CN110094422A - 一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，该齿轮泵中动力通过主动齿轮轴输入，通过齿轮啮合作用，带动从动齿轮轴旋转，挤压由低压入口进入的流体，使得流体进入高压腔的流体成为高压流体，高压流体大部分被泵送出高压出口，少部分高压流体通过高压腔端面上的高压供油槽进入连通槽，进而进入轴向高压通槽及周向的若干轴承进油槽，轴承进油槽内的高压流体涌入动静压滑动轴承内壁面的轴承压力腔，支撑起从动齿轮轴及主动齿轮轴，流出轴承压力腔的流体已恢复低压，低压流体从动静压滑动轴承两端流出，通过轴承侧泄油槽与泄油导引槽返回到低压腔，并再次挤压进入高压腔，保证齿轮泵持续运行。

Description

一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承
技术领域
本发明属于机械设计与滑动轴承领域，具体涉及一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承。
背景技术
燃油系统是航空发动机动力的唯一来源，燃烧过程一旦出现断油将造成严重后果。燃油正常且连续的补给是保证航空发动机稳定运行的前提，因此燃油齿轮泵是发动机的核心部件之一。目前航空发动机燃油齿轮泵普遍采用离心泵和齿轮泵两级压缩，其中齿轮泵转子普遍采用动压滑动轴承支撑，直接利用航空燃油作为润滑介质，依靠动压效应产生承载力。随着航空发动机向高推比、大功率发展，齿轮泵出口压力日益提高，轴承承受的径向载荷也显著增加，这对支撑轴承的性能提出了苛刻要求。由于航空燃油粘度低、轴承载荷大，仅依靠动压效应造成轴承最小油膜厚度过小(<5μm)，易产生磨损、胶合等问题，进而造成灾难性后果。因此，如何提高航空发动机燃油齿轮泵转子支撑轴承的可靠性，是航空发动机燃油齿轮泵设计的重点和难点之一。
相比与动压轴承，动静压轴承采用外界高压流体的使转子浮起，具有精度高、承载力大等优点，是最适用于低粘度流体的滑动轴承支承方式之一。然而，传统动静压轴承需要复杂而昂贵的外界高压油泵等附件，限制了其工业领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，其通过导引燃油齿轮泵的高压流体，为动静压滑动轴承提供高压油，该设计解决了传统燃油齿轮泵动压滑动轴承在大载荷条件下，油膜厚度过小、易产生碰磨、胶合、可靠性低等问题。采用动静压轴承作为航空发动机燃油齿轮泵转子的支撑轴承，同时利用自身高压燃油作为动静压轴承的高压源，为燃油齿轮泵轴承的设计提供了一种全新的解决方案。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，该齿轮泵包括箱体以及外啮合且平行设置箱体内的主动齿轮轴和从动齿轮轴，主动齿轮轴和从动齿轮轴的两端均通过套装在传动轴上的动静压滑动轴承与箱体活动连接，该箱体的一侧开设有高压出口，另一侧开设有低压入口；其中，
两个传动轴同侧的动静压滑动轴承安装位置对称且结构对称，两者贴合处为平面，贴合位置朝向高压出口的一侧开设有高压腔，朝向低压入口的另一侧开设有低压腔，高压腔端面上开设有高压供油槽，使得高压流体通过高压供油槽为动静压滑动轴承提供支撑压力；每个动静压滑动轴承内部周向上均匀开设有若干轴承进油槽以及用于连通相邻两个轴承进油槽的轴向高压通槽，每个动静压滑动轴承的内壁开设有与若干轴承进油槽相对应的轴承压力腔，该轴承压力腔为T字型腔，两个传动轴同侧的动静压滑动轴承分别通过连通槽将高压供油槽与两个动静压滑动轴承的轴承进油槽相连通，每个轴承压力腔与对应的轴承进油槽相连通；
每个动静压滑动轴承内侧端面开设有轴承侧泄油槽，且动静压滑动轴承端面开设有连续的泄油导引槽，使得从动静压滑动轴承和传动轴之间泄露出来流体依次通过轴承侧泄油槽与泄油导引槽返回到低压腔。
