CN113339406B - 一种双向推力圆锥滑动轴承 - Google Patents

Abstract

一种双向推力圆锥滑动轴承，包括相互配合的轴承内圈和轴承外圈，轴承内圈的内圈外壁和轴承外圈的外圈内壁上均设置有固体超润滑涂层，轴承外圈和轴承内圈之间摩擦接触形成两个倾斜方向不同的内外圈圆锥摩擦面，所述轴承外圈或轴承内圈上开设有用于向所述内外圈圆锥摩擦面提供润滑油的油路，在所述内圈外壁上还开设有用于引导润滑油在内外圈圆锥摩擦面上流动的引流槽。本发明提供一种双向推力圆锥滑动轴承，摩擦系数低，载荷能力强，而且使用寿命长。

Description

一种双向推力圆锥滑动轴承

技术领域

本发明涉及滑动轴承领域，具体的说是一种双向推力圆锥滑动轴承。

背景技术

轴承是机械设备的重要基础零部件，凡是能动的机械设备都离不开轴承。它的基本功能是支撑机构回转，降低其运动中的摩擦系数，保证其回转精度。在人类的劳动生产活动中为了减少摩擦、提高效率，先后发明了滑动轴承和滚动轴承。人类最初是发明了滑动轴承，随着科技的进步，发现滚动轴承的摩擦系数远远低于滑动轴承，进而发明和使用各类滚动轴承至今。但是这两种轴承相比较，通常情况下除了滚动轴承比滑动轴承的摩擦系数低2~3个数量级所导致节能外，其它各方面均不如滑动轴承，尤其是在制造成本、使用寿命和承载能力等方面。随着现代科技的发展，特别是极低润滑和超润滑技术的工程化应用，使滑动轴承替代滚动轴承成为了可能。

推力轴承是用来专门承受轴向载荷的专用轴承，也被称作止推轴承。通常推力轴承分为单向推力轴承和双向推力轴承两类，单向推力轴承是只能承受一个方向的轴向载荷，双向推力轴承可以承受两个方向的轴向载荷。现有的推力轴承主要包括推力球轴承和推力滚子轴承，这两类推力轴承都属于是滚动轴承，因此也存在上述的缺点。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种双向推力圆锥滑动轴承，摩擦系数低，载荷能力强，而且使用寿命长。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种双向推力圆锥滑动轴承，包括相互配合的轴承内圈和轴承外圈，轴承内圈的内圈外壁和轴承外圈的外圈内壁上均设置有固体超润滑涂层，轴承外圈和轴承内圈之间摩擦接触形成两个倾斜方向不同的内外圈圆锥摩擦面；所述轴承外圈或轴承内圈上开设有用于向所述内外圈圆锥摩擦面提供润滑油的油路，在所述内圈外壁上还开设有用于引导润滑油在内外圈圆锥摩擦面上流动的引流槽。

作为一种选择，所述双向推力圆锥滑动轴承可以采用外圈供油，此时轴承内圈设有两个，轴承外圈设有一个，两个轴承内圈的小头端相对设置，并留有自动补偿间隙。

进一步地，所述油路包括开设在所述轴承外圈的外圈外壁上的供油槽，且供油槽沿轴承外圈的圆周方向延伸，供油槽连通有若干条导油槽，导油槽的两端各连通有一个供油孔，两个供油孔分别开口于两个所述内外圈圆锥摩擦面。

进一步地，所述供油槽开设在所述外圈外壁的中间位置，所述导油槽关于供油槽对称。

进一步地，所述供油孔沿所述轴承外圈的径向延伸。

进一步地，所述供油孔的直径小于所述导油槽的宽度。

进一步地，所述导油槽贯通所述外圈外壁，导油槽与外圈外壁的连接处设置有导油槽外倒角，导油槽与所述供油孔的连接处设置有导油槽内倒角。

进一步地，所述轴承内圈上还开设有若干个导流孔，导流孔贯通轴承内圈的两端。

进一步地，所述导流孔沿轴承内圈的轴向延伸。

作为另一种选择，所述双向推力圆锥滑动轴承可以采用内圈供油，此时所述轴承外圈设有两个，轴承内圈设有一个，两个轴承外圈的小头端相对设置，并留有补偿间隙。

所述油路包括开设在所述轴承内圈内圆面上的供油槽，且供油槽沿轴承内圈的圆周方向延伸，供油槽连通有若干条导油槽，导油槽的两端各连通有一个供油孔，两个供油孔分别开口于两个内外圈圆锥摩擦面上供油。

