CN115388086B - 一种自主调控润滑流场高效润滑轴承 - Google Patents

一种自主调控润滑流场高效润滑轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自主调控润滑流场高效润滑轴承,包括自主调控外圈,自主调控外圈内部设置有内圈,自主调控外圈内侧与内圈外侧之间设置有流场控制机构;流场控制机构包括自主调控保持架,自主调控保持架开设有若干兜孔,每个兜孔内均滚动设置有球,球与自主调控外圈内侧、内圈外侧滚动接触,自主调控保持架一端设置有若干导流部,自主调控保持架另一端外侧设置有若干散热部,内侧设置有若干出口下翼,自主调控保持架内侧中部设置有若干回流部,每个回流部位于两个兜孔之间;自主调控外圈内侧壁周向固定连接有若干流体调控鳍。本发明能够破除高转速轴承所带来的气流气帘效应,主动调节轴承腔内的润滑流场,具有高效润滑,低温升,长寿命等优点。

Description

一种自主调控润滑流场高效润滑轴承
技术领域
本发明属于轴承技术领域,特别是涉及一种自主调控润滑流场高效润滑轴承。
背景技术
高转速性能是决定一个国家重大装备水平的重要指标。在汽车驱动领域,高转速电传动逐渐成为主流,电传动用传动装置的输入转速即电机转速突破了14000r/min,且转速还在不断提高。航空发动机、高速铁路、电动汽车等重大装备的核心部件轴承,其高转速性能的高要求远不同于一般轴承,高转速将直接引起轴承发热量增大,温升加剧,散热能耗增加。要解决高转速轴承散热问题,一般通过改变润滑介质、冷却方式等手段来实现。然而,当轴承转速达到特定值时,如航空轴承的DN值已经达到2×106-3.5×106,DN值在3.6×106时,轴承内部流场气流的马赫数最高达到了1.5,平均最高为0.5。轴承内部亚音速和跨音速气流气帘效应直接影响润滑介质流动状态,导致润滑介质难以进入轴承内部,甚至造成传统轴承散热手段失效,迫切需要发展利用轴承本体的散热手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种自主调控润滑流场高效润滑轴承,解决高转速轴承在高转速工况时,轴承旋转部件引起的气流气帘效应,从而导致润滑油液难以进入到轴承腔内的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:一种自主调控润滑流场高效润滑轴承,包括自主调控外圈,所述自主调控外圈内部设置有内圈,所述自主调控外圈内侧与所述内圈外侧之间设置有流场控制机构;
所述流场控制机构包括自主调控保持架,所述自主调控保持架开设有若干兜孔,每个所述兜孔内均滚动设置有球,所述球与所述自主调控外圈内侧、所述内圈外侧滚动接触,所述自主调控保持架一端设置有若干导流部,所述自主调控保持架另一端外侧设置有若干散热部,所述自主调控保持架另一端内侧设置有若干出口下翼,所述自主调控保持架内侧中部设置有若干回流部,每个所述回流部位于两个所述兜孔之间;
所述自主调控外圈内侧壁周向固定连接有若干流体调控鳍。
优选的,所述导流部包括进口上翼、进口下翼,所述进口上翼固定在所述自主调控保持架外侧,所述进口下翼固定在所述自主调控保持架内侧,所述进口上翼与所述进口下翼均倾斜设置且与所述自主调控保持架的轴线形成锐角夹角。
优选的,所述进口上翼与所述自主调控保持架的轴线形成的锐角为60°,所述进口上翼长度为所述球直径的1/5,所述进口上翼宽度为所述球直径的1/25,所述进口上翼高度为所述球直径的1/3,所述进口上翼顶端与所述自主调控外圈内侧壁之间的距离为1mm。