本发明进一步的改进在于，每个轴承压力腔与对应的轴承进油槽通过节流器相连通。
本发明进一步的改进在于，节流器为小孔节流器或毛细管节流器。
本发明进一步的改进在于，轴承压力腔的轴向槽较深，周向槽浅于轴向槽。
本发明进一步的改进在于，每个动静压滑动轴承内部周向上均匀开设有四个轴承进油槽。
本发明进一步的改进在于，工作时，动力通过主动齿轮轴输入，通过齿轮啮合作用，带动从动齿轮轴旋转，挤压由低压入口进入的流体，使得流体进入高压腔的流体成为高压流体，高压流体大部分被泵送出高压出口，少部分高压流体通过高压腔端面上的高压供油槽进入连通槽，进而进入轴向高压通槽及周向的若干轴承进油槽，轴承进油槽内的高压流体涌入动静压滑动轴承内壁面的轴承压力腔，支撑起从动齿轮轴及主动齿轮轴，流出轴承压力腔的流体已恢复低压，低压流体从动静压滑动轴承两端流出，通过轴承侧泄油槽与泄油导引槽返回到低压腔，并再次挤压进入高压腔，保证齿轮泵持续运行。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，该齿轮泵中两个传动轴同侧的动静压滑动轴承安装位置对称且结构对称，两者贴合处为平面，贴合位置朝向高压出口的一侧开设有高压腔，朝向低压入口的另一侧开设有低压腔，高压腔端面上开设有高压供油槽，使得高压流体通过高压供油槽为动静压滑动轴承提供支撑压力，部分高压流体进入轴向高压通槽及周向的轴承进油槽，再通过轴承进油槽涌入动静压滑动轴承内壁面的轴承压力腔，进而支撑起从动齿轮轴和主动齿轮轴，流出轴承压力腔的低压流体从动静压滑动轴承两端流出，并通过轴承侧泄油槽与泄油导引槽返回到低压腔。因而，本发明通过导引燃油齿轮泵的高压流体，为动静压滑动轴承提供高压油，保证滑动轴承稳定运行。概括来说，本发明具有如下优点：
(1)相较于传统燃油齿轮泵的动压滑动轴承，本发明中的动静压滑动轴承能够显著提高轴承承载力，保证足够的油膜厚度，可有效避免磨损、胶合等问题，可显著提高燃油齿轮泵的可靠性。(2)随着燃油齿轮泵出口压力进一步提高，虽然轴承载荷更高，但同时滑动轴承的供油压力也越大，轴承的承载力同步增大，达到“遇强则强”的效果，可显著提高系统的承载能力。(3)相较于应用在普通机械设备中的静压滑动轴承，本发明中的静压滑动轴承采用燃油齿轮泵本身具备的高压流体作为高压源，不需要额外的供油设备，结构紧凑、可靠性高。(4)抗过载能力强，当飞机处于加速飞行阶段，由于自身惯性力作用，燃油齿轮泵转子将短时间内承受极大的径向载荷，动静压滑动轴承在静压力不足时，依旧能够凭借动压效应在短时间内提供高的承载力，保证航空发动机燃油的连续稳定供应，具有更高的安全性。
此外，通过对燃油齿轮泵使用的传统动压滑动轴承及本发明的动静压滑动轴承进行仿真，得到仿真压力云图(见图5)及轴承油膜厚度对比图(见图6)，得到的性能对比数据见下表：
通过对比传统动压滑动轴承与本发明，可以证明本发明在相同的运行工况下能显著增大最小油膜厚度、减小最大油膜压力，进而降低温升减小功耗，提高燃油齿轮泵的运行可靠性。
附图说明
图1为燃油齿轮泵径向剖视图。
图2为燃油齿轮泵轴向剖视图。
图3为轴承剖视图，图3(a)为轴承内腔剖视图，图3(b)为轴承径向剖视图。
图4为轴承内侧示意图，图4(a)为轴承轴向剖视图，图4(b)为轴承内壁面周向展开图。
图5为动压及动静压滑动轴承压力分布图，图5(a)为动压滑动轴承工作压力分布图，图5(b)为动静压滑动轴承工作压力分布图。
图6为动压及动静压滑动轴承油膜厚度分布图，图6(a)为动压滑动轴承油膜厚度图，图6(b)为动静压滑动轴承油膜厚度图。
附图标记说明：
