CN108757726A - 重心自调整径向滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重心自调整径向滑动轴承,包括轴瓦、轴承座,轴承座的内表面具有轴承定位销钉,轴瓦外表面具有轴承定位销钉孔,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔配合使轴瓦限位于轴承座内,其特征在于,轴瓦的重心低于轴瓦的中心,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔之间为间隙配合,轴瓦下部设置有一个或多个轴瓦进油孔。通过调整轴瓦重心位置,使得轴瓦在摇摆状态时能够借助重力作用微量恢复到正常状态中,在现有轴承结构上便于实施,不需要对整体增压器结构进行大的改动,具有简单易行,效果明显的显著特点。

Description

重心自调整径向滑动轴承
技术领域
本发明涉及一种径向滑动轴承,更具体地,涉及一种重心自调整径向滑动轴承。
背景技术
仅提供径向承载力的径向滑动轴承是一款动压滑动轴承,利用转子运行时,转子外表面与轴承内表面形成的楔形油膜产生动压力,使动压力的浮力与轴承载荷相平衡。在液体润滑条件下,转子外表面与轴承内表面间的滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触,这可以大大减小摩擦损失和表面磨损,油膜还具有一定的吸振能力。因此,此类轴承具有磨损小、承载能力大、应用范围广等优点。
径向滑动轴承按轴承结构可分为圆柱径向滑动轴承、椭圆径向滑动轴承、分块可倾式径向滑动轴承等。其中,圆柱径向滑动轴承和椭圆径向滑动轴承加工工艺简单,安装方便;然而,分块可倾式径向滑动轴承装配精度要求高,设计难度也大。
应用径向滑动轴承的发动机和涡轮增压器有时会处于非稳定平面环境中,例如,经常在颠簸中航行的船舶,或者,擅长在山地行驶的汽车等等。
以船舶上的涡轮增压器为例,涡轮增压器是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。涡轮增压器主要由泵轮和涡轮组成,当然还有其他一些控制元件。泵轮和涡轮由一根轴相连,也就是转子,发动机排出的废气驱动泵轮,泵轮带动涡轮旋转,涡轮转动后给发动机进气系统增压,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量和调整发动机的转速,就可以增加发动机的输出功率。涡轮增压器中承载转子的通常为圆柱径向滑动轴承,结构如图1所示,滑动轴承102为圆筒形状,通过其外表面的轴承定位销钉孔105和轴承定位销钉106固定于轴承座101内,滑动轴承102上沿圆周方向均匀分布有三个贯通的轴承进油孔104,润滑油通过轴承座101上的轴承座进油孔107沿轴承进油孔104进入滑动轴承102内腔,在滑动轴承102与转子103之间形成油楔,油楔对转子103产生浮力,与转子的径向承载力相平衡。但是,当船舶处于摇摆的环境中时,相当于将增压器倾斜,如图2所示,转子向下的重力G与增压器下方两个进油孔104的中心线产生一个偏移角a,角度a的形成使原有轴承的油膜对转子103的承载力的位置发生变化,原有进油孔和油楔的均布设计被破坏,会造成转子与轴承间的磨损,长时间会引起轴承烧损。
如图3~图6所示,其为采用转子系统分析软件DyRoBes仿真计算模拟现有三油楔径向轴承承载力的变化。计算时通过假设轴承载荷的方向改变来近似计算轴承承载力,以初步模拟船舶摇摆情况下对轴承承载力的影响。正常情况下,轴承载荷的方向角为0度;计算假定的轴承载荷方向角变化为50度。分别计算轴承在1000rpm低转速和32000rpm高转速两种情况下的轴承承载力的对比情况。比较图3和图4,说明现有技术轴承在轴承载荷的方向角为0°和50°、转速1000rpm时,轴承油膜边界处承载力出现了畸变,这在增压器低工况下会造成转子轴与轴承的接磨,降低轴承的使用寿命,严重情况下造成轴承烧损。比较图5和图6,说明轴承在高转速时轴承载荷力的分布受轴承载荷的方向角变化影响不大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷,提供一种制造、装配难度低,同时重心可自调整的径向滑动轴承。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种重心自调整径向滑动轴承,包括轴瓦、轴承座,轴承座的内表面具有轴承定位销钉,轴瓦外表面具有轴承定位销钉孔,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔配合使轴瓦限位于轴承座内,其特征在于,轴瓦的重心低于轴瓦的中心,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔之间为间隙配合,轴瓦下部设置有一个或多个轴瓦进油孔。
