CN109236848B - 一种滑动轴承自适应结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动轴承自适应结构，包括从外向内依次套装的轴承座、滑动轴承和转轴，所述的滑动轴承和转轴的轴颈之间设有润滑膜，所述的轴承座内侧设有夹套，所述的夹套上均匀设置若干个O型圈，所述O型圈套装在所述滑动轴承上，与滑动轴承的外表面相贴合。利用本发明的结构，使转轴发生挠性变形时，可以不断调整姿态角度，保证滑动轴承长时间的正常工作。

Description

一种滑动轴承自适应结构

技术领域

本发明属于滑动轴承技术领域，尤其是涉及一种滑动轴承自适应结构。

背景技术

滑动轴承，即在滑动摩擦下工作的轴承。在润滑条件下，轴承的两相对滑动表面被润滑介质分开而不发生直接接触，大大减小摩擦损失和表面磨损。滑动轴承轴颈和轴承间的润滑膜(油膜、气膜等)的形成是滑动轴承能正常工作的基本条件，影响润滑膜形成的因素有润滑方式、运动副相对运动速度、润滑剂的物理性质和运动副表面的粗糙度等。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声，承载能力大，回转精度高，其润滑膜又具有吸振、抗冲击作用，因此，在工程上获得广泛的应用，在高速轻载工况条件下使用尤佳。

在使用滑动轴承的转子系统当中，即使是刚性转子，在载荷较大、转速较高的情况下仍然会不可避免地出现一定程度的挠性变形，再加上诸如安装误差、加工误差以及热处理加工中产生的变形等因素，使得转轴和轴承在转子系统工作时往往无法保持始终平行的状态。该变形改变了滑动轴承润滑膜的形状和厚度，进而改变了润滑膜压力分布，减弱了滑动轴承的承载力和工作稳定性。在工作过程中，一旦滑动轴承的润滑膜因为轴颈的过分倾斜而破裂，立即会导致轴颈和轴承的直接接触，产生边缘摩擦、结构损伤甚至失效。

公开号为CN206190742U的中国专利文献公开了一种轴挠度共轭补偿滑动轴承机构，由轴套内圈、共轭轴承套、滑动轴承一、滑动轴承二、外圈五部分组成，其中共轭轴承套为中开式，由上轴承套和下轴承套上下两部分组成，共轭轴承套与轴承体过渡配合，共轭轴承套的外表面为弧形外凸回转曲面，轴承体的内表面有一段曲面为弧形内凹回转曲面。由于弧形回转曲面与轴承体接触面之间的摩擦小，且轴承机构本身不受径向力矩，在转轴发生挠性变形时，可以减小轴承体的磨损，增加了轴承机构的可靠性，然而该结构在长时间运行后还是会造成机构的磨损，且损坏后只能整体更换，不便于维修。

发明内容

本发明目的是提供一种滑动轴承自适应结构，使轴承在工作过程中可以不断调整自身姿态角度，保证滑动轴承长时间的正常工作。

实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种滑动轴承自适应结构，包括从外向内依次套装的轴承座、滑动轴承和转轴，所述的滑动轴承和转轴的轴颈之间设有润滑膜，所述的轴承座内侧设有夹套，所述的夹套上均匀设置若干个O型圈，所述O型圈套装在所述滑动轴承上，与滑动轴承的外表面相贴合。

在转子的工作过程中，由于外载荷大、转速高或加工、安装误差等因素的作用，转轴会发生挠性变形。当转轴发生挠性变形时，会引起滑动轴承的轴颈和轴承间的润滑膜(油膜、气膜等)厚度的不均匀分布，进而导致润滑膜压力场分布不均匀，产生一定的附加力矩。本发明通过在轴承外部安装带有O型圈的夹套，当轴发生变形时，轴承座与夹套保持静止，而轴承会随着轴转动，压住O型圈使其变形，在O型圈的作用下，轴承将不断调整自身姿态角度，最终使轴承润滑膜的厚度趋于均匀，压力分布对称，附加力矩为零，从而保证了滑动轴承的正常工作。

作为优选，所述夹套在O型圈之间设有空气溢出通道。当转轴发生挠性变形时，O型圈之间的空气被压缩，多余气体可以从通道流出。

作为优选，所述的夹套上设置O型圈数量为两个，两个O型圈之间均设有空气溢出通道。

所述的O型圈选择耐高温且具有回弹性的材料，例如氟橡胶或硅橡胶等材料。

作为优选，所述夹套上设有与O型圈匹配的环形凹槽，所述O型圈活动固定在所述的环形凹槽内。在夹套内侧设置环形凹槽，方便了O型圈的安装与更换，是的本装置具有更强的适应性，可根据需要选择合适的O型圈。

所述滑动轴承与夹套的间距需综合工作轴系中的滑动轴承尺寸、外载荷大小、O型圈材料的特性曲线来确定。当外载荷较大的时候，预紧压力应该相应减小，即轴承与夹套之间的距离应设计得较大；外载荷较小的时候，轴系变形小，O型圈的预紧压力可适当增大，即轴承与夹套之间的距离可设计得略小。一般来说，这个距离在4～6mm。

