CN114893496A - 基于温差楔的推力滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于温差楔的推力滑动轴承，包括运动部件和静止部件，运动部件和静止部件之间形成油膜；所述固定部件包括固定在轴承座底座上的止推盘，止推盘顶部固定有若干扇形瓦块；所述瓦块左右两侧内部分别开有制冷槽和制热槽，其中制冷槽位于进油侧，制冷槽内嵌入冷端输出导管，制热槽位于出油侧，制热槽内嵌入热端输出导管，瓦块工作面两侧通过冷端输出导管和热端输出导管形成温度场，驱使油膜从热端出油侧向冷端进油侧移动。本发明通过构造温度梯度，在镜板和瓦块表面形成稳定的油膜支撑力达到止推作用。

Description

基于温差楔的推力滑动轴承
技术领域
本发明涉及轴承设计技术领域，具体是一种基于温差楔的推力滑动轴承。
背景技术
轴承是现代高端装备制造领域核心基础零部件之一，它是承载负荷和传递运动的机械零件，在当代机械设备中有举足轻重的作用。按摩擦类型分类，轴承主要有滑动轴承和止推轴承两类；按载荷类型分类，轴承主要有向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。推力轴承也称止推轴承，是用来专门承受轴向力的轴承，一般是由两个止推垫片或更多止推垫片和若干滚动体组成，其广泛用于工作转速高、轴向支撑位置精确、轴向承受巨大冲击和振动载荷等苛刻工况。
可倾瓦推力轴承是推力轴承中应用较为广泛的一种，通常由3~5个绕支撑线自由倾斜的瓦块组成，瓦块表面的润滑油围绕支撑线倾斜摆动，其工作原理是利用界面流体动压效应形成具有一定承载力的润滑油膜，从而降低摩擦系数、减小磨损。界面流体动压效应产生需要满足三个前提条件：1）轴承两端面间必须有楔形间隙，2）轴承两端面间必须连续充满润滑油或其它有一定黏性的液体，3）轴承两端面必须有相对滑动速度，且运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。
随着我国航空航天工业的飞速发展，各类极端工况不断涌现，传统推力轴承的结构缺点不断涌现，高速、重载、振动工况下，可倾轴瓦的可靠性下降，且轴瓦偏摆会给系统带来额外的振动，此外，轴瓦的存在导致滑动轴承端面接触面积减小，承载能力下降。若能设计不依赖于倾斜界面的推力轴承，即，在完全平行的轴承两端面间构筑具有一定支撑刚度的润滑油油膜，产生等效流体动压效应；一方面可以保证推力轴承的摩擦学性能，另一方面，平行的轴承端面结构简单、承载力强，可靠性和服役寿命将大幅度提升。
基于以上思考，最近研究人员发现，构造温度场可以驱动润滑油在界面间流动且形成流体动压提供支撑力，这意味着可以通过合理设计产生温度场，形成流体动力油膜提供油膜支撑力实现止推作用，取代了瓦块的倾斜摆动。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于温差楔的推力滑动轴承，通过构造温度梯度，在镜板和瓦块表面形成稳定的油膜支撑力达到止推作用。
本发明包括运动部件和静止部件，运动部件和静止部件之间形成油膜；所述固定部件包括固定在轴承座底座上的止推盘，止推盘顶部固定有若干扇形瓦块；所述瓦块左右两侧内部分别开有制冷槽和制热槽，其中制冷槽位于进油侧，制冷槽内嵌入冷端输出导管，制热槽位于出油侧，制热槽内嵌入热端输出导管，瓦块工作面两侧通过冷端输出导管和热端输出导管形成温度场，驱使油膜从热端出油侧向冷端进油侧移动。
旋转轴带着镜板一起顺时针旋转，把油带入轴承座上的瓦块和镜板表面之间形成油膜，带入的油量和带出的量几乎相同，但是当油膜上被施加压力之后，油不仅会从出油侧被挤出，还会从进油侧被挤出，导致与未施加压力时相比，进油速度比出油速度小，进油侧油量比出油侧油量小，因此形成的油膜不能持久稳定。
此时我们构造的温度场就起到了至关重要的作用，机械系统产生的热量加热的水通过热端输入输出导管在制热槽里循环加热出油侧，低温水通过冷端输入输出导管在制冷槽里循环制冷进油侧，在瓦块工作面两侧形成了温度场，驱使油膜从热端（出油侧）向冷端（进油侧）移动，弥补了进油侧油量比出油侧油量小的问题，形成了稳定持久的的油膜提供支撑力，同时也能产生流体动压效应产生支撑力，共同承受轴承的载荷。
进一步改进，所述的轴承座底座上开有冷端输出导管槽、热端输出导管槽和输入导管槽。
进一步改进，所述的瓦块具有六个，分别通过紧定螺钉与止推盘固定连接。
进一步改进，所述的瓦块与止推盘之间留有储油槽。
进一步改进，所述的运动部件为镜板结构，镜板结构内壁开有键槽，镜板结构通过键槽和旋转轴进行配合实现旋转。
进一步改进，所述的热端输出导管热源来自于整体结构工作时产生的热量，冷端输出导管的冷源来自于半导体制冷原件。
本发明有益效果在于：
1、拟利用系统运行产生的热量或直接引入热源，半导体制冷原件引入冷源，在推力轴承端面构造可控的温度场，利用温度差驱动轴承两端面间润滑油由热端向冷端移动，形成具有一定刚度的流体油膜，从而为推力滑动轴承提供可控支撑力。
2、结构简单、承载力强，可靠性和服役寿命将大幅度提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为热驱动原理图。
图2为实验现象图。
