CN108612759A - 一种具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，包括若干瓦块，瓦块的表面由进油口端至出油口端依次设有滑移区域和微织构区域，微织构区域内布置有微织构。本发明中瓦块在轴承中倾斜放置，与水平放置的推力盘形成楔形间隙，当润滑剂由楔形间隙的进油口端流入滑移区域，会在瓦块表面产生边界滑移效应，流速增大；进入微织构区域，速度稍有减小并且由于微织构的存在，会产生空穴区，从而增大此区域的压力分布；当润滑剂流出微织构区，速度进一步减小。上述结构使得润滑剂流经整个瓦块瓦面时的速度呈阶梯缓慢减小，产生的流量变化进而产生正向压力，从而提高了瓦块瓦面承载力，降低了瓦面的摩擦因数，减小了摩擦扭矩。

Description

一种具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承。
背景技术
大型推力轴承广泛应用于各类泵、离心压缩机，水轮发电机和汽轮机等大型旋转机械设备中。它的主要作用是用来承担轴向载荷，是维持大型旋转机械设备稳定可靠运行的关键部件，直接影响着此类设备的承载能力和检修周期。随着科学技术的进步，机器逐步向着高转速大功率的方向发展，迫使止推轴承工作在高速重载的工况下，因此对止推轴承润滑性能特别是承载性能提出了更高的要求。
国内外最常用大型止推轴承是活动多块式止推轴承，特点是有多个活动的止推瓦块，在瓦块后面有支撑点，瓦块绕支点摆动以形成具有最佳润滑性能的液膜。在止推轴承的瓦块背面有一个定位销，瓦块可以通过摆动来自动调整其位置，形成适应变动载荷的液楔。
大型推力轴承多用于船舶，机床，汽车等工况恶劣的行业，由于推力轴承两端面问存在高速的相对运动而产生滑动摩擦力及大量的摩擦热，会使接触面之间产生变形及温度上升，从而导致两端面接触区域变化，使推力瓦出现局部或整体的高温及应力的相对集中，影响轴承的润滑效果，进而对整个轴承的推力传递效率、使用寿命及安全性造成不良的影响。
目前授权、公开的专利中，专利《运用界面滑移技术的推力轴承》(申请号：200810025059.0、公告号：CN100545469)和专利《一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承》(申请号：201710140101.2、公告号：CN106763198A)公布了的两种轴承，表明了平行板块间的滑移表面对减摩有着良好的改善作用，后者也设计了一种具有滑移分布的推力瓦。但是上面的公布并没有考虑到微织构与滑移表面的混合分布形式，也没有关注到滑移表面与非滑移表面的边界处的流速过渡会导致承载力峰值点的偏移，而加入微织构化的设计后，使得既在滑移表面的基础上加大了承载力，又能够使流速降低的过渡更加平缓，承载力峰值点不至于偏移过大。
发明内容
针对现有大型推力轴承推力瓦承载能力差、摩擦损耗大、润滑性能差、易烧瓦等问题，现提供一种具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，以有效提高可倾瓦轴承承载能力及减小摩擦。
具体技术方案如下：
一种具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，包括若干瓦块，具有这样的特征，瓦块的表面由进油口端至出油口端依次设有滑移区域和微织构区域，微织构区域内布置有微织构。
上述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，还具有这样的特征，滑移区域的周向范围不超过瓦块包角的50％。
上述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，还具有这样的特征，滑移区域的滑移长度为500-1000nm，且其沿瓦块的周向占比为33.3％，沿瓦块的径向占比为100％。
上述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，还具有这样的特征，微织构区域的周向范围不超过瓦块包角的30％。
上述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，还具有这样的特征，微织构区域沿瓦块的周向占比为25％，沿瓦块的径向占比为100％。
上述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，还具有这样的特征，微织构的形状为方形微织构，微织构的特征边长为50-800μm，特征深度为10-15μm，特征间距为50-800μm。
本发明中提供的可倾推力瓦轴承的瓦块表面由进油口端至出油口端依次设有滑移区域、微织构区域和非滑移区域。
上述方案的有益效果是：
