CN110821950A - 一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，包括圆柱轴承，所述圆柱轴承的外工作面设置有若干人字槽，所述人字槽的两端延伸至圆柱轴承的端面，所述人字槽的沟槽深度逐渐增加。本发明的优点在于，本发明通过在人字槽轴承的泵压效应的基础上同时增加楔形效应，能够明显使人字槽轴承的承载力得到提高；由于其人字槽沟槽深度的变化，使得润滑油存储量增多，明显改善了轴承工作时的温升问题；能够提高轴承刚度，有效改善轴承的工作稳定性，即可以很好地适应轻载高速工况；这种变槽深结构能够明显改善人字槽轴承的工作性能对人字槽沟槽深度的敏感性，使其工作性能明显得到改善，更好地适应实际工作环境。

Description

一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承

技术领域

本发明属于机械轴承技术领域，具体涉及一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承。

背景技术

当螺旋槽设置在轴上，相应的轴套内腔是光面时，轴以一定的转速旋转，会将轴套一侧的液体泵送，产生一定的液体压力，这一现象称为泵压效应，同时这也是人字槽轴承实现承载性能的工作原理。通过研究发现，人字槽的沟槽深度对润滑油的存储量、流动形式均会产生直接影响，人字槽沟槽深度过大时，其承载力、刚度和稳定性都会很差，而沟槽深度过小会使轴承内的润滑油减少，导致摩擦力增加，则会导致轴承的温升过大，对轴承工作性能产生不利影响，所以可以发现，人字槽轴承的静态性能和动态性能与人字槽的沟槽深度关联紧密。

同时液体动压润滑滑动圆柱轴承广泛应用于实际生活中，目前所申请的关于人字槽滑动轴承的专利中，气体润滑的人字槽滑动轴承较多，比如分立式人字槽动静压气体复合圆柱轴承(CN1270109C)、一种微槽孔动静压气浮主轴(CN208613762U)等；关于动压液体润滑的人字槽轴承中大多没有考虑高速工况，或者只考虑了轴承的内工作面上的人字槽，并且忽视了人字槽深度对轴承工作性能的影响，比如液体动压人字槽滑动轴承(CN106122262A)等。这些相关专利主要针对的是高速旋转下的气体动压润滑人字槽轴承、重载工况下的液体动压润滑人字槽轴承和液体动压润滑轴承的内工作面，没有考虑到高速、高温工况下液体动压润滑的人字槽轴承的外工作面，更没有将人字槽的沟槽深度纳入设计考虑之中。

综上所述，这类轴承在结构和设计上还存在许多缺陷，对于上述人字槽轴承的工作性能对人字槽沟槽深度的敏感性，目前现有专利没有合理的解决方案，忽视了人字槽沟槽深度对其工作性能的影响。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种新型的变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，解决现有人字槽轴承技术中存在的承载力低、工作不够稳定的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，包括圆柱轴承，所述圆柱轴承的外工作面设置有若干人字槽，所述人字槽的沟槽深度逐渐增加，每个所述人字槽的两端延伸至所述圆柱轴承的端面。

所述的人字槽等距分布。

所述人字槽的沟槽深度的范围为轴承直径的6.7×10^-4-8×10^-4倍。

所述人字槽的槽底为矩形或圆弧形。

所述人字槽的数量为8-12。

所述人字槽的夹角α为30°-90°。

相邻两人字槽之间形成沟槽凸台，人字槽的顶面开槽宽度与沟槽凸台的顶部宽度相等。

所述人字槽为八字形，每个人字槽在中间转折处不连通。

所述人字槽设置为收敛形，每个人字槽从两端向中间转折过渡过程中，顶面开槽宽度逐渐缩小。

进一步的，每个人字槽均为左右完全对称的结构。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明通过人字槽的变槽深的结构设计，实现了在人字槽轴承的泵压效应的基础上同时增加楔形效应，即润滑油流入楔形收敛间隙而产生压力的效应，这种压力阻碍轴与轴套之间的摩擦力，能够明显使人字槽轴承内产生楔形效应的润滑油对于轴和轴套的承载力得到提高；本申请人字槽变槽深的结构设计，相对于之前的不变槽深结构的人字槽来说，在保证轴承工作性能的前提下，能够极大程度的增加润滑油的储量，减少了轴承与轴套之间的摩擦力，进而明显改善了轴承工作时温升问题。

本申请能够提高轴承的刚度和阻尼，有效改善轴承的工作稳定性，即可以很好地适应轴承在高速工作条件下产生的振动；这种人字槽的变槽深结构的改良能够明显改善人字槽轴承的工作性能对人字槽沟槽深度的敏感性，使其工作性能明显得到改善，更好地适应实际工作环境。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步更为详细的说明：

图1为本发明的立体结构的示意图；

图2为本发明的变槽深液体动压润滑人字槽轴承的正面结构示意图；

图3为本发明的横截面为矩形的变槽深液体动压润滑人字槽轴承的侧面剖面示意图；

图4为本发明的横截面为圆弧形的变槽深液体动压润滑人字槽轴承的侧面剖面示意图；

图5为本发明的等宽形人字槽的结构示意图；

图6为本发明的八字形人字槽的结构示意图；

图7为本发明的收敛形人字槽的结构示意图；

图8为优化前后轴承温升的对比图；

图9为优化前后轴承阻尼的对比图。

附图中：圆柱轴承1、人字槽2、螺旋槽夹角α。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述。

如图1和图2所示的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，包括圆柱轴承1，所述圆柱轴承1的外工作面中部沿圆周方向设置有若干人字槽2，所述人字槽2的沟槽深度呈逐渐增加形式，每个所述人字槽2的两端延伸至所述圆柱轴承1的端面，在本发明的某一实施例中，人字槽的数量为8-12，人字槽2之间等距分布，人字槽2的夹角α为30°-90°。