优选地,所述轴瓦的重心低于轴瓦的中心的方法为调整轴瓦密度分布。
优选地,调整轴瓦密度分布的方法为通过调整轴瓦上半部与下半部材质不同、去除轴瓦上半部部分材料、增加轴瓦下半部局部材料密度中的一种或任意多种组合实现。
优选地,所述轴瓦为轴向剖分式,上一半轴瓦材料的密度低于下一半轴瓦材料的密度。
优选地,所述调整轴瓦密度分布的方法为去除轴瓦上端部分材料。
优选地,所述调整轴瓦密度分布的方法为去除轴瓦下端部分材料,并植入密度大于轴瓦主体材料的高密度材料。
优选地,所述调整轴瓦密度分布的方法为在径向轴承上端位置去重和在下端位置打孔植入密度大于轴承主体材料的高密度材料。
优选地,所述轴承定位销钉与轴承定位销钉孔之间的间隙配合的间隙为0.5~5mm。
优选地,所述轴承定位销钉为锥形或柱形。
优选地,所述轴瓦进油孔为均匀或不均匀分布。
优选地,所述轴瓦的重心低于轴瓦的中心的距离为0.02mm~0.05mm。
从上述技术方案可以看出,本发明通过调整轴瓦重心位置,使得轴瓦在摇摆状态时能够借助重力作用微量恢复到正常状态中,在现有轴承结构上便于实施,不需要对整体增压器结构进行大的改动。因此,本发明具有简单易行,效果明显的显著特点。
附图说明
图1是现有技术中的涡轮增加器的圆柱径向滑动轴承的横截面结构示意图;
图2是图1所示的圆柱径向滑动轴承处于摇摆状态下的横截面结构示意图;
图3是无摇摆常规运用状态现有轴承在1000rpm低转速下的轴承承载力的示意图;
图4是摇摆50°时现有轴承在1000rpm低转速下的轴承承载力的示意图;
图5是无摇摆常规运用状态时现有轴承在32000rpm高转速下的轴承承载力的示意图;
图6是摇摆50°时现有轴承在32000rpm高转速下的轴承承载力的示意图;
图7~图11分别是本发明一具体实施例的重心自调整径向滑动轴承的横截面结构示意图;
图12是摇摆50°时本发明的重心自调整轴承在1000rpm低转速下的轴承承载力的示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是,在下述的具体实施方式中,在详述本发明的实施方式时,为了清楚地表示本发明的结构以便于说明,特对附图中的结构不依照一般比例绘图,并进行了局部放大、变形及简化处理,因此,应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
本发明提供了一种重心自调整径向滑动轴承,参阅图7~11,包括轴承座1、轴瓦2,轴承座的内表面具有轴承定位销钉3,轴瓦外表面具有轴承定位销钉孔4,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔配合使轴瓦限位于轴承座内,轴瓦的重心低于轴瓦的中心,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔之间为间隙配合,轴瓦下部设置有一个或多个轴瓦进油孔5。在重力的作用下,轴瓦在倾斜状态时能够借助重力作用微量自动恢复到正常状态中。
具体地,通过调整轴瓦密度分布使轴瓦的重心低于轴瓦的中心。共有三种方案,分别是通过调整轴瓦上半部与下半部材质不同、去除轴瓦上半部部分材料、增加轴瓦下半部局部材料密度,三种方案中的一种或任意多种组合均可实现调整轴瓦密度分布,使得轴瓦的重心低于轴瓦的中心的目的。重心下移距离优选在0.02~0.05mm。
如图8所示,轴瓦为轴向剖分式,上一半轴瓦材料的密度低于下一半轴瓦材料的密度。
如图9所示,轴瓦为圆形整体,去除轴瓦上部分部分材料,例如在轴瓦上端外圆挖一个凹陷6,使得轴瓦上半部重量低于下半部,重心下移。凹陷6的位置和数量不仅仅局限于图9所示的具体方式,可以有其它方式,对图9所示方式做出的变换,皆应属于本发明保护的范围。
如图10所示,轴瓦也为圆形整体,去除轴瓦下部分部分材料,同时植入密度更高的材料以加重轴瓦下半部分质量,使重心下移,例如在轴瓦下端打孔并植入密度大于轴瓦主体材料的高密度材料7,例如铅,使轴瓦重心下移。对图10所示方式做出的变换,皆应属于本发明保护的范围。
可以将上述三种调整轴瓦密度分布的方法组合使用以提高效果,如图7和图11所示,图7和图11仅为列举所有组合中的两种具体组合方式,根据上述内容的其它组合及变换后的任意组合皆应属于本发明的保护范围。
