CN112610606A - 一种新型减阻水润滑轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型减阻水润滑轴承，包括含有轴瓦的整体式直筒状圆轴承和微造型区域，所述微造型区域由若干个盾鳞结构排列形成，所述微造型区域位于轴瓦上；所述盾鳞结构包括底部圆柱形底座和上部爪形棱柱结构，所述棱柱结构包括三根中线平行的棱柱，中间的棱柱最长最高，两侧棱柱高度相同，且长度相同；每根棱柱横截面均为三角形；在轴向上，棱柱一端为尖端互相分开的为棱柱结构的尾部，另一端与相邻的棱相连，相邻的棱之间形成槽，为棱柱结构的头部；所述圆柱形底座上端面与棱柱结构固定连接，下端面与轴瓦表面固定连接。采用本发明的一种新型减阻水润滑轴承，可保证兼顾承载力和各项性能，并且提升轴承的使用寿命。

Description

一种新型减阻水润滑轴承
技术领域
本发明属于水润滑轴承技术领域，具体来说，涉及一种新型减阻水润滑轴承。
背景技术
水润滑轴承以其节省材料，低成本，无污染，耐泥沙等一系列优点在船舶业和水泵业获得了广泛的应用。然而，通常情况下，水润滑轴承还有着如承载能力不足，摩擦力和摩擦系数过大，轴颈与轴承发生摩擦磨损，导致轴承振动，产生巨大噪声，增加设备损坏几率和运行成本等问题。现有技术中，针对上述问题，往往会采用在轴承轴向开槽和在轴承表面设置微织构等方式。
但这样的设计还是存在着一些缺陷，比如轴承上开槽处水膜厚度过大，原有的成片的、连续的承载区被沟槽分割为小的、分散的承载区，使水润滑轴承整体的承载力减弱；加入微织构，轴承的机械加工难度较大，同时不能很好的适应水润滑轴承间隙小、工作状况下多泥沙、重载低速、边界润滑的工况，且上述结构均未在橡胶轴承上应用，使得其减阻，排污能力在橡胶轴承上尚未得到验证。因此，迫切需要一种能够在兼顾承载力和各项性能，并且提升使用寿命的新型减阻水润滑轴承。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种新型减阻水润滑轴承，可以兼顾承载力和各项性能，并且提升轴承的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：
一种新型减阻水润滑轴承，包括含有轴瓦的整体式直筒状圆轴承和微造型区域，所述微造型区域由若干个盾鳞结构排列形成，所述微造型区域位于轴瓦上；所述盾鳞结构包括底部圆柱形底座和上部爪形棱柱结构，所述棱柱结构包括三根中线平行的棱柱，中间的棱柱最长最高，两侧棱柱高度相同，且长度相同；每根棱柱横截面均为三角形；在轴向上，棱柱一端为尖端互相分开的为棱柱结构的尾部，另一端与相邻的棱相连，相邻的棱之间形成槽，为棱柱结构的头部；所述圆柱形底座上端面与棱柱结构固定连接，下端面与轴瓦表面固定连接。
优选的，所述盾鳞结构沿着所述轴瓦下半部分的周向和轴向上呈矩阵式排列，排列方式为顺列布置或错列布置；且布设时，盾鳞结构其头部和尾部连线沿着轴瓦旋转方向，且其头部对着来流方向。
优选的，所述盾鳞结构材料为橡胶。
优选的，工作时，若盾鳞结构中轴线方向与水流流速方向不重合，则水流力会作用在棱柱侧壁面上，导致圆柱形底座产生扭转，使得整个盾鳞结构中轴线方向向水流流速方向靠拢，达到自适应。
优选的，一种新型减阻水润滑轴承还包括转子和沟槽，所述沟槽设置在轴瓦轴向方向上，所述沟槽呈条状，所述沟槽位于相邻微造型区域之间。
优选的，所述沟槽的断面呈矩形、梯形拱形或U形。
