CN115182927B - 一种自适应工况滑动轴承、齿轮箱以及选用方法 - Google Patents

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Abstract

一种自适应工况滑动轴承、齿轮箱以及选用方法，该轴承包括用于支撑转子的轴瓦和设置在轴瓦两端的侧面端盖，且转子与轴瓦之间形成间隙，轴瓦包括上轴瓦和下轴瓦，轴瓦的外壁设置有滚动轴承，且在转子转动时，依靠油膜的摩擦力带动轴瓦转动，通过在轴瓦的外壁设置有滚动轴承，在转子转动时，依靠油膜的摩擦力带动轴瓦转动从而减小转子与轴瓦内壁的摩擦，改变轴瓦的曲率半径，使轴瓦与转子表面易形成收敛间隙，当转子转动时润滑油更易形成动压油膜，根据转速和工况的变化，通过弹力件调整滑动轴承的圆周旋转量，形成适宜阻尼系数，以减少滑动轴承与转子间的摩擦与磨损。

Description

一种自适应工况滑动轴承、齿轮箱以及选用方法
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种自适应工况滑动轴承、齿轮箱以及选用方法。
背景技术
转子系统从启动到额定工况，存在多个工况，由于在低速和高速时传递的功率不同，轴承受力方向与大小也是不同的。但现有的轴承轴瓦其内瓦曲率半径和预负荷是固定不变的，不能很好的适应多工况系统，在系统工况发生改变时不能提供足够的油膜力，会造成转子与轴瓦内表面的直接接触，进而会因摩擦、磨损造成系统能量损失及对轴承表面的损伤，严重时将导致机组停机检查造成重大经济损失。
发明内容
本发明的目的是为解决现有轴瓦因其内瓦曲率固定不变，导致在系统工况发生改变时不能提供足够的油膜力，造成转子与轴瓦内表面的摩擦严重的问题，提供一种自适应工况滑动轴承、齿轮箱以及选用方法。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种自适应工况滑动轴承，包括用于支撑转子的轴瓦和设置在轴瓦两端的侧面端盖，且转子与轴瓦之间形成间隙，轴瓦包括上轴瓦和下轴瓦，所述轴瓦的外壁设置有滚动轴承，且在转子转动时，依靠油膜的摩擦力带动轴瓦转动；上轴瓦内侧壁的曲率半径和下轴瓦内侧壁的曲率半径均沿转子的转动方向逐渐减小，从而使间隙形成收敛，并在上轴瓦和下轴瓦拼接处形成两处凸起。
作为本发明一种自适应工况滑动轴承的进一步优化，所述轴瓦上开设有油槽以及供润滑油注入油槽的油孔，油槽内的润滑油由轴瓦曲率半径最大处流入间隙，由轴瓦曲率半径最小处流出间隙。
作为本发明一种自适应工况滑动轴承的进一步优化，所述间隙的最大值为转子半径的千分之三，间隙的最小值为转子半径的千分之一。
作为本发明一种自适应工况滑动轴承的进一步优化，所述滚动轴承为球轴承或滚子轴承。
一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱，包括齿轮箱本体，齿轮箱本体上设有上述一种自适应工况滑动轴承，且滚动轴承的外圈与齿轮箱本体连接。
作为本发明一种自适应工况滑动轴承的进一步优化，位于齿轮箱本体外的侧面端盖的外端面沿其圆周方向等距设有多个弹力件，弹力件的自由端与齿轮箱本体连接。
作为本发明一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱的进一步优化，所述侧面端盖的周侧设有限定轴瓦转动角度的定位销，齿轮箱本体上开设有与定位销配合的圆周槽。
作为本发明一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱的进一步优化，所述弹力件为调节弹簧，弹力件的一端通过螺钉固定在侧面端盖上，弹力件的另一端通过螺钉固定在齿轮箱本体上。
一种上述弹力件的选择方法，包括以下步骤：
根据轴瓦内表面的径向截面曲线计算求解轴承润滑雷诺方程，得到在不同转速和工况下滑动轴承的周向分力；
由牛顿第二定律得到轴瓦切向转动量，滑动轴承旋转产生的动压油膜在周向上的分力等于弹力件的弹力；
根据胡克定律得到弹力件伸长量和轴瓦的旋转角度，从而选择适当的弹力件，为转子提供适宜的阻尼系数。
本发明具有以下有益效果：
在轴瓦的外壁设置有滚动轴承，在转子转动时，依靠油膜的摩擦力带动轴瓦转动从而减小转子与轴瓦内壁的摩擦；