本发明变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承包括在滑动圆柱轴承本体的外工作面上等距加工出人字槽，这些人字槽的沟槽深度不是一成不变的，而是呈逐渐增加变化的。因为人字槽本身就存在泵压效应，进而有较好的承载力性能，本发明通过合理的结果设计，在人字槽泵压效应的基础上同时增加了楔形效应，进而更好地增加了轴承的承载力；所述的楔形效应即具有一定粘度的流体流入楔形收敛间隙而产生压力的效应，这是滑动轴承中实现承载的原因，本发明的变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承通过逐渐加深沟槽的深度，使得楔形收敛间隙尺寸变大，增加楔形效应，进而提高轴承的承载性能。

如图3和图4所示一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承的侧面剖面图，可以更加明显的看出本发明人字槽的沟槽深度不是一成不变的，而是呈逐渐增加的形式变化的，如图3所示，人字槽轴承形状设为矩形，如图4所示，在本发明的某一实施例中，人字槽轴承形状设为圆弧形，并且通过实验仿真，圆弧底的人字槽轴承具有更高的承载力和刚度。

在本发明的某一实施例中，人字槽的槽数取10，轴承直径取30mm，槽深从0.02mm到0.024mm依次递增，转速取5000rpm，偏心率取0.4，基于流体润滑理论，经计算机仿真分析研究发现，相对于槽深为0.02mm的不变槽深人字槽轴承而言，本发明的变槽深人字槽轴承由于增加了楔形效应，承载力最高能够提高6.35％。同时，随着槽深的增大，润滑油的存储量增多，在仿真图8中能够明显看出轴承温升的降低，其中温升降低了18.57％-23.15％，本发明的变槽深液体动压润滑人字槽轴承的静态性能整体得到了提升。

在本发明的某一实施例中，人字槽的槽数取10，轴承直径取30mm，槽深从0.02mm到0.024mm依次递增，转速取5000rpm，偏心率取0.4，基于流体润滑理论与转子动力学理论，在研究本发明的变槽深液体动压润滑人字槽轴承的动态性能时发现，相对于槽深为0.02mm的不变槽深人字槽轴承而言，本发明的轴承刚度提高了12.87％，在仿真图9中能够明显看出轴承阻尼的提高，阻尼最高能够提高25.06％，这表明本发明能够提高轴承受力时抵抗变形的能力，并且本发明能够降低轴承在工作中所受振动的影响，有效改善其工作稳定性。可以看出本发明的变槽深液体动压润滑人字槽轴承其动态性能得到明显的提升，特别是人字槽轴承工作性能对人字槽沟槽深度的敏感性，更是明显得到了改善，因此，通过以上静态性能和动态性能研究，本发明的人字槽槽深深度从0.02mm到0.024mm，即为轴承直径的6.7×10^-4-8×10^-4倍如此变化时，轴承性能最优。

通过上面的详细描述，可以看出，本发明的变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承可以明显提高轴承的静态性能，在工作稳定性更是得到了提升。所以本发明的斜阶梯变槽深结构动压液体润滑人字槽滑动圆柱轴承能够很好地适应高速、高温的工作环境，并且能够提高轴承的工作稳定性，特别是人字槽轴承工作性能对人字槽沟槽深度的敏感性，更是明显得到了改善。

如图5、图6和图7所示，轴承上人字槽的结构是等宽形、八字形或收敛形；

如图5所示，所述等宽形即人字槽的沟槽宽度与沟槽凸台的宽度是处处相等的，沟槽凸台为相邻两个人字槽之间形成的凸台；

如图6所示，所述八字形即在人字槽中间开了一个通槽，虚线部分为原等宽形人字槽结构，实线部分为新的八字形人字槽结构，八字形的人字槽即每个人字槽在中间转折处不连通。

如图7所示，收敛形人字槽即人字槽的沟槽宽度与沟槽凸台的宽度不是处处相等，虚线部分为原等宽设置的人字槽结构，实线部分为新的收敛形人字槽结构，每个人字槽从两端向中间转折过渡过程中，顶面开槽宽度逐渐缩小。

本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，包括圆柱轴承(1)，所述圆柱轴承(1)的外工作面设置有若干人字槽(2)，所述人字槽(2)的沟槽深度逐渐增加，每个所述人字槽(2)的两端延伸至所述圆柱轴承(1)的端面。

2.根据权利要求1所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，所述的人字槽(2)等距分布。

3.根据权利要求1所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，所述人字槽(2)的沟槽深度的范围为轴承直径的6.7×10^-4-8×10^-4倍。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，所述人字槽(2)的槽底为矩形或圆弧形。

5.根据权利要求1-3所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，所述人字槽(2)的数量为8-12。

6.根据权利要求1-3所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，所述人字槽(2)的夹角α为30°-90°。

7.根据权利要求1所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，相邻两人字槽(2)之间形成沟槽凸台，人字槽(2)的顶面开槽宽度与沟槽凸台的顶部宽度相等。

8.根据权利要求1所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，所述人字槽(2)为八字形，每个人字槽(2)在中间转折处不连通。

9.根据权利要求1所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，所述人字槽(2)设置为收敛形，每个人字槽(2)从两端向中间转折过渡过程中，顶面开槽宽度逐渐缩小。

10.根据权利要求1所述的一种变槽深结构液体动压润滑人字槽轴承，其特征在于，每个人字槽(2)均为左右完全对称的结构。

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