CN111271372B - 一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，该结构轴承可以实现常规动压油膜轴承的成膜结构，高承载能力和高动态性能的配对设计。该三油叶芯棒结构滑动轴承为圆柱型三油叶轴承，滑动轴承芯棒工作表面开有三处供油槽，每处供油槽内沿轴向均布三个供油孔，供油孔轴线沿芯棒半径方向。三个进油槽把整个轴承外表面分成三个可承受负荷的油叶，所述三个油叶的圆心彼此不重合，圆心有径向预负荷和切向偏置，三个油叶的有效张角大小均相同。本发明不同于传统正置滑动轴承，这种结构形式的滑动轴承可以应用于行星轮减速器或增速器中。结构特点是齿轮内孔旋转，支撑芯棒不转，但间隙中仍形成动压油膜形成动压滑动轴承结构。

Description

一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承
技术领域
本发明涉及滑动轴承技术领域，具体涉及一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承。
背景技术
三油叶结构滑动轴承油膜间隙存在形成动压油膜的必要条件：1)芯棒与齿轮外圈之间形成收敛的楔形间隙；2)芯棒与齿轮外圈之间具有一定粘度的润滑油；3)芯棒与齿轮外圈之间具有足够的相对滑动速度，且运动方向使润滑油从大口流进，小口流出。
传统三油叶结构滑动轴承的载荷能力没有普通圆柱滑动轴承好，其优点在于运行时稳定性好，其油叶加工在部件外圈的内圆上，工作时是部件外圈静止，转子旋转。某些机械结构中需要使用倒置式滑动轴承，部件外圈旋转，而支撑芯棒静止。当使用传统三油叶轴承时，随着轴承外圈的转动，最大半径间隙处会成为载荷的施加位置，三油叶轴承油膜形成在三个弧面轴瓦上，当轴承外圈转动会使三油叶轴承的三个弧面轴瓦转动，导致载荷方向的油膜承载区会出现波动。因此外圈转动的轴承上采用传统三油叶轴承结构时，需要将三油叶结构进行倒置，三油叶的弧形轴瓦设置在静止的支撑芯棒外表面的轴承副上，简称芯棒轴承。
本发明的倒置式滑动轴承为部件内圈旋转，而支撑芯棒静止。根据此种滑动轴承内外圈的配合及轴承加工的特殊性，滑动轴承的结构适合加工在芯棒上，在此称为芯棒轴承，芯棒轴承选用三油叶轴承结构形式。
针对该种结构，需实现常规动压油膜轴承的成膜结构，高承载能力和高动态性能的配对设计，芯棒外型结构和轴承间隙设计等，并结合轴承性能试验进行结构优化。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，可以应用于任何行星轮减速器或增速器中，主要应用于航空领域高速的行星轮中。结构特点是齿轮内孔旋转，支撑芯棒不转，但间隙中仍形成动压油膜形成动压滑动轴承结构。本发明可以提高滑动轴承性能并增强轴承耐启停能力。
传统的三油叶轴承是将接触区外部整圆变成三个不同心的圆弧，当传统三油叶轴承使用在部件外圈旋转而芯棒轴承固定不动的减速器或增速器中时，外圈可能会是齿轮的内孔，轴承的热处理与齿轮齿面的热处理有所区别，为避免相互影响，因此采用倒置式三油叶滑动轴承的结构形式，即将三个圆弧设置在芯棒轴承上。
采用倒置式三油叶轴承，避免三个弧形轴瓦形成的支撑油膜随滑动轴承外圈的旋转导致油膜承载区在方向上出现大的波动，使载荷方向始终作用在轴瓦中间位置，并且可以在两个轴瓦分界处(最大半径间隙处)的支撑芯棒上开供油槽，将油槽位置设置在油膜的非承载区。采用倒置式三油叶轴承形式的另外一个好处是：将三油叶轴承与中介齿轮的内孔分开，减少了轴承和齿轮在热处理及加工时出现相互干涉的可能性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，包括滑动轴承芯棒和部件内圈，部件内圈是整圆，滑动轴承芯棒工作表面加工有三个圆心不同的弧形曲面，在轴承工作时形成三个油叶；滑动轴承芯棒外表面上开有三处供油槽，每处供油槽内沿轴向均布三个供油孔，供油孔轴线沿滑动轴承芯棒半径方向；三个供油槽把整个滑动轴承芯棒外表面分成三个承受负荷的油叶，所述三个油叶的圆心彼此不重合，三个油叶的有效张角大小均相同；滑动轴承芯棒内表面上均布3个径向方向圆周油槽，润滑油在滑动轴承芯棒中心通过径向方向圆周油槽，轴向方向油槽和供油孔流到滑动轴承芯棒外表面的油叶上，与部件内圈之间形成动压油膜，支承部件内圈旋转。
整个部件工作时，部件内圈旋转而滑动轴承芯棒静止不动。该种结构形式的滑动轴承可应用于任何行星轮减速器或增速器中，满足轴承高速重载的使用要求。