在上述外圈供油方案和内圈供油方案中，进一步地，所述引流槽呈波浪形，引流槽的波谷贯通所述轴承内圈的内圈小端面形成引流槽内圈小端面开口，引流槽的波峰贯通轴承内圈的内圈大端面形成引流槽内圈大端面开口。

再进一步地，所述内外圈圆锥摩擦面的母线倾角为

，并且满足

。

有益效果：

1、本发明提供一种基于液体超滑技术和固体涂层超滑技术实现超润滑特性的双向推力滑动轴承，大大提高了轴承的性能和寿命，使滑动轴承替代滚动轴承成为可能；

2、本发明通过设置引流槽使润滑油能够在内外圈圆锥摩擦面上快速、均匀地流动，降低润滑阻力、提高散热效率，同时作为收集和排出磨屑的通道，防止磨屑滞留内外圈圆锥摩擦面对轴承工作状况和寿命产生不利影响；

3、本发明通过设置导流孔来保证润滑油能够正常排出，进而保证内外圈圆锥摩擦面的润滑效果和轴承运转的稳定性；

4、本发明回转精度高，采用锥面接触加轴向预紧力结构，确保内、外圈锥面始终处于接触状态，当接触表面在正常范围内出现磨损时具有自动补偿功能，避免了轴承在安装和使用过程中因为游隙的变化造成回转精度的失效；从结构上保证了轴承在全寿命周期内回转精度的一致性；

5、在结构上，本发明与滚动轴承相比，零件数量更少，有利于制造和使用成本的降低；同时由于主要零件仅为滑动轴承的内、外圈，有利于提高制造过程精度控制，提高互换性，降低轴承组配难度，大幅度简化轴承的类型和型号；有效地避免了滚子及滚道在制造和使用中出现缺陷或损伤等造成的回转振动；

6、在载荷能力上，可以大幅提高轴承轴向和径向的承载能力以及轴承单元的结构刚度，有利于回转轴系临界转速的提高，同时抗冲击载荷能力较滚动轴承也有着显著提高，与滚动轴承比较，在同等载荷情况下，轴承的外形尺寸更小，有利于回转轴系及成套机械装备的设计布局；

7、密封性能得到提高，滑动轴承为内、外圈面接触，不需要增加密封件就可以有效防止异物侵入摩擦表面，避免了因为外来异物的侵入影响轴承的寿命；

8、降低使用和维护成本，由于轴承整体寿命的增加，降低了使用和维护成本，提高了整机运行可靠性；特别是对于大型和高成本轴承的失效，仅需要修复配合表面即可恢复轴承的原始技术性能；对于超大型轴承有利于采取分段加工制造和使用现场组装，不但可以降低制造难度，也可以降低运输和使用现场安装难度。

附图说明

图1是本发明采用外圈供油方案轴承的整体结构轴向视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图2中H部分的放大图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是图4中D部分的放大图；

图6是图4中J部分的放大图；

图7是本发明采用外圈供油方案轴承的整体结构径向视图；

图8是图7中G部分的放大图；

图9是本发明采用外圈供油方案轴承外圈的轴向视图；

图10是图9的C-C剖视图；

图11是本发明采用外圈供油方案轴承内圈的径向视图；

图12是图11中E部分的放大图；

图13是图11中F部分的放大图；

图14是本发明采用外圈供油方案轴承内圈的径向视图；

图15是图14中K部分的放大图；

图16是图14的D-D剖视图；

图17是本发明采用内圈供油方案的轴承局部剖视图。

附图标记：1、轴承外圈，2、轴承内圈，3、导油槽外倒角，4、导油槽内倒角，5、轴承内孔，6、内圈内倒角，7、导流孔倒角，8、导流孔，9、内圈大端面，10、外圈内倒角，11、外圈外倒角，12、外圈外壁，13、供油孔，14、供油槽外倒角，15、供油槽内倒角，16、外圈端面，17、内外圈圆锥摩擦面，18、内圈小端面，19、导油槽，20、供油槽，21、引流槽，22、引流槽内圈大端面开口，23、引流槽内圈小端面开口，24、自动补偿间隙，

、摩擦锥面母线倾角，O、回转中心线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：本实施例采用外圈供油的方案，请参阅图1至16，图1是本发明的整体结构轴向视图，图2是图1的A-A剖视图，图3是图2中H部分的放大图，图4是图2的B-B剖视图，图5是图4中D部分的放大图，图6是图4中J部分的放大图，图7是本发明的整体结构径向视图，图8是图7中G部分的放大图，图9是本发明轴承外圈的轴向视图，图10是图9的C-C剖视图，图11是本发明轴承内圈的径向视图，图12是图11中E部分的放大图，图13是图11中F部分的放大图，图14是本发明轴承内圈的径向视图，图15是图14中K部分的放大图，图16是图14的D-D剖视图。