1是主动齿轮轴，2是从动齿轮轴，3是高压出口，4是低压入口，5是前基座，6是后基座，7是连接螺钉，8是中部基座，9是密封环，101是从动轴前端轴承，102是主动轴前端轴承，103是从动轴后端轴承，104是主动轴后端轴承，12是轴承侧泄油槽，13是高压腔，14是泄油导引槽，15是高压供油槽，16是低压腔，17是轴承进油槽，18是节流器，19是连通槽，20是轴向高压通槽，21是轴承压力腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1和图2所示，本发明提供的一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，包括主动齿轮轴1、从动齿轮轴2、前基座5、后基座6、中部基座8、从动轴前端轴承101、主动轴前端轴承102、从动轴后端轴承103和主动轴后端轴承104。
如图1所示，从动轴前端轴承101内壁与从动齿轮轴2的前端轴颈装配在一起，从动轴前端轴承101外侧与前基座5装配；主动轴前端轴承102内壁与主动齿轮轴1的前端轴颈装配在一起，主动轴前端轴承102外侧与前基座5装配，主动齿轮轴1与前基座5之间有密封环9；主动齿轮轴1与从动齿轮轴2相啮合；前基座5与中部基座8和后基座6按顺序用连接螺钉7装配在一起。从动轴后端轴承103与从动轴前端轴承101相对称装配在从动齿轮轴2后端轴颈；主动轴后端轴承104与主动轴前端轴承102相对称装配在主动齿轮轴1后端轴颈；位于主动齿轮轴1与从动齿轮轴2前端的两个轴承与位于后端的两个轴承结构对称，后续结构说明以前端轴承为例。
如图2所示，主动齿轮轴1顺时针旋转，与其啮合的从动齿轮轴2逆时针旋转。根据图中标示，左侧为高压出口3，为泵送流体时的高压流体出口，右侧为低压入口4，为泵送流体时低压流体的入口。
参照图2及图3，主动轴前端轴承102与从动轴前端轴承101位置上下对称，结构也对称，二者贴合处为平面，贴合位置存在高压腔13，高压腔13端面上具有高压供油槽15，高压流体通过高压供油槽15为动静压滑动轴承提供支撑压力；在从动轴前端轴承101内侧端面具有轴承侧泄油槽12，从动轴前端轴承101端面具有连续的泄油导引槽14，从动静压滑动轴承和传动轴之间泄露出来流体将依次通过轴承侧泄油槽12与泄油导引槽14返回到低压腔16。
参照图3及图4，从动轴前端轴承101、主动轴前端轴承102、从动轴后端轴承103和主动轴后端轴承104四个轴承结构相同，仅有位于侧面的泄油导引槽14对称分布，因此对轴承结构的说明以从动轴前端轴承101为例；从动轴前端轴承101内部具有周向均布的四个轴承进油槽17及用于连通四个轴承进油槽17的轴向高压通槽20；从动轴前端轴承101与主动轴前端轴承102贴合处通过连通槽19连通了两个动静压滑动轴承的轴承进油槽17，并与高压腔13端面上的高压供油槽15相连通，高压流体将通过高压腔13进入高压供油槽15，进而通过连通槽19、轴向高压通槽20进入轴向的四个轴承进油槽17；轴承进油槽17与位于从动轴前端轴承101内壁的轴承压力腔21通过节流器18相通，节流器18为小孔节流器或毛细管节流器，轴承压力腔21为T字型腔，其中轴向槽较深，周向槽略浅于轴向槽；参照图4(b)为轴承内壁面周向展开图，内壁为均布的四个T形槽，通过静压提供轴承的承载力，同时具有较宽的动压承载面积。
本发明的工作过程如下：
动力通过主动齿轮轴1输入，通过齿轮啮合作用，带动从动齿轮轴2旋转，挤压由低压入口4进入的流体，使得流体进入高压腔13的流体成为高压流体，高压流体大部分被泵送出高压出口3，少部分高压流体通过高压腔13端面上的高压供油槽15进入连通槽19，进而进入轴向高压通槽20及周向的四个轴承进油槽17，轴承进油槽17内的高压流体通过节流器18涌入动静压滑动轴承内壁面的轴承压力腔21，支撑起从动齿轮轴2及主动齿轮轴1，流出轴承压力腔21的流体已恢复低压，低压流体从动静压滑动轴承两端流出，通过轴承侧泄油槽12与泄油导引槽14返回到低压腔16，并再次挤压进入高压腔13，保证燃油齿轮泵持续运行。在低速工况下，轴承供油压力较小，轴承主要凭借动压效应运行；当运行在高速工况下，随着燃油齿轮泵高压腔13内的压力升高，支撑四个轴承的轴承压力腔21内的供油压力也持续升高，保证高负载下轴承的油膜厚度。