优选的,所述进口下翼与所述自主调控保持架的轴线形成的锐角为60°,所述进口下翼长度为所述球直径的1/5,所述进口下翼宽度为所述球直径的1/25,所述进口下翼高度为所述球直径的3/25。
优选的,所述回流部包括回流梯,所述回流梯位于两个所述兜孔之间,所述回流梯的两侧面为相互平行的平面,所述回流梯与喷嘴相对的面为圆弧面,所述回流梯另一面为与所述自主调控保持架轴线相垂直的平面,所述圆弧面的曲率半径与所述球的曲率半径相同,所述回流梯宽度小于两个相邻的所述兜孔之间的间距,所述回流梯高度为所述自主调控保持架内侧与所述内圈外侧之间距离的1/2,所述圆弧面的低端起点与所述自主调控保持架内侧壁中心位置重合,所述回流梯长度为所述球直径的1/2。
优选的,所述散热部包括散热渠,所述散热渠与所述自主调控保持架轴线平行,所述散热渠长度为所述球直径的3/25,所述散热渠宽度为所述球直径的2/25,所述散热渠深度为所述球直径的1/25,所述散热渠数量为所述球数量的2倍,所述散热渠等间隔分布在所述自主调控保持架外侧壁。
优选的,所述出口下翼倾斜设置且与所述自主调控保持架的轴线形成60°的锐角夹角,所述出口下翼长度为所述球直径的1/5,所述出口下翼宽度为所述球直径的1/25,所述出口下翼高度为所述球直径的3/25。
本发明具有如下技术效果:
1、采用自主调控保持架的导流部、散热部、出口下翼以及回流部结构,破除高转速轴承的气流气障效应,增加轴承腔内的空气的进气量,调控轴承腔内的润滑油液流动,使轴承高温区域得到良好的润滑,降低轴承本体温度。
2、自主调控外圈与自主调控保持架相互作用,调控进入到轴承腔内空气的流动,使润滑油液流向球与滚道接触高温区,带走轴承的热量,同时,加快轴承空气和流体在轴向的速度。增加轴承的润滑效果,降低轴承温度,提高轴承的使用寿命。
3、具有自主调控润滑流场作用,高效润滑性能,轴承温升低,长寿命和高可靠性等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,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他的附图。
图1为本发明装配图主视图;
图2为本发明装配图剖面视图;
图3为本发明自主调控保持架结构示意图;
图4为本发明自主调控外圈结构示意图;
图5为本发明实施例二装配图主视图;
图6为本发明实施例二装配图剖面视图;
图7为本发明实施例二自主调控保持架结构示意图。
其中,1、自主调控外圈;2、球;3、自主调控保持架;4、内圈;5、喷嘴;6、进口上翼;7、进口下翼;8、回流梯;9、出口下翼;10、散热渠;11、出口上翼;12、流体调控鳍。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一:
本实施例的自主调控保持架3为自主调控外圈1引导方式。
参照图1-4,本发明公开一种自主调控润滑流场高效润滑轴承,包括自主调控外圈1,自主调控外圈1内部设置有内圈4,自主调控外圈1内侧与内圈4外侧之间设置有流场控制机构;
流场控制机构包括自主调控保持架3,自主调控保持架3开设有若干兜孔,每个兜孔内均滚动设置有球2,球2与自主调控外圈1内侧、内圈4外侧滚动接触,自主调控保持架3一端设置有若干导流部,自主调控保持架3另一端外侧设置有若干散热部,自主调控保持架3另一端内侧设置有若干出口下翼9,自主调控保持架3内侧中部设置有若干回流部,每个回流部位于两个兜孔之间;
自主调控外圈1内侧壁周向固定连接有若干流体调控鳍12。
自主调控保持架3适用于深沟球轴承、角接触球轴承。
进一步优化方案,导流部包括进口上翼6、进口下翼7,进口上翼6固定在自主调控保持架3外侧,进口下翼7固定在自主调控保持架3内侧,进口上翼6与进口下翼7均倾斜设置且与自主调控保持架3的轴线形成锐角夹角。