1)、本发明中瓦块在轴承中倾斜放置，与水平放置的推力盘间形成楔形间隙，当润滑剂由楔形间隙的进油口端流入滑移区域，会在瓦块表面产生边界滑移效应，流速增大；进入微织构区域，速度稍有减小并且由于微织构的存在，会产生空穴区，从而增大此区域的压力分布；当润滑剂流出微织构区域，速度进一步减小，上述结构使得润滑剂流经整个瓦块瓦面时的速度呈阶梯缓慢减小，流量变化的产生进而产生正向压力，从而提高了瓦块瓦面承载力，降低了瓦面的摩擦因数，减小了摩擦扭矩，使得推力瓦润滑性能得到改善；
2)、本发明中利用微织构区域在滑移区域与非滑移区域之间的过渡，避免了承载力峰值的偏移，使得推力瓦的承载性能在实际工况下表现更佳，且微织构区域和滑移区域径向全覆盖形式，也进一步减小了瓦面的磨损，降低了烧瓦现象的发生。
附图说明
图1是本发明的实施例中提供的轴承推力瓦的表面区域分布示意图；
图2是本发明的实施例中提供的轴承推力瓦在流场中润滑油膜的厚度分布图；
图3为轴承推力瓦优化前的压力分布图；
图4为本发明的实施例中提供的轴承推力瓦经微织构和界面滑移优化后的压力分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的实施例中推力瓦为扇形结构，其内径为0.15m，外径为0.28m，扇面角度为50°，厚度为0.03m，瓦片倾斜角度为20μrad，轴承转速为20rad/s，最小初始膜厚h0＝20μm，本发明的实施例中推力瓦放置方式为一侧倾斜，其与水平放置的圆盘状止推盘间存在微小的间隙，上述间隙的进油口端开口发散，出油口端开口收敛，两者间连通并充满润滑油，上述间隙内润滑油随轴承沿周向高速旋转时可形成楔形油膜。
如图1所示，本发明的实施例中提供的轴承推力瓦的表面分为三个区域，靠近进油口端的是滑移区域1，滑移区域1的周向范围不超过瓦块包角的50％，其沿瓦块的周向占比为33.3％，沿瓦块的径向占比为100％，滑移区域1的滑移长度为1000nm，润滑剂流过此区域会发生界面滑移效应，产生较大流速，从而增加了单位时间流量；中间区域为微织构区域2，微织构区域2的周向范围不超过瓦块包角的30％，其沿瓦块的周向占比为25％，沿瓦块的径向占比为100％，上述微织构区域2内布置有方形微织构，其特征边长为400μm，特征深度为8μm，特征间距为50μm，对于每一单个微织构而言，在随轴承运动过程中，其右侧相当于发散楔，左侧相当于收敛楔，润滑剂流经此结构，会产生额外压力，从而增大推力瓦承载力；靠近出油口端的是未经无任何表面处理的普通区域3，该区域无滑移效应发生(滑移长度为0)，润滑剂从织构区域流经此区域，流速减慢，形成收敛。
如图2所示，本发明的实施例中提供的轴承推力瓦在流场中膜厚分布呈楔形，其在发散端膜厚最大，收敛端膜厚最小。
如图3所示为未经任何处理的轴承推力瓦的压力分布图，上述未经任何处理的轴承推力瓦的放置方式为一侧倾斜，由于倾斜放置的瓦片与止推盘之间形成楔形间隙，导致流量变化产生压力，并且压力峰值点出现在靠近出油口端一侧，其最大压力为1.4×106MPa。
如图4所示为本发明的实施例中提供的经微织构和界面滑移优化后的轴承推力瓦的压力分布图，其不同位置的压力值明显大于图3中未经任何处理的轴承推力瓦的压力分布，最为明显的区别在于，其压力峰值出现在滑移区域与微织构区域的交界处，最大压力为4.03×106MPa，增大了约3倍，且在微织构区的压力也明显大于其他区域，说明滑移表面与微织构表面大幅度提高了流场间的压力，进而提高了轴承承载力。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，包括若干瓦块，其特征在于，所述瓦块的表面由进油口端至出油口端依次设有滑移区域和微织构区域，所述微织构区域内布置有微织构。
2.根据权利要求1所述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，其特征在于，所述滑移区域的周向范围不超过所述瓦块包角的50％。
3.根据权利要求2所述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，其特征在于，所述滑移区域的滑移长度为500-1000nm，且其沿所述瓦块的周向占比为33.3％，沿所述瓦块的径向占比为100％。
4.根据权利要求2所述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，其特征在于，所述微织构区域的周向范围不超过所述瓦块包角的30％。
5.根据权利要求4所述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，其特征在于，所述微织构区域沿所述瓦块的周向占比为25％，沿所述瓦块的径向占比为100％。
6.根据权利要求4或5所述的具有微织构区域和滑移表面的可倾推力瓦轴承，其特征在于，所述微织构的形状为方形微织构，所述微织构的特征边长为50-800μm，特征深度为10-15μm，特征间距为50-800μm。
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