由于动载荷的存在，轴在工作时，轴心会在平衡位置附近涡动。为保证轴系涡动时，轴承与轴套不相触碰，在轴的最大变形时，轴承与夹套间距离的单边最小厚度不能小于10μm。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明规避了滑动轴承在工作中因为转轴倾斜或变形带来的不利影响，使滑动轴承润滑膜的压力场保持对称，其最小厚度保持在大于临界厚度值的状态，从而使得转轴系统可以在更高的转速下稳定运行。

2、本发明的装置简单，操作可靠性高，润滑膜的自适应结构保护了转子系统，避免了轴承及转轴在工作中因润滑膜破裂而损坏，扩展了滑动轴承的应用范围，解决了技术问题。

3、本发明在转轴工作过程中保持润滑膜的稳定，使润滑膜能持续发挥吸震、抗冲击的作用；相较于轴承固定条件下的转轴，装载了自适应结构的转轴在转动过程中振动倍频分量大幅减小。

附图说明

图1为本发明实施例的滑动轴承自适应结构的示意图；

图2为本发明中轴承座与夹套的轴向截面示意图；

图3为本发明实施例的滑动轴承自适应结构在转轴发生变形时的示意图。

图中：1、轴承座，2、滑动轴承，3、转轴，4、润滑膜，5、夹套，6、O型圈，7、空气溢出通道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1、图2所示，一种滑动轴承自适应结构，包括轴承座1、滑动轴承2和转轴3，滑动轴承2和转轴3的轴颈之间设有润滑膜4(膜厚度数量级为μm，为显示结构，将图中膜的厚度进行了扩大)，轴承座1内侧设有与滑动轴承2匹配的夹套5，夹套5上均匀设置两个O型圈6，O型圈6套装在滑动轴承2的外表面上，与滑动轴承2的外表面相匹配。夹套5在两个O型圈6之间的位置设置有空气溢出通道7，空气溢出通道7的出口与外界连通。夹套5上设有与O型圈6匹配的环形凹槽，所述O型圈6活动固定在环形凹槽内。

在转子的工作过程中，由于外载荷大、转速高或加工、安装误差等因素的作用，转轴3会发生挠性变形。安装了自适应结构之后，当转轴3发生变形时，轴承座2与夹套5保持静止，而滑动轴承2会随着转轴3转动，压住O型圈6使其变形。此时，支承系统的刚度和阻尼由滑动轴承2和O型圈6共同决定，因此可使用更换O型圈6的方式调整支承系统的刚度和阻尼。同时，夹套5带有空气溢出通道7，当两个O型圈6间的空气被压缩时，多余气体可以从空气溢出通道7流出。

当转轴3发生挠曲变形时，转轴和轴承会发生的位移如图3所示，x轴在图中为标出，为与y-z平面垂直的方向。对于图中沿z向任一点，转轴与轴承相对位移改变量为：

其中，z为节点在转轴上沿z轴向的位置坐标，L为轴承宽度，α_x与α_y为转轴转动后与x、y轴的夹角(x方向同理)。

转轴上节点的位移变化导致了滑动轴承中轴颈与轴承间润滑膜厚度的变化。变化后的润滑膜偏心率为偏位角其中，c_r为滑动轴承半径间隙。由此可知，转轴3变形后，滑动轴承2的润滑膜4在与润滑介质入口中心线呈α角度的方向上的厚度为：

其中，Γ为润滑介质入口中心线与载荷方向的夹角。

上述润滑膜厚度的变化导致了其压力场分布不均匀，由此产生一定的附加力矩。按照图3所示的方向，轴颈在x、y方向受到的力和力矩分别为：

F_x＝∑P·A_x，

F_y＝∑P·A_y

M_x＝∑P·A_y·(z-0.5L),

M_y＝∑P·A_x·(0.5L-z)。

其中，A_x和A_y为单位润滑膜在x、y方向上的投影，P为该单位润滑膜上的压力值。

由于O型圈6及空气溢出通道7的存在，滑动轴承2允许一定自由度的自适应转动，如图3所示。因此，在附加力矩的驱动下，滑动轴承2将不断调整自身姿态角度，最终使轴承的润滑膜4厚度趋于均匀，压力分布对称，附加力矩为零，保证滑动轴承的正常工作。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明的解释说明，并不是对本发明进行限制，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体内容，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改变等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种滑动轴承自适应结构，包括从外向内依次套装的轴承座、滑动轴承和转轴，所述的滑动轴承和转轴的轴颈之间设有润滑膜，其特征在于，所述的轴承座内侧设有夹套，所述的夹套上均匀设置两个O型圈，所述O型圈套装在所述滑动轴承上，与滑动轴承的外表面相贴合；

所述夹套上设有与O型圈匹配的环形凹槽，所述O型圈活动固定在所述的环形凹槽内；所述夹套在O型圈之间设有空气溢出通道。

2.根据权利要求1所述的滑动轴承自适应结构，其特征在于，所述的O型圈的材料为氟橡胶或硅橡胶。

3.根据权利要求1所述的滑动轴承自适应结构，其特征在于，所述滑动轴承与夹套的间距为4～6mm。

4.根据权利要求3所述的滑动轴承自适应结构，其特征在于，所述滑动轴承与夹套的间距由滑动轴承尺寸、O型圈材料特性和外载荷的大小决定，所述的间距与外载荷的大小成正比。