CN111365364A - 一种可倾瓦动压轴承 - Google Patents

Abstract

一种对瓦背实施压力流体内反馈支承的可倾瓦动压轴承，涉及滑动轴承技术领域，具体包括轴承外环、瓦块和安装组件，瓦块滑动面上设置有聚油槽，聚油槽聚集滑动面上压力润滑流体并通过油孔反馈导入瓦块背面上设置的油腔内，形成对瓦块的支承力。瓦块的中部设置有形变结构，将瓦块分为两个区块，安装组件对瓦块施加径向弹性压紧力。轴承工作时在瓦块背面油腔支承力的作用下，瓦块的相应区块克服所述径向弹性压紧力和主轴载荷力，以形变结构为支点翘起，实现轴瓦可倾，形成收敛间隙使轴承获得良好润滑承载效果；瓦块背面与轴承外环内表面实现全接触支承，有利于支承稳定；所产生的内反馈润滑流量能额外加大轴承工作流量，对轴承散热降温有大好处。

Description

一种可倾瓦动压轴承

技术领域

本发明涉及流体润滑的动压滑动轴承技术领域，具体涉及一种对瓦背实施压力流体内反馈支承的可倾瓦动压轴承。

背景技术

可倾瓦轴承一般由3～6个能在支点上自由倾斜的弧形瓦块组成，所以又叫活支点多瓦形支持轴承，也叫摆动可倾瓦轴承，其瓦块能随着转速、载荷及轴承温度不同做适应性摆动，在轴颈周围形成多油膜，且各个油膜压力集中指向中心，具有承载力大，抗振性好，功耗小，回转精度高的优点，制造工艺相对简单，润滑系统简单，使用维护成本低，在工业领域应用范围比静压滑动轴承大，目前普遍应用于离心式压缩机、汽轮机以及高速精密机床主轴领域。

使用时主轴安装在动压滑动轴承表面，动压滑动轴承是靠相对运动的两个表面之间形成流体压力膜进行承载工作的。如专利号为ZL200920069501.X所公开的中国专利，具体公开了可倾轴瓦与轴承座之间通过瓦块销连接，瓦块销与可倾轴瓦构成转动副，可倾轴瓦可绕瓦块销小幅度摆动。由此可知可倾瓦动压轴承的重要特征是位于轴承外环内侧的瓦块在工作时能围绕瓦背上的支点发生倾斜位移，其作用是形成轴承动压面的最佳收敛间隙，在特定工作参数情况下，倾斜位移量是唯一和稳定的，支点的位置和结构形式成为影响可倾瓦轴承工作性能的重要影响因素。近年来出现了基于传感器的在线控制可变支点可倾瓦轴承，相当于用传感变送器调节轴瓦的倾斜量，也是固定支点可倾瓦的一种形式，但面对轴承复杂运行状况时，其控制鲁棒性非常差。又例如专利号为ZL201580001447.3所公开的中国专利，具体公开了以枢轴为支点，各个轴瓦也可以构成为能够沿着壳体的周向及轴向摆动。支点除了上述方式之外，也较常用钢质球形固定支点可倾瓦轴承，即在瓦块的背部设置球形凸起作为支点，这种轴承在抑制油膜振荡性能方面存在一定限制，而且球形固定支点为点接触，长时间运行后支点可能出现磨损失效，缩短轴承使用寿命。

综上所述，因为现有可倾瓦动压轴承的瓦块为了实现空间摆动，瓦块与轴承支承轴承外环之间支承面积小而且存在间隙，因此在工作中容易产生振动，承载不稳定，运输和安装也不方便。

发明内容

针对现有上述技术问题，本发明提供一种能够抑制振动，承载稳定的可倾瓦动压轴承。

为实现上述目的，本发明创造提供以下技术方案。

提供一种对瓦背实施压力流体内反馈支承的可倾瓦动压轴承，包括轴承外环、多个瓦块和多组安装组件，多组安装组件将多个瓦块限位安装在轴承外环的环形内表面上，多个瓦块与主轴轴径接触的面为滑动面，瓦块滑动面上设置有聚油槽，聚油槽能够收集滑动面上部分压力润滑流体然后通过油孔反馈导入瓦块背面上设置的油腔内，形成对瓦块的支承力；瓦块的中部设置有形变结构，将瓦块分为两个区块；安装组件对瓦块施加径向弹性压紧力；轴承工作时在瓦块背面油腔支承力的作用下，瓦块相应局部区块克服所述径向弹性压紧力以及主轴载荷力，以所述形变结构作为支点翘起，实现轴瓦可倾，形成收敛间隙。收敛间隙使轴承获得良好润滑承载效果；瓦块背面与轴承外环内面实现全表面接触支承，有利于支承稳定；所产生的内反馈润滑流量能额外加大轴承工作流量，对轴承散热降温有大好处。

