CN1626840A - 三油楔变曲率滑动轴承 - Google Patents

Abstract

一种三油楔变曲率滑动轴承，由轴套及轴瓦组成，轴瓦内安放转轴，转轴及轴套与轴瓦之间均有间隙，可储存润滑油，本发明的主要特征在于，轴瓦的曲率半径是按一定规律变化的，在工作中可有效地形成三个油楔，实现轴承的动压润滑，且自动对中性好。本发明结构简单，安装、维修及更换方便，特别适用于垂直安装的机械，亦适用于其它各种方位安装的机械。

Description

三油楔变曲率滑动轴承

技术领域：

本发明涉及旋转机械中所使用的滑动轴承。

背景技术：

在变载荷环境下工作的旋转轴，工作压力不断波动，如何保证轴承工作面形成动压润滑油膜，以减少配合面摩擦磨损，延长轴承寿命，进而提高整个机器的使用寿命，是一个很重要的问题；特别是石油钻头、随钻防喷器、转盘等垂直安装的机械设备，工作时缺乏像水平安装的滑动轴承因自重而形成油膜的条件，如何保证其摩擦面上形成动压油膜，实现轴承自动对中，减少工作面的摩擦磨损，提高轴承寿命，更是一个迫切需要解决的问题。在通用机械中，普遍采用在圆柱形轴承座内安装轴瓦与轴颈配合的滑动轴承，这种圆柱形轴瓦承载能力高，但轴的偏心距较大，不适宜旋转精度和轴心稳定性要求较高的场合。在某些精密机械中，采用了三油楔轴瓦，它由可绕支点摆动的三圆弧面轴瓦构成，工作时，三轴瓦随工作载荷变化而绕支点摆动，以形成油楔面。这种轴承在工作中轴的偏心距较小，轴的旋转精度和稳定性较好，但其结构和加工较复杂，对于石油钻机等垂直安装的机械设备中未见采用。目前在垂直安装的机械中，通常是用外加动力输送压力油扶正轴承，使之对中，实现动压润滑。这种办法的缺点是需要增加一套专用润滑系统及辅助装置，因而增加了投资，而且设计上还必须满足严格条件才能达到目的，故限制了其适用范围。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能根据工作压力变化形成有效的动压油膜、并能随机自动调整轴承中心使之与旋转轴的轴心对中的三油楔变曲率滑动轴承。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：滑动轴承由轴套(1)(也即轴承座)、轴瓦(2)组成，轴瓦(2)与轴套(1)采用具有一定间隙的动配合，转轴(3)置于轴瓦(2)中，二者之间有一定间隙，转轴(3)及轴套(1)与轴瓦(2)之间均可储存润滑油，本发明的特征在于，轴瓦(2)的曲率半径是变化的，其变化规律分两种情况：

1)当轴需要正、反转时，轴瓦以120°等分为三部份，每部份以10°为一段，轴瓦内表面曲率半径在前60°范围内，各段依次由最大变到最小，在后60°范围内，各段依次由最小变到最大，其变化规律遵循：轴半径/最大间隙时轴瓦半径、次小间隙时轴瓦半径/次大间隙时轴瓦半径……为等差数列递增或递减。

2)当轴只需单向转动时，轴瓦以120°等分为三部份，每部份又分为90°及30°两个区域，在90°范围内以15°为一段，各段轴瓦的曲率半径依次从最小变到最大，其变化规律遵循：相邻两段的曲率半径之差接近定值A；而在30°范围内，则以10°为一段，各段轴瓦曲率半径依次从最大变到最小，其变化规律遵循：相邻两段的曲率半径之差趋于定值B，在数值上B接近于A的两倍。

在上面叙述中提到的间隙均指轴与轴瓦之间的间隙。

在某些机械中，转动件是轴套(1)，此时可将轴瓦外表面设计成变曲率。此外，根据加工难易程度，也可将轴套(1)内表面或轴(3)设计成变曲率，亦能起到同样效果。

根据润滑理论，动压油膜形成的必要条件是：(1)形成楔形空间，(2)两工作面内必须连续充满润滑液，(3)两工作面必须存在相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑介质从大截面流入、小截面流出，(4)定载荷下速度、润滑介质粘度与间隙的匹配。本发明中，轴瓦的曲率半径是变化的，在一周内，有三个区段是润滑油入口间隙大于出口间隙，也即可形成三个油楔。当润滑介质从大截面流入、小截面流出时，在楔形空间进油多、出油少，由于液体的不可压缩性，必将在该楔形空间内“拥挤”而形成压力，即油膜压力，该油膜压力驱使轴离开轴瓦，即轴与轴瓦不直接接触，因而减少了它们的摩擦磨损。而三个油膜压力的合力(如图7所示，即F₁+F₂+F₃＝F)，在机械工作中将与外载形成动平衡，从而使轴瓦的旋转轴心与转轴的旋转轴心趋于重合。此外，当旋转轴旋转时，由于润滑介质与轴瓦表面间的摩擦力和润滑介质分子间存在剪切阻力，将驱使轴瓦产生相对转动，因而轴与轴瓦间所形成的三个油楔在圆周上的位置亦有所移动，这样就更有利于保证轴承副在整个圆柱面上得到润滑，同时也更有利于随机自动调整轴瓦中心，使之与转轴的轴心对中，保证了机械工作的稳定性。又由于轴瓦的转速与转轴的转速存在速度差，因而轴瓦上的固定点相对于旋转件表面不断变化，这样就避免了由于两者固定的相对位置而出现的偏磨。