一种外圈供油双向推力圆锥滑动轴承，包括两个并列设置的轴承内圈2和配合套装在两个轴承内圈2周侧的轴承外圈1，轴承内圈2的轴向长度小于轴承外圈1轴向长度的一半，轴承内圈2的中心处开设有用于安装回转轴的轴承内孔5。

轴承内圈2的内圈外壁和轴承外圈1的外圈内壁上均设置有固体超润滑涂层，固体超润滑涂层可以采用现有技术中的石墨烯涂层等。内圈外壁与外圈内壁摩擦接触形成内外圈圆锥摩擦面17，两个内外圈圆锥摩擦面17的小端相对设置，并且两个内外圈圆锥摩擦面17之间留有自动补偿间隙24，内外圈圆锥摩擦面17实际上是包括轴承内圈2的外壁摩擦锥面和轴承外圈1的内壁摩擦锥面。轴承外圈1上开设有用于向内外圈圆锥摩擦面17提供润滑油的油路，在内圈外壁上还开设有用于引导润滑油在内外圈圆锥摩擦面17上流动的引流槽21。

本发明的轴承外圈1和轴承内圈2直接接触，不需要增加密封件就能够避免杂质进入到内外圈圆锥摩擦面17内，从而能够避免外来异物入侵影响轴承的使用寿命。进而，本发明通过在内圈外壁与外圈内壁设置固体超润滑涂层，大大减小了轴承外圈1与轴承内圈2之间的摩擦阻力，从而大幅提高轴承的性能和使用寿命。考虑到现有技术还难以达到理论上的完全超润滑，所以在轴承外圈1上设置油路，通过油路向内外圈圆锥摩擦面17提供润滑油，润滑油选择为具有超润滑特性的润滑油，通过油润滑与固体超润滑涂层的配合来接近理论上超润滑的效果。在装配时，载荷沿轴向作用在其中一个轴承内圈2上或者同时作用在两个轴承内圈2上，将轴承外圈1安装在轴承座上的轴承孔内，然后通过轴承座内的供油装置向油路提供润滑油，润滑油通过油路流动到内外圈圆锥摩擦面17上，对内外圈圆锥摩擦面17进行润滑。另一方面，润滑油还能够吸收内外圈圆锥摩擦面17上产生的热量，完成对轴承的降温，避免轴承因为高温造成损坏，保证了轴承运转的稳定性，延长了轴承的使用寿命。引流槽21的设置，使润滑油能够在内外圈圆锥摩擦面17上快速、均匀地流动，从而进一步提高润滑的效果。

随着运转时间的增长，轴承外圈1和轴承内圈2都会发生磨损，导致内圈外壁与外圈内壁之间间隙增大，轴承回转性能下降，此时在轴向载荷的作用下，轴承内圈2可以沿轴向朝内外圈圆锥摩擦面17的小端方向移动，从而使内圈外壁与外圈内壁之间继续保持贴合，从而实现对磨损的自动补偿，保证轴承正常运行。为了保证自动补偿的顺利进行，在两个内外圈圆锥摩擦面17之间留有自动补偿间隙24，自动补偿间隙24的宽度设置为2L，两个内外圈圆锥摩擦面17的小端与轴承外圈1径向上的对称中心线之间的距离均为L，即为两个轴承内圈2各单独设置一个长度为L的自动补偿间隙，当轴承承受双向载荷时，能够分别对两个载荷产生的磨损进行自动补偿，互不影响。

此外，当发生磨损的时候，内圈外壁和外圈内壁都会产生磨屑，磨屑会被润滑油携吸附，但是因为润滑油要在内外圈圆锥摩擦面17上流动，所以会导致磨屑在内外圈圆锥摩擦面17内滞留，对轴承外圈1和轴承内圈2产生不利影响，容易引起局部磨损加剧或者发热量增加，此时引流槽21还能够起到容纳磨屑的作用，避免磨屑进入到内外圈圆锥摩擦面17内。

