而成，其中：轴套上加工有键槽和螺栓孔，分别用以安装键和推力盘锁紧螺栓用，推力环主要用于承载来自轴向的推力，并和瓦面材料层形成摩擦副。

所述瓦面材料层2为扇形结构，其周向入口边12加工有倒角(倒角角度为3～5°范围内)，便于工作中润滑液进入瓦面和推力盘1之间的摩擦面，产生流体动压润滑。瓦面材料层四周倒有圆角(圆角半径根据实际尺寸确定)。

所述瓦面材料层2可以是金属或非金属材料。当其为金属材料时，轴承可用于油润滑场合；当其为非金属材料时，可以用水、油或脂做润滑剂。

所述瓦基体3为周向扇形结构，其入口边厚度小于出口边厚度。瓦基体四周倒有和瓦面材料层相同的圆角。

所述弹性垫4为周向扇形结构，弹性垫材料为弹性模量在5～30MPa之间的固体材料，其入口边厚度大于出口边厚度。弹性垫周向底部两边加工有凸缘，以便于其能和支撑环扇形燕尾槽配合并定位。弹性垫四周倒有和瓦面材料层相同的圆角。

所述瓦面材料层2、瓦基体3和弹性垫4的外观形状相同，当其叠加和粘接在一起时，共同组成弹支可倾瓦，如图3所示，除瓦面材料层倒角以外，其周向具有相等厚度。

所述弹支可倾瓦有多个，它们均匀布置安装在支撑环6上。

所述止退挡圈5如图5所示，其为周向等厚圆环，环上等间距加工有若干个用于锁紧止退挡圈的销孔13。该止退挡圈5通过螺钉安装在支撑环6外圆的环槽内，用于阻止弹性垫的径向移动。

所述支撑环6如图2所示，其上加工有扇形燕尾槽7、螺栓孔8、环槽9和销孔10，环形燕尾槽7用于安装弹性垫4，螺栓孔8用于上紧推力轴承的锁紧螺栓，以便将推力轴承锁紧在其安装位置，环槽9用于安装止退挡圈5，销孔9用于止退挡圈5的定位。

所述弹支可倾瓦、止退挡圈5和支撑环6固定在一起形成整件后，组成推力轴承固定静止的那一部分；而推力盘1安装在旋转轴上，属于运动部件，当旋转轴转动时，其轴向推力通过推力盘的圆盘传递给弹支可倾瓦，最终由支撑环传递到其安装紧固的部件上。

当推力轴承尺寸小于200mm或者其安装部位对轴向尺寸有限制时，可以取消弹支可倾瓦的瓦基体3，使该弹支可倾瓦仅由瓦面材料层2和弹性垫粘接而成，如图4所示，此时弹性垫和瓦面材料层均须做成周向不等厚结构，弹性垫入口边厚度大，而瓦面材料层出口边11厚度大，以保证粘接后弹支可倾瓦周向厚度相等。

推力轴承加工生产时，在进行瓦面材料层2、瓦基体3和弹性垫4的粘接形成弹支可倾瓦的环节中，瓦面材料层底部、瓦基体上下两面和弹性垫上表面涂胶要均匀，须保证粘接后的各个弹支可倾瓦具有相等厚度。若该弹支可倾瓦厚度不相等，则需在胶完全干透之后对瓦面材料层进行二次加工，直至各弹支可倾瓦厚度误差在要求范围内。

弹支可倾瓦(简称瓦)在安装过程中，须先将该瓦放在支撑环扇形燕尾槽7内，沿径向由外往内推弹性垫4，待所有瓦均放置到位后，再安装止退挡圈5并上紧销钉。瓦全部安装完毕后，由于涂胶可能不均匀以及弹性垫可能受到挤压变形，各瓦高度可能会发生变化，须检验瓦的平面度，保证所有瓦面均在同一平面内，否则须对高度大的瓦进行研磨加工，直至所有瓦与高度最小的瓦具有相等高度或高度差在误差允许范围内(10μm以内)。

由于支撑环采用扇形燕尾槽结构设计、弹性垫底部设计凸缘和扇形燕尾槽配合，可保证弹支可倾瓦在周向和轴向的定位，当安装好止退挡圈后，瓦块在径向也将被定位，使得瓦块在周向、轴向和径向的自由度完全被约束，无论瓦块以什么角度安装，均不会出现掉瓦的现象，保证了轴承运行可靠性。