优选的，所述聚油槽、所述油孔和所述油腔构成润滑流体压力反馈结构。

优选的，瓦块的背部开设有沿轴向纵贯的变形槽，变形槽的纵截面呈T形，且变形槽的底部宽度较宽，从而使得变形槽的底部与瓦块的滑动面之间形成薄壁，该薄壁成为瓦块的形变结构。

优选的，所述润滑流体压力反馈结构位于瓦块上偏离变形槽的位置，压力反馈结构的数量可以为两组，这时两组压力反馈结构相对变形槽对称布置；压力反馈结构也可以仅有单组，这时压力反馈结构设置在变形槽的特定一侧。

优选的，多个瓦块通过外环环形内表面的约束将滑动面共同包络成圆锥面形状或圆柱面形状。

优选的，每组安装组件包括限位片和螺纹柱，轴承外环设置有螺纹孔，螺纹孔轴线与轴承的轴线相交，螺纹柱穿过限位片后穿入螺纹孔中，从而使得螺纹柱将限位片压紧于轴承外环；瓦块设置有沟槽，限位片的两侧设置有弹性结构，弹性结构嵌入相邻两个瓦块的沟槽中，从而在周向和径向方向对瓦块进行限位。

优选的，螺纹柱的中部设有空心管道，空心管道与轴承配油结构相通，用来通入润滑流体。

优选的，瓦块的背面和轴承外环的内表面是紧密贴合的球面，从而还能够在轴向方向对瓦块进行限位。

优选的，瓦块整体为摩擦合金，或瓦块采用钢质主体，钢质主体的局部表面压铸或浇铸覆盖有摩擦合金层。

优选的，用于轴承总成的润滑流体为润滑油、水润滑液、气体或油气二相润滑液。

本发明的有益效果：

本发明的一种可倾瓦动压轴承，与现有技术相比，轴承工作时的压力润滑流体被反馈导入瓦块背面设置的油腔内形成局部支承力，瓦块的局部就能克服所述径向弹性压紧力以形变结构形成的支点翘起，达成瓦块可倾收敛间隙效果，符合动压流体润滑原理。收敛间隙使轴承获得良好润滑承载效果；瓦块背面与轴承外环内表面全接触支承，有利于支承稳定；所产生的内反馈润滑流量能额外加大轴承工作流量，对轴承散热降温有大好处。而在非工作状态下，由于安装组件对瓦块施加径向弹性压紧力，因此瓦块的背部贴住轴承外环的内表面，瓦块和外环之间没有自由位移的空间，使得轴承总成在使用、安装和运输时始终保持紧凑稳定状态。

附图说明

图1为实施例中的可倾瓦动压轴承的立体图。

图2为实施例中的可倾瓦动压轴承的轴承外环的立体图。

图3为实施例中的可倾瓦动压轴承的瓦块的立体图。

图4为实施例中的可倾瓦动压轴承的瓦块的另一视觉的立体图。

图5为实施例中的可倾瓦动压轴承的安装组件的立体图。

图6为实施例中的可倾瓦动压轴承与主轴轴径配合安装示意图。

图7为轴承压力流体实现内反馈的可倾轴瓦的工作原理图。

附图标记包括：

轴承外环1、螺纹孔11、外表面12、内表面13；

瓦块2、滑动面21、聚油槽22、反馈油孔23、沟槽24、T形变形槽25、背面26、油腔27；

安装组件3、弹性结构31、螺纹柱32；

主轴4。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

本实施例的可倾瓦动压轴承如图1、图2、图3、图4和图6所示，包括轴承外环1、多个瓦块2以及多组安装组件3，多组安装组件3将多个瓦块2安装在轴承外环1的环形的内表面13处。瓦块2的背面26和轴承外环1的内表面13是相适配的球面，两者的球心与所安装的主轴4的旋转轴线重合，通过精密制造使两者的球面在非工作状态时完全贴合在一起，且在轴向对瓦块2进行限位。轴承外环1的外表面12为圆柱形状，能过盈稳固安装在外围设备的轴承孔座中，轴承外环1的直径可以由小变大形成系列，但直径比宽度尺寸大，优选宽径比在0.5以内。瓦块2的宽度尺寸与轴承外环1的宽度相等，两侧平齐使得轴承整体结构更紧凑。