所述滑动轴承芯棒的外圆柱面上沿周向均布有三个圆弧形的油叶，三个油叶的圆心彼此不重合，三个油叶的有效张角大小均相同；当轴承多个方向上的受力不均，存在最大受力和最小受力，且数值差异较大时，将三个油叶的有效张角设置为不同，或将三个油叶修改为非均布布置形式。
所述供油槽沿轴承本体不贯通且均等分布。所述圆周油槽沿轴承本体内表面一周且均等分布。所述供油孔穿过供油槽和圆周油槽，贯穿轴承本体为通孔，且沿轴承本体均等分布。
与现有技术相比，本发明具有如下的突出的优点：
传统滑动轴承做在齿轮内圆上，内表面需要与齿轮有配合加工，增大了加工难度、加工时间和加工成本。传统滑动轴承齿轮内表面损坏后，整个齿轮也要跟着更换，不经济。本发明直接把轴承做在芯棒上，将来轴承损坏只需更换芯棒，而不用更换整个齿轮，节约了成本、材料和维修时间。
本发明的轴承便于更换，芯棒轴承损坏后，更换芯棒轴承比更换传统滑动轴承时间更短，维护成本更低。可以使用不同涂层来提高配付的抗磨损能力，本发明制作了铜涂层芯棒轴承，并设计出试验机来验证启停时芯棒轴承的抗磨损能力。使用铜涂层的芯棒轴承做了50组启停实验后，观察芯棒轴承表面，有几处轻微磨痕，但并没有影响轴承的油叶结构，轴承仍可继续使用。
本发明以芯棒轴承外表面为工作面，不同于其他轴承。轴承表面在动压油膜未完全形成时的抗磨损能力良好。与传统三油叶轴承相比，本发明的轴承能够在高速重载的情况下稳定运行，满足任何行星轮减速器或增速器启停时不稳定阶段的耐磨要求。
本发明为滑动轴承芯棒固定不动，而部件内圈转动形成动压油膜。轴承运行时，润滑油通过轴承供油孔流入轴承进油槽并进一步流入轴承油叶(芯棒与部件内圈之间的间隙)，并在芯棒与部件内圈间的相对滑动表面形成油膜，在芯棒与部件内圈间的间隙处出现动压。
附图说明
图1为本发明滑动轴承芯棒结构示意图。
图2为本发明轴承进油槽和供油孔均等分布的轴向剖视图。
图3为本发明轴承进油槽和供油孔均等分布的径向剖视图。
图4为滑动轴承芯棒与部件内圈的径向剖视图。
图5为倒置式三油叶轴承动压成膜情况。
图中：1-滑动轴承芯棒；2-供油槽；3-圆周油槽；4-供油孔；5-油叶；6-部件内圈；7-弧形曲面；8-弧形曲面；9-弧形曲面。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
本实施例综合以下两点因素：一是便于轴承和齿轮的加工，减少齿轮轴承一体加工时的工艺困难；二是防止油膜承载区方向上出现大的波动。本发明设计了倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，既考虑了滑动轴承的动态性能，也将实际运行工况和结构特点进行了综合考虑。
现代轴承材料分为金属材料和非金属材料两大类，其中金属材料主要有巴氏合金、铜合金和铝基合金等；非金属材料有：石墨、塑料、陶瓷和橡胶等。此外，为了改善滑动轴承的工作性能，还可以在基体材料添加涂层。
巴氏合金具有非常好的减摩性、抗咬合性和跑合性，但其承载能力、耐热性以及抗疲劳性表现较差。巴氏合金在150℃时，其疲劳强度和硬度大约只有常温的1/3，不适用于重载高速高温的工作环境中。
铝合金材料与钢的热膨胀系数不一致，因此在工作温升较大的环境中不太适用。非金属轴承材料除了陶瓷材料外大多承载能力较弱，不宜用在重载环境中，陶瓷材料承载能力较高，但难于加工，也不适宜用作芯棒轴承材料。
铜合金材料是目前应用范围最广的轴承材料之一，具有耐热性好、热传导性好、高承载和抗疲劳性能优异等特点。在高温重载下，性能优异。为了进一步提高铜合金材料的强度，一般在基体中添加3％～10％(质量比)的锡，形成锡青铜轴承材料，进一步提高了轴承材料的耐磨性。本实施例的轴承在工作时承受的载荷较大，转速较高，稳定工作时油膜温度较高，对轴承材料性能要求高，锡青铜较为适合此类工况，因此选定锡青铜材料作为轴承表面涂层，40Cr作芯棒内芯材料。
为防止轴承外圈内孔与芯棒轴承偏载引起倾斜下的端部磨损，需要在芯棒端部进行必要导角，具体导角确定根据试验情况定。
参见图1至图4，一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，包括滑动轴承芯棒1和部件内圈6，部件内圈6是整圆，滑动轴承芯棒1工作表面加工有三个圆心不同的弧形曲面7，8，9，在轴承工作时形成三个油叶5；滑动轴承芯棒1外表面上开有三处供油槽2，每处供油槽2内沿轴向均布三个供油孔4，供油孔4轴线沿滑动轴承芯棒1半径方向；三个供油槽2把整个滑动轴承芯棒1外表面分成三个承受负荷的油叶5，所述三个油叶5的圆心彼此不重合，三个油叶5的有效张角大小均相同；滑动轴承芯棒1内表面上均布3个径向方向圆周油槽3，润滑油在滑动轴承芯棒1中心通过径向方向圆周油槽3，轴向方向油槽2和供油孔4流到滑动轴承芯棒1外表面的油叶5上，与部件内圈6之间形成动压油膜，支承部件内圈6旋转。整个部件工作时，部件内圈6旋转而滑动轴承芯棒1静止不动。
