CN112762095A - 一种水润滑径向轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水润滑径向轴承，包括轴瓦，与轴瓦相配合的轴径，轴瓦与轴径之间采用水膜作为润滑介质，在轴瓦内表面设置有微沟槽的表面织构。本发明提供的具有微沟槽织构的水润滑动压径向轴承，在轴瓦内表面上按照所述的微沟槽结构参数包括形状、在轴瓦表面的分布位置、深度、宽度、沿轴向与周向的分布率和轴承运行参数等多个角度设计微沟槽表面织构，提高水润滑动压径向轴承的承载力，进而提高主轴的刚度，保证主轴的加工精度。

Description

一种水润滑径向轴承
技术领域
本发明公开了一种水润滑径向轴承，涉及润滑装置技术领域。
背景技术
随着现代加工技术的发展，数控机床用电主轴高速化、高精度、环保性已成为发展的普遍趋势。近年来，水润滑轴承以其低粘度、低温升、良好的阻尼特性以及无污染等优良的性能引起了研究者的关注。然而水的低粘度也导致了水润滑轴承的承载能力与支撑刚度降低，从而制约了主轴刚度的提高，影响了机床的加工精度。
表面织构技术是在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑或微小沟槽的点阵；在完全润滑条件下，微沟槽可以产生附加流体动压力；但是，在槽的底部会出现旋涡，反过来减小压力。因此，只有对微沟槽合适的设计才能提高轴承的承载力；设计不当时，微沟槽的存在反而会降低轴承的承载力，而且即使在相同的织构几何参数下，运行参数不同，织构对轴承性能的影响也不同；因此，对表面织构的结构参数、分布形式和轴承的运行参数进行综合设计对于提高水润滑轴承的承载力具有重要意义。
发明内容
本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种水润滑径向轴承，设计巧妙，提高轴承的承载力。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种水润滑径向轴承，包括：轴径和轴瓦，轴瓦为圆形设计，轴径设置于轴瓦的内部，轴径和轴瓦之间采用水膜作为润滑介质，所述的轴瓦的内表面设置一段表面织构，所述表面织构位于在轴径和轴瓦之间的水膜收敛区域，所述的表面织构为阵列分布的微沟槽。
进一步的，所述表面织构的分布角度位于水膜收敛区域，且位于从轴承的载荷作用位置处开始，沿轴径旋转方向的210°~240°的角度之间。
进一步的，所述表面织构的轴向表面织构率为20%~100%，周向表面织构率为0.27%~7.3%。
进一步的，所述的微沟槽的深度与水膜厚度的比值为(0,1]。
进一步的，所述微沟槽的横截面形状为矩形或有圆角的矩形或抛物线形。
进一步的，所述微沟槽的宽度取值范围为0.1°至1.3°。
有益效果：本发明提供的一种具有微沟槽织构的水润滑动压径向轴承，在轴瓦内表面上按照所述的微沟槽结构参数包括形状、在轴瓦表面的分布位置、深度、宽度、沿轴向与周向的分布率和轴承运行参数等多个角度设计微沟槽表面织构，可以提供附加的流体动压效应，提高水润滑动压径向轴承的承载力，进而提高主轴的刚度，保证主轴的加工精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的微沟槽轴向、周向尺寸示意图；
图3是本发明的第一种微沟槽横截面的结构示意图；
图4是本发明的第二种微沟槽横截面的结构示意图；
图5是本发明的第三种微沟槽横截面的结构示意图；
图6是本发明轴承承载力与微沟槽深度与水膜厚度的比值的关系图；
图7是本发明微沟槽宽度对轴承性能的影响的关系图；
图8是本发明轴承承载力与工作转速和工作偏心率的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种水润滑径向轴承，包括：轴径2和轴瓦1，轴径2设置于轴瓦1的内部，轴径2和轴瓦1之间采用水膜3作为润滑介质，所述的轴瓦1的内表面设置一段表面织构，所述表面织构位于在轴径2和轴瓦1之间的水膜收敛区域，所述的表面织构为阵列分布的微沟槽4。
所述表面织构的分布角度位于从轴承的载荷作用位置处开始，沿轴径2旋转方向的210°~240°的角度之间，图1中w为轴承的载荷作用位置，α为210°，β为30°，β所示的角度范围为表面织构的分布角度；本实例微沟槽工作时，一方面产生了动压效应，提高承载力；一方面底部产生涡流，一定的槽深相当于增大膜厚，从而降低承载力；但在210~240°范围内，水膜厚度相对于其它区域通常是最小的，因此，动压效应更为显著，进而提高了承载力。