进一步优化方案,进口上翼6与自主调控保持架3的轴线形成的锐角为60°,进口上翼6长度为球2直径的1/5,进口上翼6宽度为球2直径的1/25,进口上翼6高度为球2直径的1/3,进口上翼6顶端与自主调控外圈1内侧壁之间的距离为1mm。
进口上翼6主要作用是当轴承运转时,在轴承腔内形成负压,使更多空气流入轴承腔内,破除高转速轴承在轴承腔内形成的气流气障效应,使润滑油可以顺利进入到轴承腔内进行润滑,增强轴承在高转速工况下的润滑,提高轴承的散热能力,降低轴承本体工作温度。
当空气通过进口上翼6加速后,自主调控外圈1的流体调控鳍12结构可以提高气体在轴承腔内的轴向速度,增加轴承腔内的润滑散热效果,调节气体与润滑油液的相互作用,使润滑油液进入到球2与自主调控外圈1之间的接触区域,增加润滑,带走球2与自主调控外圈1之间的热量。
进口上翼6的高度可以根据自主调控外圈1内侧壁与自主调控保持架3外侧壁之间的距离进行调整,当轴承的极限转速较大时,轴承腔内形成的气流气帘效应较强,此时,可适当增大锐角的角度,增加进口上翼6长度,这样会使轴承腔内形成的负压更大,可进一步破除轴承腔内的气流气帘效应,使更多的气体进入到轴承腔内,使润滑油液更容易进入轴承腔。
进一步优化方案,进口下翼7与自主调控保持架3的轴线形成的锐角为60°,进口下翼7长度为球2直径的1/5,进口下翼7宽度为球2直径的1/25,进口下翼7高度为球2直径的3/25。
当轴承润滑方式为喷油润滑,且喷嘴5朝向内圈4与自主调控保持架3之间时,进口下翼7具体高度需根据喷嘴5直径来确定,一般为自主调控保持架3内侧与内圈4外侧之间的距离减去喷嘴5直径的1.2倍。
例如当球2的直径为12.5mm,进口下翼7的宽度为0.5mm,高度约为4.5mm,长度为2.5mm。当轴承的极限转速较大时,由于轴承腔内的润滑油液受到的离心力较大,使得球2与内圈4之间的润滑油液较少,导致轴承温升。进口下翼7具有引导润滑油液进入球2与内圈4之间的接触区的作用,因此,可适当增加进口下翼7的长度,使润滑油液更多的流向球2与内圈4之间,降低轴承的温度。同样的,可适当增大进口下翼7与轴线之间形成锐角的角度,使更多的气体进入到轴承腔内,使润滑油液更容易进入轴承腔。
进一步优化方案,回流部包括回流梯8,回流梯8位于两个兜孔之间,回流梯8的两侧面为相互平行的平面,回流梯8与喷嘴5相对的面为圆弧面,回流梯8另一面为与自主调控保持架3轴线相垂直的平面,圆弧面的曲率半径与球2的曲率半径相同,回流梯8宽度小于两个相邻的兜孔之间的间距,回流梯8高度为自主调控保持架3内侧与内圈4外侧之间距离的1/2,圆弧面的低端起点与自主调控保持架3内侧壁中心位置重合,回流梯8长度为球2直径的1/2。
圆弧面可将受到离心力作用而飞溅的油液回流到轴承内圈4滚道,调控轴承腔内润滑流场,使轴承在高转速工况下球2与内圈4之间具有良好的润滑。
进口下翼7使更多空气进入到轴承腔内,空气与润滑油液相互作用,在回流梯8结构的引导下,使油液返回到球2与内圈4滚道内。解决当轴承在高转速工况下,由于离心力的作用,使润滑油液流向自主调控外圈1,导致的轴承内圈4润滑油液较少,进一步引起轴承温升增大问题。
当轴承的极限转速较大时,由于油液受到的离心力较大,球2与内圈4之间的润滑油液较少,因此,可适当增加回流梯8的高度,进一步将润滑油液引流到球2与内圈4之间接触的区域。同时,可适当减小回流梯8圆弧面的曲率半径,减缓圆弧面的坡度,降低油液动能的损耗。回流梯8可将进入到轴承腔内的油液,受到离心力后,通过回流梯8的圆弧面再引流到球2与内圈4之间的滚道接触区,调控轴承腔内润滑油液的流场。防止由于轴承在高转速工况下,球2与内圈4之间润滑油液较小,导致的轴承温升增大问题。提高轴承的润滑效果,降低轴承的温度。