如图5所示，滑动轴承芯棒工作表面加工有3个圆心不同的弧形曲面7，8，9，这3个圆心不同的弧形曲面的圆心角均小于120°。3个弧形曲面7，8，9的圆心分别为O1，O2，O3。部件内圈6以ω的转速旋转，润滑油在部件内圈6与滑动轴承芯棒1外表面的弧形曲面7，8，9之间形成三个润滑油膜，即三个油叶5，构成三油叶动压轴承，因而能够提高部件内圈6的旋转精度，即使在部件内圈6受冲击载荷影响的情况下，也能减小轴承振动，保证稳定运行。优选的，所述三段圆弧7，8，9的圆心角相等，这会使加工方便，并且在使用时不需要区分安装转角。
三油叶滑动轴承上的三个轴承油叶5通常呈均布布置结构，但当轴承多个方向上的受力不均，存在最大受力和最小受力，且数值差异较大时，可将3个轴承油叶5修改为非均布布置形式，也可使3个弧形曲面7，8，9的圆心角不同，以适应实际情况的需求。
本发明的滑动轴承运行时，润滑油通过轴承径向方向圆周油槽3流入轴承供油孔4，再流到轴承轴向方向油槽2，并进一步流到轴承油叶5(芯棒与部件内圈之间的间隙)，并在滑动轴承芯棒1与部件内圈6之间形成动压油膜；一部分滑油通过轴承供油槽2回流至机械设备的油底壳或液压系统，主要起对滑动轴承整体冷却的作用。所述供油槽2沿滑动轴承芯棒1不贯通且均等分布。所述圆周油槽3沿滑动轴承芯棒1内表面一周且均等分布。所述供油孔4穿过供油槽2和圆周油槽3，贯穿滑动轴承芯棒1为通孔，且沿滑动轴承芯棒1均等分布。
在试验机上测试的轴承载荷为10030N，转速为3700r/min，经计算，为线速度24.37m/s。该芯棒轴承可适用于线速度达24.37m/s的重载设备。

Claims (5)

1.一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，其特征在于：包括滑动轴承芯棒(1)和部件内圈(6)，部件内圈(6)是整圆，滑动轴承芯棒(1)工作表面加工有三个圆心不同的弧形曲面(7，8，9)，在轴承工作时形成三个油叶(5)；滑动轴承芯棒(1)外表面上开有三处供油槽(2)，每处供油槽(2)内沿轴向均布三个供油孔(4)，供油孔(4)轴线沿滑动轴承芯棒(1)半径方向；三个供油槽(2)把整个滑动轴承芯棒(1)外表面分成三个承受负荷的油叶(5)，所述三个油叶(5)的圆心彼此不重合，三个油叶(5)的有效张角大小均相同；滑动轴承芯棒(1)内表面上均布3个径向方向圆周油槽(3)，润滑油在滑动轴承芯棒(1)中心通过径向方向圆周油槽(3)，轴向方向油槽(2)和供油孔(4)流到滑动轴承芯棒(1)外表面的油叶(5)上，与部件内圈(6)之间形成动压油膜，支承部件内圈(6)旋转；所述滑动轴承芯棒(1)的外圆柱面上沿周向均布有三个圆弧形的油叶(5)，三个油叶(5)的圆心彼此不重合，三个油叶(5)的有效张角大小均相同；当轴承多个方向上的受力不均，存在最大受力和最小受力，且数值差异较大时，将三个油叶(5)的有效张角设置为不同，或将三个油叶(5)修改为非均布布置形式。
2.根据权利要求1所述的一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，其特征在于：整个部件工作时，部件内圈(6)旋转而滑动轴承芯棒(1)静止不动。
3.根据权利要求1所述的一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，其特征在于：所述供油槽(2)沿滑动轴承芯棒(1)不贯通且均等分布。
4.根据权利要求1所述的一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，其特征在于：所述圆周油槽(3)沿滑动轴承芯棒(1)内表面一周且均等分布。
5.根据权利要求1所述的一种倒置式三油叶芯棒结构滑动轴承，其特征在于：所述供油孔(4)穿过供油槽(2)和圆周油槽(3)，贯穿滑动轴承芯棒(1)为通孔，且沿滑动轴承芯棒(1)均等分布。
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