与现有技术相比，本发明的一种新型减阻水润滑轴承，可以保证在不减小轴承载荷的情况下，能适应水润滑轴承重载，低转速，多杂质，润滑方式复杂的工况，降低水润滑轴承的摩擦系数，同时兼顾轴承的排污性能，散热性能，提升轴承的使用寿命。本实施例的一种新型减阻水润滑轴承，包括含有轴瓦的整体式直筒状圆轴承和微造型区域，所述微造型区域由若干个盾鳞结构排列形成，所述微造型区域位于轴瓦上；所述盾鳞结构包括底部圆柱形底座和上部爪形棱柱结构，所述棱柱结构包括三根中线平行的棱柱，中间的棱柱最长最高，两侧棱柱高度相同，且长度相同；每根棱柱横截面均为三角形；在轴向上，棱柱一端为尖端互相分开的为棱柱结构的尾部，另一端与相邻的棱相连，相邻的棱之间形成槽，为棱柱结构的头部；所述圆柱形底座上端面与棱柱结构固定连接，下端面与轴瓦表面固定连接。通过在轴瓦上设置多个盾鳞结构组成微造型区域，在不减小轴承载荷的情况下，能适应水润滑轴承重载，在低速重载工况下能够减小滑动轴承摩擦力及摩擦系数，降低磨损、降低耗能、延长轴承使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例中轴承的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中盾鳞结构的示意图；
图3是本发明实施例中盾鳞结构的另一示意图；
图4是本发明实施例中轴瓦下半瓦展开后的示意图。
图中有：轴承1、转子2、沟槽3、盾鳞结构4和微造型区域5。
具体实施方式
以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
如图1所示，本发明实施例的一种新型减阻水润滑轴承，包括含有轴瓦的整体式直筒状圆轴承1和微造型区域5，所述微造型区域5由若干个盾鳞结构4排列形成，所述微造型区域5位于轴瓦上；所述盾鳞结构4包括底部圆柱形底座和上部爪形棱柱结构，所述棱柱结构包括三根中线平行的棱柱，中间的棱柱最长最高，两侧棱柱高度相同，且长度相同；每根棱柱横截面均为三角形；在轴向上，棱柱一端为尖端互相分开的为棱柱结构的尾部，另一端与相邻的棱相连，相邻的棱之间形成槽，为棱柱结构的头部；所述圆柱形底座上端面与棱柱结构固定连接，下端面与轴瓦表面固定连接。
需要说明的是，所述盾鳞结构4为采用仿生学，将鲨鱼皮结构运用到同为流体动力润滑领域的水润滑轴承1上，对传统的光滑表面轴承1进行改进，旨在减小轴承1摩擦系数，降低轴承1温升，减小轴承1振动和噪声。
其中，盾鳞结构4的圆柱形底座能够使盾鳞结构4根据不同转速和进水水流速度自动微调盾鳞指向，以达到在不同转速下均能发挥最佳减阻能力的目标。
上述实施例的一种新型减阻水润滑轴承中，优选的，所述盾鳞结构4沿着所述轴瓦下半部分的周向和轴向上呈矩阵式排列，排列方式为顺列布置或错列布置；且布设时，盾鳞结构4其头部和尾部连线沿着轴瓦旋转方向，且其头部对着来流方向。初始排列方向为尖端指向转速方向，在水流力作用下，盾鳞结构4下方圆柱在水流力作用下产生扭转变形，使盾鳞结构4随水流方向自动微调其指向，达到更好的减阻效果。
优选的，所述盾鳞结构4材料为橡胶。橡胶具有很好的弹性和耐酸碱等性能，在本实施例中的水下也能够很好运动，能够适应水流进行扭转变形。并且橡胶制作方便，成本低廉，便于生产。
优选的，工作时，若盾鳞结构4中轴线方向与水流流速方向不重合，则水流力会作用在棱柱侧壁面上，导致圆柱形底座产生扭转，使得整个盾鳞结构4中轴线方向向水流流速方向靠拢，达到自适应。
优选的，一种新型减阻水润滑轴承还包括转子2和沟槽3，所述沟槽3设置在轴瓦轴向方向上，所述沟槽3呈条状，所述沟槽3位于相邻微造型区域5之间。
优选的，所述沟槽3的断面呈矩形、梯形拱形或U形。开槽方式为全周开槽或半周开槽，槽为直线槽或螺旋槽。