进一步优化方案,散热部包括散热渠10,散热渠10与自主调控保持架3轴线平行,散热渠10长度为球2直径的3/25,散热渠10宽度为球2直径的2/25,散热渠10深度为球2直径的1/25,散热渠10数量为球2数量的2倍,散热渠10等间隔分布在自主调控保持架3外侧壁。
当轴承腔内的润滑油液流出轴承腔时,流经散热渠10,散热渠10内具有不断流动的润滑油液。使自主调控保持架3靠近出油端上侧与自主调控外圈1引导面之间具有一定的润滑油液。降低自主调控保持架3靠近出油端上侧与自主调控外圈1引导面之间的温度。起到降低轴承温度作用。当轴承极限转速较大时,自主调控保持架3靠近出油端上侧与自主调控外圈1引导面之间的热量增大。可适当增加散热渠10的宽度、长度,或者适当增加散热渠10的数量,提高散热效果,降低温度。
进一步优化方案,出口下翼9倾斜设置且与自主调控保持架3的轴线形成60°的锐角夹角,出口下翼9长度为球2直径的1/5,出口下翼9宽度为球2直径的1/25,出口下翼9高度为球2直径的3/25。
出口下翼9除了具有加速轴承腔内空气的流速的相同作用外,其还具有将在轴承腔内自主调控保持架3内侧与自主调控内圈4之间经过润滑后的高温空气和润滑油液主动引导到轴承腔外,起到加快轴承腔内散热的效果,降低轴承温度。当轴承的极限转速较大时,可适当增大出口下翼9与轴线之间形成锐角的角度,使轴承腔内的更多高温流体快速的流到轴承腔外,降低轴承温度。
自主调控外圈1除了和普通外圈具有球2滚道外,还具流体调控鳍12结构。当轴承为内圈旋转,外圈静止时,其流体调控鳍12结构与进口上翼6结构共同调控轴承腔内空气与润滑油液的流动,使其进入到球2与滚道接触高温区域,同时使轴承腔内的空气和润滑油液的轴向速度增大,使轴承得到更好的散热效果,提高轴承的使用寿命。
实施例二:
本实施例的自主调控保持架3为球2引导方式。
参照图5-7,本实施例与实施例一的区别仅在于,散热部包括出口上翼11,出口上翼11与自主调控保持架3的轴线形成的角度与进口上翼6与自主调控保持架3的轴线所形成的角度相同。出口上翼11的宽度与进口上翼6的宽度相同,出口上翼11的高度为球的3/25,出口上翼11的长度与进口上翼6的长度相同,例如当球2的直径为12.5mm,出口上翼11的宽度为0.5mm,高度约为1.5mm,长度为2.5mm。其主要作用是当轴承高转速运转时,加速轴承腔内空气的流速,使空气主动与润滑油液相互作用,主要将在轴承腔内自主调控保持架3外侧与自主调控外圈1之间经过润滑后的高温空气和润滑油液主动引导到轴承腔外,起到加快轴承腔内散热的效果,降低轴承温度。当轴承的极限转速较大时,可适当增大出口上翼11与轴线之间形成锐角的角度,使轴承腔内的更多高温流体快速的流到轴承腔外,降低轴承温度。
本申请的自主调控润滑流场高效润滑轴承适用于自主调控保持架3引导方式为外圈引导方式和球引导方式。当自主调控保持架3引导方式为外圈引导方式,自主调控保持架3由进口上翼6、进口下翼7、散热渠10、出口下翼9、回流梯8结构组成。散热渠10可以降低自主调控保持架3靠近出油端与自主调控外圈1之间的温度,起到散热的作用。当保持架引导方式为球引导方式时,自主调控保持架3由进口上翼6、进口下翼7、出口上翼11、出口下翼9、回流梯8结构组成。通过与自主调控外圈1具有流体调控鳍12结构的相互作用。使更多的空气进入到轴承腔内,且加速轴承腔内流体的轴向速度,同时,可将润滑油液进行自主调控,引流到球2与内圈4和自主调控外圈1的接触区域。除此之外,进口上翼6和进口下翼7可以使经过润滑后的高温流体快速的离开轴承腔内,起到加速散热的效果。