本实施例中，结合图3所示，轴承外环1的内表面呈锥形，如此使得多个瓦块2的滑动面21共同包络成圆锥面形状，由此形成径向动压滑动轴承。实际中，多个瓦块2的滑动面21可改为共同包络成圆柱面形状，如此形成径向推力动压滑动轴承。本实施例中，瓦块2可以采用整体摩擦合金制作，如轴承用黄铜等；也可采用钢质材料制造轴瓦主体，然后在轴瓦主体的滑动面21压铸或浇铸摩擦合金层。

本实施例中，结合图5所示，每组安装组件3包括限位片和截面呈T形的螺纹柱32，轴承外环1上根据瓦块2的数量设置有同样数量的螺纹孔11，螺纹柱32穿过限位片后穿入螺纹孔11，以使得螺纹柱32的头部将限位片压紧于轴承外环1。限位片的两侧设置有弹性结构31，两侧弹性结构31插入相邻两个瓦块2的端部的沟槽24中，如此在周向和径向方向对瓦块2进行限位，瓦块2和轴承外环1之间没有自由位移的空间，使得轴承总成在使用、安装和运输时始终保持紧凑稳定状态，能够抑制振动。但是弹性结构32受力能够在径向上发生弹性形变。螺纹柱32的中部设有空心管道，空心管道与外围轴承座孔上的配油槽连通，以将配油槽中润滑流体均匀分配给各个瓦块2，润滑流体可以是润滑油、水润滑液、润滑气体或油气二相润滑液。空心管道、螺纹孔11的轴线严格对准轴承外环1的内表面球心，使得螺纹柱32固定瓦块2时得到较好的力学效果。

结合图4和图5所示，瓦块2的背部开设有沿轴向纵贯的T形变形槽25，T形变形槽25作为形变结构，其上缘较薄，宽度较宽，在润滑油压力作用下能够发生微米级的变形，以使得瓦块2以该形变结构作为支点，瓦块2的一半能够翘起。实际中变形槽25可以改为如口字型等其它形状，但优选本实施例的T形，既能保持瓦块2有一定的强度，又便于瓦块2的变形翘起。

瓦块2的滑动面21上开设有条形状的两个聚油槽22，两个聚油槽22相对T形变形槽25对称分布，聚油槽22通过反馈油孔23与瓦块2背上的矩形的油腔27连通，聚油槽22和油腔27的大小深浅尺寸以及在瓦块2上的位置尺寸通过计算分析确定。成双的聚油槽22和油腔27，所得到的轴承总成可用于主轴4正反双向回转。实际中上述聚油槽22与油腔27也可相对T形变形槽25单一分布，即瓦块2其中一个半瓦上有压力反馈结构而另一个半瓦上没有，所得到的轴承总成将用于主轴单向回转，单向回转的方向是轴径表面沿没有压力反馈结构向有压力反馈结构方向滑动。

结合图6所示，使用时瓦块2的滑动面21与主轴4的表面同轴并发生接触，主轴4旋转运动时根据流体润滑理论在瓦块2的滑动面21上产生油膜压力从而将瓦块2与主轴4的接触面分隔开，油膜压力成为轴承的径向承载能力或者径向推力承载能力。具体结合图7所示，主轴4以箭头N方向旋转，将润滑流体带入轴承进口间隙，形成流量Q，在顺着滑动面21流动过程中这部分流量被挤压成为内部压力油膜，从而将主轴4的轴径表面与瓦块2的表面分隔开以满足轴承承载工作需要，整个滑动面21的内压力分布由小快速变大，由于瓦块2的滑动面21上分布有聚油槽22，聚油槽22能够收集滑动面21上的部分压力润滑油Q1，通过反馈油孔23将压力油Q1反馈导入瓦块2的背部设置的油腔27内，形成对瓦块2的支承力，剩下的流量Q2从轴承出口间隙流出。由于瓦块2背部中间开设有T形变形槽25，T形变形槽25的上缘较薄，如图7所示将整个瓦块2以竖直点划线为分界线一分为二，瓦块2的右侧一半被弹性结构32压紧贴在轴承外环1的内表面上，此时主轴4的转动带动润滑流体流入左侧的聚油槽22，右侧油腔27的支承力克服弹性结构32的作用力，使左侧的弹性结构32沿径向发生弹性形变，进而使得瓦块2的左侧另一半被推动绕T形变形槽25的上缘朝主轴4发生倾斜位移翘起约0.7h₀，从而使瓦块2的此处的滑动面21形成进口约1h₀间隙、出口约0.3h₀间隙的收敛油楔，符合动压轴承的润滑原理。由于右侧进口处压力还较小，该处聚油槽22、油腔27反馈的支承力较小，不足以推动瓦块2右侧这部分发生位移，因此靠近轴承进口间隙处的右侧一半瓦块之被压紧贴在轴承外环的内表面上。使用完毕后，主轴4停止运动，在弹性结构3的作用下，瓦块2左侧恢复原状，整个背面重新贴住轴承外环1的内表面。