Claims (6)

1.一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，其特征在于，该齿轮泵包括箱体以及外啮合且平行设置箱体内的主动齿轮轴(1)和从动齿轮轴(2)，主动齿轮轴(1)和从动齿轮轴(2)的两端均通过套装在传动轴上的动静压滑动轴承与箱体活动连接，该箱体的一侧开设有高压出口(3)，另一侧开设有低压入口(4)；其中，
两个传动轴同侧的动静压滑动轴承安装位置对称且结构对称，两者贴合处为平面，贴合位置朝向高压出口(3)的一侧开设有高压腔(13)，朝向低压入口(4)的另一侧开设有低压腔(16)，高压腔(13)端面上开设有高压供油槽(15)，使得高压流体通过高压供油槽(15)为动静压滑动轴承提供支撑压力；每个动静压滑动轴承内部周向上均匀开设有若干轴承进油槽(17)以及用于连通相邻两个轴承进油槽(17)的轴向高压通槽(20)，每个动静压滑动轴承的内壁开设有与若干轴承进油槽(17)相对应的轴承压力腔(21)，该轴承压力腔(21)为T字型腔，两个传动轴同侧的动静压滑动轴承分别通过连通槽(19)将高压供油槽(15)与两个动静压滑动轴承的轴承进油槽(17)相连通，每个轴承压力腔(21)与对应的轴承进油槽(17)相连通；
每个动静压滑动轴承内侧端面开设有轴承侧泄油槽(12)，且动静压滑动轴承端面开设有连续的泄油导引槽(14)，使得从动静压滑动轴承和传动轴之间泄露出来流体依次通过轴承侧泄油槽(12)与泄油导引槽(14)返回到低压腔(16)。
2.根据权利要求1所述的一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，其特征在于，每个轴承压力腔(21)与对应的轴承进油槽(17)通过节流器(18)相连通。
3.根据权利要求2所述的一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，其特征在于，节流器(18)为小孔节流器或毛细管节流器。
4.根据权利要求1所述的一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，其特征在于，轴承压力腔(21)的轴向槽较深，周向槽浅于轴向槽。
5.根据权利要求1所述的一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，其特征在于，每个动静压滑动轴承内部周向上均匀开设有四个轴承进油槽(17)。
6.根据权利要求1所述的一种应用于齿轮泵的压力自供给动静压滑动轴承，其特征在于，工作时，动力通过主动齿轮轴(1)输入，通过齿轮啮合作用，带动从动齿轮轴(2)旋转，挤压由低压入口(4)进入的流体，使得流体进入高压腔(13)的流体成为高压流体，高压流体大部分被泵送出高压出口(3)，少部分高压流体通过高压腔(13)端面上的高压供油槽(15)进入连通槽(19)，进而进入轴向高压通槽(20)及周向的若干轴承进油槽(17)，轴承进油槽(17)内的高压流体涌入动静压滑动轴承内壁面的轴承压力腔(21)，支撑起从动齿轮轴(2)及主动齿轮轴(1)，流出轴承压力腔(21)的流体已恢复低压，低压流体从动静压滑动轴承两端流出，通过轴承侧泄油槽(12)与泄油导引槽(14)返回到低压腔(16)，并再次挤压进入高压腔(13)，保证齿轮泵持续运行。
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