综述,该轴承能够主动调节轴承腔内润滑流场,具有主动散热,高效润滑,温升低等优点,有效解决了轴承在高转速工况下的气流气帘效应问题,使轴承在高转速工况下得到充分润滑,提高轴承的使用寿命。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种自主调控润滑流场高效润滑轴承,其特征在于,包括自主调控外圈(1),所述自主调控外圈(1)内部设置有内圈(4),所述自主调控外圈(1)内侧与所述内圈(4)外侧之间设置有流场控制机构;所述流场控制机构包括自主调控保持架(3),所述自主调控保持架(3)开设有若干兜孔,每个所述兜孔内均滚动设置有球(2),所述球(2)与所述自主调控外圈(1)内侧、所述内圈(4)外侧滚动接触,所述自主调控保持架(3)一端设置有若干导流部,所述自主调控保持架(3)另一端外侧设置有若干散热部,所述自主调控保持架(3)另一端内侧设置有若干出口下翼(9),所述自主调控保持架(3)内侧中部设置有若干回流部,每个所述回流部位于两个所述兜孔之间;所述自主调控外圈(1)内侧壁周向固定连接有若干流体调控鳍(12);
所述导流部包括进口上翼(6)、进口下翼(7),所述进口上翼(6)固定在所述自主调控保持架(3)外侧,所述进口下翼(7)固定在所述自主调控保持架(3)内侧,所述进口上翼(6)与所述进口下翼(7)均倾斜设置且与所述自主调控保持架(3)的轴线形成锐角夹角;
所述进口上翼(6)与所述自主调控保持架(3)的轴线形成的锐角为60°,所述进口上翼(6)长度为所述球(2)直径的1/5,所述进口上翼(6)宽度为所述球(2)直径的1/25,所述进口上翼(6)高度为所述球(2)直径的1/3,所述进口上翼(6)顶端与所述自主调控外圈(1)内侧壁之间的距离为1mm;
所述进口下翼(7)与所述自主调控保持架(3)的轴线形成的锐角为60°,所述进口下翼(7)长度为所述球(2)直径的1/5,所述进口下翼(7)宽度为所述球(2)直径的1/25,所述进口下翼(7)高度为所述球(2)直径的3/25;
所述回流部包括回流梯(8),所述回流梯(8)位于两个所述兜孔之间,所述回流梯(8)的两侧面为相互平行的平面,所述回流梯(8)与喷嘴(5)相对的面为圆弧面,所述回流梯(8)另一面为与所述自主调控保持架(3)轴线相垂直的平面,所述圆弧面的曲率半径与所述球(2)的曲率半径相同,所述回流梯(8)宽度小于两个相邻的所述兜孔之间的间距,所述回流梯(8)高度为所述自主调控保持架(3)内侧与所述内圈(4)外侧之间距离的1/2,所述圆弧面的低端起点与所述自主调控保持架(3)内侧壁中心位置重合,所述回流梯(8)长度为所述球(2)直径的1/2。
2.根据权利要求1所述的一种自主调控润滑流场高效润滑轴承,其特征在于,所述散热部包括散热渠(10),所述散热渠(10)与所述自主调控保持架(3)轴线平行,所述散热渠(10)长度为所述球(2)直径的3/25,所述散热渠(10)宽度为所述球(2)直径的2/25,所述散热渠(10)深度为所述球(2)直径的1/25,所述散热渠(10)数量为所述球(2)数量的2倍,所述散热渠(10)等间隔分布在所述自主调控保持架(3)外侧壁。
3.根据权利要求1所述的一种自主调控润滑流场高效润滑轴承,其特征在于,所述出口下翼(9)倾斜设置且与所述自主调控保持架(3)的轴线形成60°的锐角夹角,所述出口下翼(9)长度为所述球(2)直径的1/5,所述出口下翼(9)宽度为所述球(2)直径的1/25,所述出口下翼(9)高度为所述球(2)直径的3/25。
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