润滑油在完成对内外圈圆锥摩擦面17的润滑和冷却后，品质会出现下降，主要表现在杂质含量升高与温度升高，因此需要及时将其排出，除了在内外圈圆锥摩擦面17内的润滑油之外，引流槽21内的润滑油因为磨屑含量高，所以也应当能够及时排出。因此将引流槽21设置波浪形，并且引流槽21贯通轴承内圈2的两端，其中引流槽21的波谷贯通轴承内圈2的内圈小端面18形成引流槽内圈小端面开口23，引流槽21的波峰贯通轴承内圈2的内圈大端面9形成引流槽内圈大端面开口22。随着轴承内圈2的转动，引流槽21内的润滑油分别从内圈小端面开口23和内圈大端面开口22排出，并且将引流槽21内存储的磨屑一并带出。另一方面，波浪形的引流槽21使润滑油在引流槽21内能够顺畅地流动，并且润滑油能够均布在内外圈圆锥摩擦面17上。

为了保证润滑油能够持续稳定地导入到内外圈圆锥摩擦面17上，油路包括开设在轴承外圈1的外圈外壁12上的供油槽20，且供油槽20沿轴承外圈1的圆周方向延伸，供油槽20连通有若干条导油槽19，导油槽19的两端各连通有一个供油孔13，两个供油孔13分别贯通两个内外圈圆锥摩擦面17。其中供油槽20的截面呈矩形，并且供油槽20的敞开端与外圈外壁12的连接处设置有供油槽外倒角14，供油槽20的两侧部与供油槽20的底部的连接处均设置有供油槽内倒角15。装配好之后，润滑油通过轴承座进入到供油槽20内，并且沿圆周方向均匀分布，然后通过导油槽19分成两路，两路润滑油各自通过供油孔13流动到两个内外圈圆锥摩擦面17上进行润滑。油路整体设置为一分二的结构，能够简化轴承结构和轴承座内供油装置的结构，降低制造和维护成本。

进一步地，将供油槽20开设在外圈外壁12的中间位置，导油槽19沿轴承的轴向延伸，并且导油槽19关于供油槽20对称，即导油槽19分为长度相等的两段，两段分别位于供油槽20的两侧。当供油槽20内的润滑油进入到导油槽19内时，两段导油槽19内润滑油的流量和流速是相等的，从而确保两个内外圈圆锥摩擦面17上的润滑油量相等，进而能够保证两个轴承内圈2的运转情况相同或者相近，提高轴承运转的稳定性。

进一步地，供油孔13沿轴承外圈1的径向延伸，并且供油孔13贯通内外圈圆锥摩擦面17母线的中间位置，润滑油从供油孔13流出后能够均匀向内外圈圆锥摩擦面17的两端流动，并且供油孔13的长度最短，减少润滑油在供油孔13内的流动时间，保证润滑油油压的稳定。供油孔13的直径小于导油槽19的宽度，能够在润滑油从导油槽19进入到供油孔13时提升润滑油的油压，加速润滑油的流动速度。

在本实施例中，导油槽19设置为三个，三个导油槽19沿轴承的圆周方向均匀分布。相应的供油孔13设置为六个，六个供油孔13平均分为两组，两组供油孔13分别用于向两个内外圈圆锥摩擦面17提供润滑油。在确保能够使内外圈圆锥摩擦面17得到充足的润滑油供给的同时减少了导油槽19与供油孔13的数量，从而能够保证轴承外圈1的结构刚度，进而延长轴承的使用寿命。

为了降低轴承外圈1的加工难度，导油槽19贯通外圈外壁12，即导油槽19与供油槽20平齐，在加工时可以先加工出轴承外圈1的主体结构，然后逐次加工供油槽20、导油槽19和供油孔13。导油槽19与外圈外壁12的连接处设置有导油槽外倒角3，导油槽19与供油孔13的连接处设置有导油槽内倒角4，导油槽外倒角3和导油槽内倒角4的设置，一方面能够降低导油槽19的加工难度，另一方面能够使润滑油在导油槽19内流动时更加流畅。

随着轴承内圈2的转动，完成了对内外圈圆锥摩擦面17的润滑的润滑油会从内外圈圆锥摩擦面17的两端排出，其中从内圈大端面9排出的润滑油可以直接回收到轴承座内，但是从内圈小端面18排出的润滑油会滞留在自动补偿间隙内，难以直接回收，因此在轴承内圈2上还开设有若干个导流孔8，导流孔8贯通轴承内圈2的两端，使位于自动补偿间隙内的润滑油能够通过导流孔8从内圈大端面9排出，便于进行回收。为了减少导流孔8的长度和润滑油在导流孔8内的流动时间，导流孔8沿轴承内圈2的轴向延伸，或者导流孔8也可根据结构需要与内圈2的轴向有一定夹角。