图3为轴承座结构主视图。
图4为轴承座结构立体图。
图5为镜板结构主视图。
图6为镜板结构立体图。
图7为瓦块结构主视图。
图8为瓦块结构主视图。
图中，1-瓦块；2-紧定螺钉；3-储油槽；4-止推盘外壁；5-止推盘内壁；6-紧定螺钉；7-输入导管槽；8-冷端输出导管；9-热端输出导管；10-热端输出导管槽；11-冷端输出导管槽；12-轴承座底座；13-输入导管；14-镜板外壁；15-镜板内壁；16-键槽；17-进油侧边缘；18- 制热槽；19-瓦块内径侧边缘；20-制冷槽；21-出油侧边缘；22-瓦块工作面；23-瓦块外径侧边缘。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，润滑油在两平行平板表面形成液桥，当上板施加相对速度时，会带着上板表面附近的液体一起运动，此时的液桥界面面积逐渐增大，极不稳定，这时候如果在外部施加一个温度场，促使润滑油向与上表面相反的方向运动，当温度场温差合适时，就能抵消掉上板运动造成的界面面积增大，然后形成稳定的油膜，同时提供支撑力。图1是实验现象图，从图中可以看出，润滑油在两平行平板间形成的液桥在温度梯度作用下会从温度高的区域向温度低的区域缓慢移动形成流体动压。
基于此原理，可舍弃传统可倾瓦滑动推力轴承刚性支承结构。整个推力滑动轴承工作区域由静止的轴承座结构与旋转的镜板结构组成，油膜形成于两者之间，将瓦块固定在止推盘的外壁侧，同时将瓦块左右两侧打上通孔，分别与热端管道和冷端管道相连，拟利用系统运行产生的热量或直接引入热源，半导体制冷原件引入冷源，形成一套加热制冷系统，使得瓦块工作面与镜板间表面形成油膜压力/支撑力。
本发明包括运动部件和静止部件，运动部件和静止部件之间形成油膜。
所述固定部件如图3和图4所示，包括瓦块1、紧定螺钉2、储油槽3、止推盘外壁4、止推盘内壁5、紧固螺钉6、输入导管槽7、冷端输出导管8、热端输出导管9、热端输出导管槽10、冷端输出导管槽11、轴承座底座12、输入导管13。六个瓦块1通过紧定螺钉2固定在静止部件外壁上，冷端输出导管8、热端输出导管9和输入导管13嵌入静止部件推力盘壁面里，然后分别安装在轴承座底座12上的冷端输出导管槽11、热端输出导管槽10和输入导管槽7处，底座通过紧固螺钉6固定在箱体上。
所述静止部件为镜板结构，如图5和图6所示，包括镜板外壁14、镜板内壁15和键槽16，镜板结构内壁开有键槽，镜板结构通过键槽和旋转轴进行配合实现旋转。
所述瓦块如图7和图8所示，包括进油侧边缘17、制热槽18、瓦块内径侧边缘19、制冷槽20、出油侧边缘21、瓦块工作面22、瓦块外径侧边缘23。瓦块左右两侧内部分别开有制冷槽和制热槽，其中制冷槽位于进油侧，制冷槽内嵌入冷端输出导管，制热槽位于出油侧，制热槽内嵌入热端输出导管，瓦块工作面两侧通过冷端输出导管和热端输出导管形成温度场，驱使油膜从热端出油侧向冷端进油侧移动。
旋转轴带着镜板一起顺时针旋转，把油带入轴承座上的瓦块和镜板表面之间形成油膜，带入的油量和带出的量几乎相同，但是当油膜上被施加压力之后，油不仅会从出油侧被挤出，还会从进油侧被挤出，导致与未施加压力时相比，进油速度比出油速度小，进油侧油量比出油侧油量小，因此形成的油膜不能持久稳定。
此时我们构造的温度场就起到了至关重要的作用，机械系统产生的热量加热的水通过热端输入输出导管在制热槽里循环加热出油侧，低温水通过冷端输入输出导管在制冷槽里循环制冷进油侧，在瓦块工作面两侧形成了温度场，驱使油膜从热端（出油侧）向冷端（进油侧）移动，弥补了进油侧油量比出油侧油量小的问题，形成了稳定持久的的油膜提供支撑力，同时也能产生流体动压效应产生支撑力，共同承受轴承的载荷。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于温差楔的推力滑动轴承，其特征在于：包括运动部件和静止部件，运动部件和静止部件之间形成油膜；所述固定部件包括固定在轴承座底座上的止推盘，止推盘顶部固定有若干扇形瓦块；所述瓦块左右两侧内部分别开有制冷槽和制热槽，其中制冷槽位于进油侧，制冷槽内嵌入冷端输出导管，制热槽位于出油侧，制热槽内嵌入热端输出导管，瓦块工作面两侧通过冷端输出导管和热端输出导管形成温度场，驱使油膜从热端出油侧向冷端进油侧移动。
2.根据权利要求1所述的基于温差楔的推力滑动轴承，其特征在于：所述的轴承座底座上开有冷端输出导管槽、热端输出导管槽和输入导管槽。
3.根据权利要求1所述的基于温差楔的推力滑动轴承，其特征在于：所述的瓦块具有六个，分别通过紧定螺钉与止推盘固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于温差楔的推力滑动轴承，其特征在于：所述的瓦块与止推盘之间留有储油槽。
5.根据权利要求1所述的基于温差楔的推力滑动轴承，其特征在于：所述的运动部件为镜板结构，镜板结构内壁开有键槽，镜板结构通过键槽和旋转轴进行配合实现旋转。
6.根据权利要求1所述的基于温差楔的推力滑动轴承，其特征在于：所述的热端输出导管热源来自于整体结构工作时产生的热量，冷端输出导管的冷源来自于半导体制冷原件。
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