在启动，停止，低速重载等工况下工作时，转子2和轴承1形成的摩擦副，处于混合润滑状态即边界润滑和流体润滑状态的组合。该工况下，流体动力润滑尚未形成，轴向载荷由很薄的水膜和摩擦副边界共同承担。在转子2和轴承1不断磨损的过程中，盾鳞结构4中存储的润滑介质能够从其自身的槽中不断溢出，起到润滑效果，同时溢出的润滑介质也能辐射到周围，达到二次润滑的效果，保证了摩擦过程中的平稳性，减小轴承1振动，降低噪声，降低产热，同时减少了摩擦副的摩擦系数。同时由于盾鳞结构4中相邻棱之间的槽的存在，使得介质中的杂质和摩擦副磨损产生的磨屑不断地被捕捉到槽中存储起来，并随着水流排出，可以减少磨粒磨损。再者，磨屑和杂质的顺利排出也有利于减小其对流体动压效应形成影响。
当轴承1和转子2组成的摩擦副处于流体动压润滑状态时，润滑介质由转子2带动并加速，流经盾鳞微造型区域5后，按照二次涡群理论，湍流流动在盾鳞结构4三个尖端两侧产生了二次涡，二次涡减弱了边界层中流向涡的运动强度，使得低速流体保持在盾鳞结构4的槽内，导致摩擦阻力减小，相比于光滑表面，盾鳞结构4导致边界层粘性子层的厚度增加，使得盾鳞结构4内流体处于准静止状态。
按照展项流动抑制理论，相比于光滑表面，盾鳞结构4表面逆时针方向的展向涡的数量在壁面附近大量减少，而湍流中猝发事件主要由逆时针的涡结构引起，该结果表明在盾鳞结构4表面，由于逆时针展向涡的数量减少，使得湍流猝发现象减弱从而实现减阻。
按照滑移速度理论，盾鳞结构4表面的存在滑移速度，滑移速度导致了壁面阻力的减小。同时盾鳞结构4的作用能使得边界层内保留更多低速流体，推迟了流体速度的增大，减小了边界层流动的径向速度梯度；同时，盾鳞结构4内速度变化出现了多段低梯度增长，在大范围内起到减小剪切应力的作用，故能减小轴承1摩擦系数。
与现有技术相比，采用本发明的一种新型减阻水润滑轴承，通过在轴瓦上设置多个盾鳞结构组成微造型区域，在不减小轴承载荷的情况下，能适应水润滑轴承重载，在低速重载工况下能够减小滑动轴承摩擦力及摩擦系数，降低磨损、降低耗能、兼顾轴承的排污性能，散热性能，延长轴承使用寿命。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的优选实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (6)

1.一种新型减阻水润滑轴承，其特征在于，包括含有轴瓦的整体式直筒状圆轴承(1)和微造型区域(5)，所述微造型区域(5)由若干个盾鳞结构(4)排列形成，所述微造型区域(5)位于轴瓦上；所述盾鳞结构(4)包括底部圆柱形底座和上部爪形棱柱结构，所述棱柱结构包括三根中线平行的棱柱，中间的棱柱最长最高，两侧棱柱高度相同，且长度相同；每根棱柱横截面均为三角形；在轴向上，棱柱一端为尖端互相分开的为棱柱结构的尾部，另一端与相邻的棱相连，相邻的棱之间形成槽，为棱柱结构的头部；所述圆柱形底座上端面与棱柱结构固定连接，下端面与轴瓦表面固定连接。
2.按照权利要求1所述的新型减阻水润滑轴承，其特征在于，所述盾鳞结构沿着所述轴瓦下半部分的周向和轴向上呈矩阵式排列，排列方式为顺列布置或错列布置；且布设时，盾鳞结构其头部和尾部连线沿着轴瓦旋转方向，且其头部对着来流方向。
3.按照权利要求2所述的新型减阻水润滑轴承，其特征在于，所述盾鳞结构材料为橡胶。
4.按照权利要求3所述的新型减阻水润滑轴承，其特征在于，工作时，若盾鳞结构中轴线方向与水流流速方向不重合，则水流力会作用在棱柱侧壁面上，导致圆柱形底座产生扭转，使得整个盾鳞结构中轴线方向向水流流速方向靠拢，达到自适应。
5.按照权利要求1至4任一所述的新型减阻水润滑轴承，其特征在于，还包括转子(2)和沟槽(3)，所述沟槽(3)设置在轴瓦轴向方向上，所述沟槽(3)呈条状，所述沟槽(3)位于相邻微造型区域(5)之间。
6.按照权利要求5所述的新型减阻水润滑轴承，其特征在于，所述所述沟槽(3)的断面呈矩形、梯形拱形或U形。
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