与现有技术相比，本实施例的可倾瓦动压轴承包括以下优点：

(1)在不改变轴承润滑系统，不增加运行成本的情况下，使瓦块2能根据轴承的工作状态发生翘起倾斜，流体支承结构简洁，承载稳定，而且阻尼特性好，达到减小轴承摩擦功耗、降低温升、抑制振动的目的，从而更好适应轴承不同工况工作要求。适用于汽轮机等大型高速旋转机械装备，更加适用于高速精密机床主轴。

(2)轴承总成径向和轴向尺寸紧凑，结构简单，零件种类数量少，在任何状态下为稳定结构。

(3)工作时瓦块2始终有一半背面与轴承外环1的内表面保持全接触，不存在机械摩擦磨损。

(4)工作时压力流体浮起瓦块2的另一半，很好满足流体动力润滑理论条件，瓦背上的静压油腔起到阻尼减振作用。

(5)参与润滑的流体流量增加，流体起到散热作用，对降低轴承发热温升有极大帮助，特别适用于高速精密技术装备。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种可倾瓦动压轴承，包括轴承外环、多个瓦块和多组安装组件，多组安装组件将多个瓦块限位安装在轴承外环的环形内表面上，多个瓦块与主轴轴径接触的面为滑动面，其特征是：瓦块滑动面上设置有聚油槽，聚油槽能够收集滑动面上部分压力润滑流体然后通过油孔反馈导入瓦块背面上设置的油腔内，形成对瓦块的支承力；瓦块的中部设置有形变结构，将瓦块分为两个区块；安装组件对瓦块施加径向弹性压紧力；轴承工作时在瓦块背面油腔支承力的作用下，瓦块相应局部区块克服所述径向弹性压紧力以及主轴载荷力，以所述形变结构作为支点翘起，实现轴瓦可倾，形成收敛间隙。

2.根据权利要求1所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：所述聚油槽、所述油孔和所述油腔构成润滑流体压力反馈结构。

3.根据权利要求1所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：瓦块的背部开设有沿轴向纵贯的变形槽，变形槽的纵截面呈T形，且变形槽的底部宽度较宽，从而使得变形槽的底部与瓦块的滑动面之间形成薄壁，该薄壁成为瓦块的形变结构。

4.根据权利要求2所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：所述润滑流体压力反馈结构位于瓦块上偏离变形槽的位置，压力反馈结构的数量可以为两组，这时两组压力反馈结构相对变形槽对称布置；压力反馈结构也可以仅有单组，这时压力反馈结构设置在变形槽的特定一侧。

5.根据权利要求1所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：多个瓦块通过外环环形内表面的约束将滑动面共同包络成圆锥面形状或圆柱面形状。

6.根据权利要求1所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：每组安装组件包括限位片和螺纹柱，轴承外环设置有螺纹孔，螺纹孔轴线与轴承的轴线相交，螺纹柱穿过限位片后穿入螺纹孔中，从而使得螺纹柱将限位片压紧于轴承外环；瓦块设置有沟槽，限位片的两侧设置有弹性结构，弹性结构嵌入相邻两个瓦块的沟槽中，从而在周向和径向方向对瓦块进行限位。

7.根据权利要求6所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：螺纹柱的中部设有空心管道，空心管道与轴承配油结构相通，用来通入润滑流体。

8.根据权利要求1所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：瓦块的背面和轴承外环的内表面是紧密贴合的球面，从而还能够在轴向方向对瓦块进行限位。

9.根据权利要求1所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：瓦块整体为摩擦合金，或瓦块采用钢质主体，钢质主体的局部表面压铸或浇铸覆盖有摩擦合金层。

10.根据权利要求1所述的一种可倾瓦动压轴承，其特征是：用于轴承总成的润滑流体为润滑油、水润滑液、气体或油气二相润滑液。

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