内外圈圆锥摩擦面17的母线倾角为

，并且满足

，

的具体角度根据轴承的设计载荷、设计转速进行确认，优选为15°。

轴承外圈1的两个外圈端面16大小相等，并且外圈端面16与外圈外壁12的连接处设置有外圈外倒角11，外圈端面16与外圈内壁的连接处设置有外圈内倒角10。轴承内圈2与轴承内孔5的连接处设置有内圈内倒角6。通过这几处倒角的设置，能够便于装配。

实施例2：本实施例采用内圈供油的方式，此时，所述轴承外圈1设有两个，轴承内圈2设有一个，两个轴承外圈1的小头端相对设置，并留有宽度为2L的自动补偿间隙24，轴承外圈1小头端距离两个内外圈圆锥摩擦面17中心线的距离为L。所述轴承内圈2的内圆面设有周向延伸的供油槽20，供油槽20连通有若干条导油槽19，导油槽19的两端各连通有一个供油孔13，两个供油孔13分别开口于两个内外圈圆锥摩擦面17。

所述供油槽20设置在轴承内圈2内圆面轴向的中间位置，所述导油槽19和供油槽20十字交叉，导油槽19的远端设置供油孔13。

与实施例1的原理相同，在轴承外圈1上也需要设置导流孔8，用于引导进入补偿间隙24的润滑油流到轴承外圈1的大端面加以回收。

本实施例中，轴承内圈2外壁上也同样设置引流槽，引流槽的设置形式和作用也与实施例1相同，因此不再赘述。

本实施例中其他未详述结构可采用实施例1中相应结构的设置方式。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：包括相互配合的轴承内圈（2）和轴承外圈（1），轴承内圈（2）的内圈外壁和轴承外圈（1）的外圈内壁上均设置有固体超润滑涂层，轴承外圈（1）和轴承内圈（2）之间摩擦接触形成两个倾斜方向不同的内外圈圆锥摩擦面（17），所述轴承外圈（1）或轴承内圈（2）上开设有用于向所述内外圈圆锥摩擦面（17）提供润滑油的油路，在所述内圈外壁上还开设有用于引导润滑油在内外圈圆锥摩擦面（17）上流动的引流槽（21），所述引流槽（21）呈波浪形，引流槽（21）的波谷贯通所述轴承内圈（2）的内圈小端面（18）形成引流槽内圈小端面开口（23），引流槽（21）的波峰贯通轴承内圈（2）的内圈大端面（9）形成引流槽内圈大端面开口（22）。

2.如权利要求1所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述轴承内圈（2）设有两个，轴承外圈（1）设有一个，两个轴承内圈（2）的小头端相对设置，并留有自动补偿间隙。

3.如权利要求2所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述油路包括开设在所述轴承外圈（1）的外圈外壁（12）上的供油槽（20），且供油槽（20）沿轴承外圈（1）的圆周方向延伸，供油槽（20）连通有若干条导油槽（19），导油槽（19）的两端各连通有一个供油孔（13），两个供油孔（13）分别开口于两个所述内外圈圆锥摩擦面（17）。

4.如权利要求3所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述供油槽（20）开设在所述外圈外壁（12）的中间位置，所述导油槽（19）关于供油槽（20）对称。

5.如权利要求3所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述供油孔（13）沿所述轴承外圈（1）的径向延伸。

6.如权利要求3所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述供油孔（13）的直径小于所述导油槽（19）的宽度。

7.如权利要求6所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述导油槽（19）贯通所述外圈外壁（12），导油槽（19）与外圈外壁（12）的连接处设置有导油槽外倒角（3），导油槽（19）与所述供油孔（13）的连接处设置有导油槽内倒角（4）。

8.如权利要求2所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述轴承内圈（2）上还开设有若干个导流孔（8），导流孔（8）贯通轴承内圈（2）的两端。

9.如权利要求8所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述导流孔（8）沿轴承内圈（2）的轴向延伸。

10.如权利要求1所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述轴承外圈（1）设有两个，轴承内圈（2）设有一个，两个轴承外圈（1）的小头端相对设置，并留有自动补偿间隙（24）。

11.如权利要求10所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述油路包括开设在所述轴承内圈（2）内圆面上的供油槽（20），且供油槽（20）沿轴承内圈（2）的圆周方向延伸，供油槽（20）连通有若干条导油槽（19），导油槽（19）的两端各连通有一个供油孔（13），两个供油孔（13）分别开口于两个内外圈圆锥摩擦面（17）。

12.如权利要求1-11任一项所述的一种双向推力圆锥滑动轴承，其特征在于：所述内外圈圆锥摩擦面（17）的母线倾角为

，并且满足

。

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