改变轴瓦的曲率半径，使轴瓦与转子表面易形成收敛间隙，当转子转动时，润滑油更易形成动压油膜；
根据转速和工况的变化，通过弹力件调整滑动轴承的圆周旋转量，形成适宜阻尼系数，以减少滑动轴承与转子间的摩擦与磨损，延长滑动轴承寿命，提高系统的稳定性与可靠性。
附图说明
图1为滑动轴承的结构示意图；
图2为滑动轴承连接结构示意图；
图3为滑动轴承内部结构示意图；
附图标记：1、滚动轴承，2、侧面端盖，3、轴瓦，4、弹力件，5、定位销，6、转子，7、间隙。
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。
实施例1
如图1-2所示，一种自适应工况滑动轴承，包括用于支撑转子6的轴瓦3和设置在轴瓦3两端的侧面端盖2，且转子6与轴瓦3之间形成间隙7，轴瓦3包括上轴瓦和下轴瓦，轴瓦3的外壁设置有滚动轴承1，且在转子6转动时，依靠油膜的摩擦力带动轴瓦3转动，通过在轴瓦3的外壁设置有滚动轴承1，在转子6转动时，转子6依靠油膜的摩擦力带动轴瓦3转动，从而减小转子6与轴瓦3内壁的摩擦。
上轴瓦内侧壁的曲率半径和下轴瓦内侧壁的曲率半径均沿转子6的转动方向逐渐减小，从而使间隙7形成收敛，并在上轴瓦和下轴瓦拼接处形成两处凸起，且凸起不高于10μm，通过改变轴瓦3的曲率半径，使轴瓦3与转子6之间的间隙7形成收敛，当转子6转动时润滑油更易形成动压油膜。
轴瓦3上开设有油槽以及供润滑油注入油槽的油孔，油槽内的部分润滑油由轴瓦3曲率半径最大处流入间隙7，由轴瓦3曲率半径最小处流出。当转子6转动时，润滑油在轴瓦3与转子6之间的间隙7中更易形成动压油膜，动压油膜由间隙7最大处产生，间隙7最小处结束，润滑油从轴承两侧排出。
滚动轴承1套设在轴瓦3的周侧，轴瓦3能沿自身周向转动，同时轴瓦3的两端端面设有侧面端盖，滚动轴承1的类型可以根据滑动轴承承受大小选择球轴承或滚子轴承。
间隙7与转子6半径的比值由转子转速确定，转子6在高速转动下，间隙7越小，转子6在低速转动下，间隙7越大，间隙7的最大值为转子6半径的千分之三，间隙7的最小值为转子6半径的千分之一。
实施例2
一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱，包括齿轮箱本体，齿轮箱本体上设有实施例1中的一种自适应工况滑动轴承，滚动轴承1的外圈固定在齿轮箱本体的轴承座上，齿轮箱本体与滑动轴承配合处开设有进油口，润滑油通过进油口进入轴瓦3的油槽内，轴瓦3与转轴6之间的间隙7中，在转子7转动的过程中形成动压油膜。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例2相同，改进点在于：
如图2所示,滑动轴承外端的侧面端盖2沿其圆周方向等距设有多个弹力件4，弹力件4的自由端与齿轮箱本体连接，弹力件4均匀分布，在转子6停止转动的的情况下，弹力件4呈竖直状态或朝转子6转动方向倾斜状态。
当转子6在轴瓦3内转动时，轴瓦3内形成动压油膜，动压油膜存在周向分力，轴瓦3与齿轮箱本体之间的弹力件4的弹力能抵消周向分力，使轴瓦3在不同工况下受载力的方向始终位于轴瓦3最佳圆周位置，为转子系统提供适宜阻尼系数，提高系统的稳定性与可靠性。
弹力件4可以选择采用调节弹簧，也可采用类似调节弹簧的部件，通过调节弹簧的弹力抵消周向分力。
调节弹簧便于安装，通过在侧面端盖2以及齿轮箱本体开设螺纹孔，螺钉与螺纹孔的配合将调节弹簧的一端通过螺钉固定在侧面端盖2上，调节弹簧的另一端通过螺钉固定在齿轮箱本体上。
根据滑动轴承在不同工况下所受载荷的大小与方向，选用不同刚度的弹力件4，能够改变滑动轴承在不同工况下的圆周转动量即载荷在滑动轴承上的圆周角度，形成适宜的阻尼系数，以减少滑动轴承与转子间的摩擦与磨损，延长轴承寿命，提高系统的稳定性与可靠性。
弹力件4的选择方法，包括以下步骤：
1)根据轴瓦3内表面的径向截面曲线计算求解滑动轴承润滑雷诺方程，得到在不同转速和工况下滑动轴承的周向分力；
2)由牛顿第二定律得到轴瓦3切向转动量，滑动轴承旋转产生的动压油膜在周向上的分力等于弹力件4的弹力；
3)根据胡克定律得到弹力件4伸长量和轴瓦3的旋转角度，从而选择适当的弹力件4，为转子6提供适宜的阻尼系数。
实施例4
本实施例是在实施例3的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例3相同，改进点在于：