如图1所示的具有燕尾槽定位锁紧结构的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其工作工程如下：

整个推力轴承浸没在某种润滑液(如纯净水)中，推力盘1工作时顺时针旋转，同时产生轴向推力作用于所有瓦面材料层2上；瓦面材料层入口边加工有倒角，润滑液随推力盘旋转通过瓦面上的倒角被楔入到瓦面材料层和推力盘之间，形成流体动压力，该动压力将推力盘推力面和瓦面材料层上表面分开，避免其产生接触摩擦；由于弹性垫在周向厚度不相等，入口边厚度大于出口边厚度，在瓦面材料层所受流体动压力作用下，弹性垫受到压缩而发生周向变形，厚度大的入口边轴向变形大，促使瓦面材料层和推力盘推力面之间产生楔形角，更有利于润滑液进入到两摩擦副之间，产生流体动压润滑效果；推力盘转速、轴向载荷变化时，瓦面材料层所受的液膜力是变化的，弹性垫变形量也随之改变，促使瓦面材料层和推力盘工作面之间产生最佳的楔形角，从而产生好的流体动压润滑性能。

弹性垫具有吸振性能，使其可以有效减小推力盘的轴向振动，减小机械设备运行中的噪声水平，提高设备的工作性能。

当推力轴承某个瓦在运行过程中因高温烧蚀、腐蚀等损坏需更换瓦块时，在无须拆卸推力盘、支撑环的情况下，仅需将止退挡圈锁紧螺栓取下，将止退挡圈沿轴向向推力盘方向移动一定距离，便可将损坏的瓦沿径向拔出，换上新瓦，省时省力，方便高效。

Claims (7)

1.一种快换式弹支可倾瓦推力轴承，其特征是主要由推力盘（1）、弹支可倾瓦、止退挡圈（5）、支撑环（6）组成，所述弹支可倾瓦由瓦面材料层（2）、瓦基体（3）、弹性垫（4）组成，三者之间用强力环氧树脂或其它同类强力胶粘接；

所述的瓦面材料层（2），其采用金属材料时，所述轴承在油润滑场合中使用；或者，其采用非金属材料时，所述轴承在用水、油或脂做润滑剂中使用；

所述弹支可倾瓦、止退挡圈（5）和支撑环（6）固定在一起形成整件后，组成推力轴承固定静止的那一部分；而推力盘（1）安装在旋转轴上，属于运动部件，当旋转轴转动时，其轴向推力通过推力盘的圆盘传递给弹支可倾瓦，最终由支撑环传递到其安装紧固的部件上。

2.根据权利要求1所述的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其特征在于所述的支撑环（6），其加工有周向等间距的且用于安装弹性垫（4）的扇形燕尾槽（7）。

3.根据权利要求2所述的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其特征在于所述的弹性垫（4），由弹性模量在5~30MPa之间的固体材料制成，弹性垫（4），其底部两侧加工有凸缘，该凸缘与扇形燕尾槽（7）和止退挡圈（5）三者共同作用，对弹性垫轴向、周向、径向定位，使其完全锁紧在支撑环上。

4.根据权利要求1所述的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其特征在于所述的止退挡圈（5），用于阻止弹性垫（4）径向向外移动，该止退挡圈安装在支撑环（6）的外圆环槽（9）内。

5.根据权利要求1所述的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其特征在于所述的瓦基体（3），其和弹性垫（4）在周向厚度不相等，从推力盘旋转方向看，瓦基体入口边厚度小于出口边，弹性垫入口边厚度大于出口边，两者周向厚度是线性变化的，但两者周向厚度之和始终相等。

6.根据权利要求1所述的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其特征在于所述的瓦面材料层（2）、瓦基体（3）和弹性垫（4）均为扇形结构，其四周轴向棱边均倒圆角；所述的瓦面材料层（2），其入口边加工有倒角，除倒角外，该瓦面材料层周向等厚。

7.权利要求1至6中任一所述的快换式弹支可倾瓦推力轴承，其特征是为该轴承的一型轴承，此时轴承用于推力盘直径>200㎜场合；当推力盘直径≤200mm时，此推力轴承有另外一种设计，取消瓦基体（3），弹支可倾瓦由瓦面材料层（2）和弹性垫（4）组成，瓦面材料层直接和弹性垫粘接在一起，此时瓦面材料层周向厚度不相等，从推力盘旋转方向看，瓦面材料层入口边厚度小于出口边，其厚度是线性增大的，但瓦面材料层和弹性垫周向厚度之和始终相等；其它部件和联结方式不变。