如图2所示，其中的L1为轴瓦1的轴向厚度，L2为轴瓦1的内表面所在圆的周长，l 1为微沟槽4的长度，l 2为微沟槽4的宽度； N1为微沟槽4的横数，N2为微沟槽4的列数；即轴向表面织构率为l 1*N1/L1；周向表面织构率为l 2*N2/ L2；所述表面织构的轴向表面织构率为20%~100%，周向表面织构率为0.27%~7.3%；由于表面织构轴向表面织构率小于20%时，对动压效应的提升效应微弱，因此所述表面织构的轴向表面织构率为20%~100%；而且由微沟槽的宽度范围和分布范围可以得出周向表面织构率为0.27%~7.3%。
如图3~5所示，所述微沟槽4的横截面形状为矩形或有圆角的矩形或抛物线形。
如图6所示，本实例的轴承承载力与微沟槽深度与水膜厚度的比值的关系，当偏心率为0.1，沟槽宽度为0.1°时，微沟槽深度与水膜厚度的比值从0.2增大至0.6，微沟槽显著提高了水润滑轴承的承载力；随着微沟槽继续增大，微沟槽轴承的承载力比光滑水润滑轴承承载力略大，微沟槽对轴承承载力的影响较弱；随着微沟槽深度与水膜厚度的比值从0.2增大至0.6时，在沟槽底部形成的涡流较为显著；而随着沟槽的继续加深，涡流影响逐渐减弱；所以，所述的微沟槽的深度与水膜厚度的比值一般取值为(0,1]。
如图7所示，本实施例微沟槽宽度对轴承性能的影响规律，本实例的轴承承载力随着织构宽度的增大先增大再减小；然而随着宽度的继续增大，承载力又随之增大再减小；因此，随着宽度的增大，承载力有两个峰值；承载力的这种增大-减小-增大-减小的变化规律是由于涡流和空化的综合作用导致的；随着槽宽的增大，空化区域发生变化。当空化区域减小时，承载力增大；反之，承载力减小。与此同时，随着槽宽的增大，槽底部的涡流逐渐减弱，引起了承载力的增大。因此，只有当涡流与空化的综合作用增大时，才能促进承载力的增大；所以，所述微沟槽4的宽度取值范围为0.1°至1.3°。
如图8所示，本实例的轴承承载力与工作转速和工作偏心率的关系，当工作转速为7500rpm时，随着偏心率从0.1增大到0.5，微沟槽均降低了水润滑轴承的承载力；工作转速为10000rpm时，微沟槽轴承可以增大承载力的偏心率仅为0.1；工作转速为15000时，微沟槽轴承可以增大承载力的偏心率为0.1.0.3；工作转速为17500时，微沟槽轴承可以增大承载力的偏心率为0.1、0.3与0.5。因此，想要提高轴承的承载力，可以提高工作转速越大，也可以提高工作的偏心率，且轴承的工作偏心率与工作转速之比取值范围为0（不含）至0.45‰，其中工作转速的单位为rpm。
本发明提供的一种具有微沟槽织构的水润滑动压径向轴承，在轴瓦内表面上按照所述的微沟槽结构参数包括形状、在轴瓦表面的分布位置、深度、宽度、沿轴向与周向的分布率和轴承运行参数等多个角度综合设计微沟槽表面织构，可以提供附加的流体动压效应，提高水润滑动压径向轴承的承载力，进而提高主轴的刚度，保证主轴的加工精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水润滑径向轴承，包括：轴径和轴瓦，轴径设置于轴瓦的内部，轴径和轴瓦之间采用水膜作为润滑介质，其特征在于，所述的轴瓦的内表面设置一段表面织构，所述表面织构位于在轴径和轴瓦之间的水膜收敛区域，所述的表面织构为阵列分布的微沟槽。
2.根据权利要求1所述的一种水润滑径向轴承，其特征在于，所述表面织构的分布角度位于水膜收敛区域，且位于从轴承的载荷作用位置处开始，沿轴径旋转方向的210°~240°的角度之间。
3.根据权利要求1所述的一种水润滑径向轴承，其特征在于，所述表面织构的轴向表面织构率为20%~100%，周向表面织构率为0.27%~7.3%。
4.根据权利要求1所述的一种水润滑径向轴承，其特征在于，所述的微沟槽的深度与水膜厚度的比值为(0,1]。
5.根据权利要求1所述的一种水润滑径向轴承，其特征在于，所述微沟槽的横截面形状为矩形或有圆角的矩形或抛物线形。
6.根据权利要求1所述的一种水润滑径向轴承，其特征在于，所述微沟槽的宽度取值范围为0.1°至1.3°。
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