如图2所示,在侧面端盖2的周侧设有限定轴瓦3转动角度的定位销5，齿轮箱本体上开设有与定位销5配合的圆周槽。齿轮箱本体上与定位销5配合的圆周槽限制轴瓦3的最大周向转动角度，防止在设备启动的时候，由于轴瓦3与转子6之间未形成动压油膜，导致转子6与轴瓦3的静摩擦力带动轴瓦3整周旋转。
本发明主要解决现有轴瓦因其内瓦曲率固定不变，导致在系统工况发生改变时不能提供足够的动压油膜，造成转子与轴瓦内表面的直接摩擦的问题，提供一种自适应工况滑动轴承、齿轮箱以及选用方法，在轴瓦3的外壁设置有滚动轴承1，在转子6转动时，转子6依靠油膜的摩擦力带动轴瓦3转动，从而减小转子6与轴瓦3内壁的摩擦，同时改变轴瓦3的曲率半径，使轴瓦3与转子7表面易形成间隙7，当转子7转动时润滑油更易形成动压油膜，再通过弹力件4调整轴瓦3的圆周旋转量，形成适宜的阻尼系数，以减少轴瓦3与转子7间的摩擦与磨损，延长滑动轴承寿命，提高系统的稳定性与可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内作出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种自适应工况滑动轴承，包括用于支撑转子（6）的轴瓦（3）和设置在轴瓦（3）两端的侧面端盖（2），且转子（6）与轴瓦（3）之间形成间隙（7），轴瓦（3）包括上轴瓦和下轴瓦，其特征在于：所述轴瓦（3）的外壁设置有滚动轴承（1），且在转子（6）转动时，依靠油膜的摩擦力带动轴瓦（3）转动；上轴瓦内侧壁的曲率半径和下轴瓦内侧壁的曲率半径均沿转子（6）的转动方向逐渐减小，从而使间隙（7）形成收敛，并在上轴瓦和下轴瓦拼接处形成两处凸起。
2.根据权利要求1所述一种自适应工况滑动轴承,其特征在于：所述轴瓦（3）上开设有油槽以及供润滑油注入油槽的油孔，油槽内的润滑油由轴瓦（3）曲率半径最大处流入间隙（7），由轴瓦（3）曲率半径最小处流出间隙（7）。
3.根据权利要求1所述一种自适应工况滑动轴承,其特征在于：所述间隙（7）的最大值为转子（6）半径的千分之三，间隙（7）的最小值为转子（6）半径的千分之一。
4.根据权利要求1所述一种自适应工况滑动轴承,其特征在于：所述滚动轴承（1）为球轴承或滚子轴承。
5.一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱，包括齿轮箱本体，其特征在于：齿轮箱本体上设有如权利要求1-4任一项所述的自适应工况滑动轴承，且滚动轴承（1）的外圈与齿轮箱本体连接。
6.根据权利要求5所述一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱，其特征在于：所述滑动轴承外端的侧面端盖（2）沿其圆周方向等距设有多个弹力件（4），弹力件（4）的自由端与齿轮箱本体连接。
7.根据权利要求5所述一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱，其特征在于：所述侧面端盖（2）的周侧设有限定轴瓦（3）转动角度的定位销（5），齿轮箱本体上开设有与定位销（5）配合的圆周槽。
8.根据权利要求6所述一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱,其特征在于：所述弹力件（4）为调节弹簧，弹力件（4）的一端通过螺钉固定在侧面端盖（2）上，弹力件（4）的另一端通过螺钉固定在齿轮箱本体上。
9.一种根据权利要求6或8所述一种具有自适应工况滑动轴承的齿轮箱中所述弹力件的选择方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）根据轴瓦（3）内表面的径向截面曲线计算求解轴承润滑雷诺方程，得到在不同转速和工况下轴承的周向分力；
2）由牛顿第二定律得到轴瓦（3）切向转动量，轴承旋转产生的油膜力在周向上的分力等于弹力件（4）的弹力；
3）根据胡克定律得到弹力件（4）伸长量和轴瓦（3）的旋转角度，从而选择适当的弹力件（4），为转子（6）提供适宜的阻尼系数。
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