如图7所示,轴瓦为轴向剖分式,上一半轴瓦材料的密度低于下一半轴瓦材料的密度,在轴瓦上端外圆挖一个凹陷6,在轴瓦下端打孔并植入密度大于轴瓦主体材料的高密度材料7,例如铅,使轴瓦重心下移。
如图11所示,轴瓦为圆形整体,在径向轴承上端位置去重,挖去凹陷6和在下端位置打孔植入密度大于轴承主体材料的高密度材料7,例如铅。
对于上述任何调整轴瓦密度分布使轴瓦的重心低于轴瓦的中心的技术方案中,轴承定位销钉3与轴承定位销钉孔4之间的间隙配合的间隙为0.5~5mm。由于轴承定位销钉3与轴承定位销钉孔4之间有间隙,轴承定位销钉3会受到轴承定位销钉孔的两侧壁的往复作用力,因此,轴承定位销钉3的根部应加粗,整体可以为锥形(端部横截面小于根部横截面,图中未有该种结构的图示)或轴承定位销钉整体柱形加粗,在各图中皆为柱形。对于上述任何轴瓦的技术方案中,至少在轴瓦下部设置一个或多个轴瓦进油孔5,现有技术中,有沿轴瓦周向均匀设置3个进油孔,分别为顶部一个,下部2个,且关于过轴瓦圆心的垂线左右对称,即下部两个轴瓦进油孔的夹角为120°,为了增加启动时转子下方的油楔的浮力,以及能够适应摇摆的工作环境,轴瓦进油孔可以不均匀分布,例如,可以将轴瓦下部的两个轴瓦进油孔的夹角减小,或者,轴瓦下部的两个轴瓦进油孔关于过轴瓦圆心的垂线非左右对称等。
为了进一步说明本发明的有益之处,采用转子系统分析软件DyRoBes仿真计算模拟重心自调整三油楔径向轴承承载力的变化。计算假定的轴承载荷方向角变化为50度,重心下移的位移为0.02mm,其它结构与图3所采用的模型相同,计算轴承在1000rpm低转速情况下的轴承承载力的情况,如图12所示。可见,本发明的技术可以使50°方向时的轴承承载力恢复到接近0°方向时的常规情况,减少对轴承的损伤,延长轴承使用寿命。
综上所述,本发明的轴承尤其适用于摇摆环境下需频繁起动或长期在低工况运行的柴油机。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重心自调整径向滑动轴承,包括轴瓦、轴承座,轴承座的内表面具有轴承定位销钉,轴瓦外表面具有轴承定位销钉孔,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔配合使轴瓦限位于轴承座内,其特征在于,轴瓦的重心低于轴瓦的中心,轴承定位销钉与轴承定位销钉孔之间为间隙配合,轴瓦下部设置有一个或多个轴瓦进油孔。
2.根据权利要求1所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,通过调整轴瓦密度分布使轴瓦的重心低于轴瓦的中心。
3.根据权利要求2所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,调整轴瓦密度分布的方法为通过调整轴瓦上半部与下半部材质不同、去除轴瓦上半部部分材料、增加轴瓦下半部局部材料密度中的一种或任意多种组合实现。
4.根据权利要求3所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,当通过调整轴瓦上半部与下半部材质不同调整轴瓦密度分布时,所述轴瓦为轴向剖分式,上一半轴瓦材料的密度低于下一半轴瓦材料的密度。
5.根据权利要求3所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,当通过去除轴瓦上半部部分材料调整轴瓦密度分布时,去除轴瓦上端部分材料。
6.根据权利要求3所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,当通过增加轴瓦下半部局部材料密度调整轴瓦密度分布时,去除轴瓦下端部分材料,并植入密度大于轴瓦主体材料的高密度材料。
7.根据权利要求1所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,所述轴承定位销钉与轴承定位销钉孔之间的间隙配合的间隙为0.5~5mm。
8.根据权利要求1所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,所述轴承定位销钉为锥形或柱形。
9.根据权利要求1或3所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,所述轴瓦进油孔为均匀或不均匀分布。
10.根据权利要求1所述的重心自调整径向滑动轴承,其特征在于,所述轴瓦的重心低于轴瓦的中心的距离为0.02mm~0.05mm。
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