本发明的优点是：

(1)在轴承工作中，能根据载荷的变化形成动压润滑油膜，且轴与轴瓦的自动对中性好，减少了配合面的摩擦磨损，并保证了旋转机械工作的稳定性。实验证明，本发明特别适于垂直安装的旋转机械。

(2)结构简单，轴瓦为一个整体，易于在数控机床上加工。

(3)安装、维护和更换均较简便。

附图说明：

图1是当转动件是轴时本发明的结构示意图；

图2是当转动件是轴套时本发明的结构示意图；

图3是转轴需正、反转时本发明的结构示意图；

图4是转轴需正、反转时本发明的具体实施例图示；

图5是转轴仅单向转动时本发明的结构示意图；

图6是转轴仅单向转动时本发明的具体实施例图示；

图7是三油楔油膜压力示意图。

具体实施方式：

图3、图4示出了当转轴需要正、反转时的结构及其具体示例，图3中，φ₀是轴的直径，φ₁是轴瓦的外径，φ₂是轴套内径，R是轴瓦内表面的曲率半径，n的箭头表示转轴的旋转方向。将轴瓦以120°等分为三部份，每部份以10°为一段，轴瓦内表面曲率半径R在前60°范围内，各段依次由最大变到最小，而在后60°范围内，各段依次由最小变到最大，轴与轴瓦之间的间隙亦随之作相应变化。图3、图4所示的R值是前60°的变化情况，R₇是最大间隙时的轴瓦半径，R₁为最小间隙时的轴瓦半径，从R₇到R₁，R值逐渐变小，间隙亦由大逐渐变小，图4中的R值与图3中的R相对应，R的变化规律是：

$\frac{0.5{\mathrm{\φ}}_0}{R_7}=\frac{45}{47.125}=0.95,$ $\frac{R_1}{R_6}=\frac{45.125}{47}=0.96,$

$\frac{R_2}{R_5}=\frac{45.2}{46.5}=0.97,$ $\frac{R_3}{R_4}=\frac{45.5}{46.1}=0.98$

也即其比值大致是按0.01的等差数列逐渐递增。

由上述可知，就整个轴瓦而言，它在一周内，以60°进行分割为6个区域，其曲率半径依次由大→小→大→小→大→小→大，也即一周内有三个60°的区域，其曲率半径是由大变小，轴与轴瓦的间隙亦由大变小，这样就形成了三个楔形空间，在这三个楔形空间中的润滑油是由大截面流至小截面，因而可在该三楔形空间形成油膜压力(如图7所示)，故可有效地实现动压润滑。

图5、图6示出了转轴仅需单向转动时的具体示例，图中，φ₀、φ₁、φ₂、R等符号所表示的意义同前，图6中的R值与图5中的R相对应。将轴瓦以120°等分为三部份，每部份又分为90°与30°两个单元，在90°范围内以15°为一段，各段轴瓦的曲率半径依次从最小变到最大，其变化规律遵循：相邻两段的曲率半径之差接近于某一值A。由图示可知：

       R₉-R₈＝45.458-45.125＝0.333，

       R₁₀-R₉＝45.792-45.458＝0.334，

       R₁₁-R₁₀＝46.125-45.792＝0.333，

       R₁₂-R₁₁＝46.458-46.125＝0.333，

       R₁₃-R₁₂＝46.792-46.458＝0.334，

       R₁₄-R₁₃＝47.125-46.792＝0.333。

也即相邻两小段曲率半径之差A＝0.333～0.334。

在后30°范围内，则以10°为一段，依次从最大变到最小，其相邻两段曲率半径差值为：

       R₁₄-R₁₅＝47.125-46.458＝0.667，

       R₁₅-R₁₆＝46.458-45.792＝0.666，

       R₁₆-R₁₇＝45.792-45.125＝0.667，

也即其差值B＝0.666～0.667，

可知      B≈2A。

就整个轴瓦而言，其曲率半径在一周内是由小→大→小→大→小→大→小。轴与轴瓦的间隙亦作相应变化，可见，有三个区域是由大变小，亦可形成三个楔形空间，实现动压润滑。

Claims (1)

1.一种三油楔变曲率滑动轴承，由轴套(1)、轴瓦(2)组成，轴瓦(2)与轴套(1)采用具有一定间隙的动配合，转轴(3)置于轴瓦(2)中，二者之间有一定间隙，转轴(3)及轴套(1)与轴瓦(2)之间均可储存润滑油，其特征在于，轴瓦(2)的曲率半径是变化的，其变化规律分为两种情况：

1)当轴需要正、反转时，轴瓦以120°等分为三部份，每部份以10°为一段，轴瓦内表面的曲率半径，在前60°范围内，各段依次由最大变到最小，在后60°范围内，各段依次由最小变到最大，其变化规律遵循：轴半径/最大间隙时轴瓦半径、次小间隙时轴瓦半径/次大间隙时轴瓦半径……为等差数列递增或递减；

2)当轴仅需单向转动时，轴瓦以120°等分为三部份，每部份又分为90°及30°两个区域，在90°范围内以15°为一段，各段轴瓦的曲率半径依次从最小变到最大，其变化规律遵循：相邻两段的曲率半径之差接近某定值A；而在30°范围内则以10°为一段，各段轴瓦曲率半径依次从最大变到最小，其变化规律遵循：相邻两段的曲率半径之差接近于定值B，在数值上，B接近于A的两倍。

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