CN202040204U - 高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承，本轴承由紧密结合在一起的轴承内圈和轴承外圈构成，固定销孔设于轴承外圈上，油楔结构设于轴承内圈内表面。在轴承内圈油楔结构进油槽两端设有增加过流能力的导流槽，在轴承外圈两端面各设有若干增加散热面积的盲孔。本实用新型表面不易划伤，可以最经济和最方便的方式避免支撑轴承外圈上的定位孔拉成长槽现象，磨合性好，有利于保护主轴且容易加工，对机床和刀具的刚性要求大为降低，可以改善加工质量，提高成品率。

Description

高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承

技术领域

本实用新型涉及轴承技术，具体指一种高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承。

背景技术

在全球化石燃料的资源需求和资源供应矛盾不断恶化，大量使用化石燃料导致的全球变暖趋势不断加快，全球极端气候不断增加的大背景下，为了减少排放，降低油耗，同时适应中小缸径柴油机为了降低燃料耗费采用重油作为燃料的趋势，反映船用柴油机设计水平的最重要指标--平均有效压力也不断增加。平均有效压力增加可以使柴油机油耗明显下降，但平均有效压力增加又会使柴油机最高爆发压力和最高燃烧温度增加，导致柴油机的NOx排放增加，为了避免NOx排放增加，柴油机必须采用低温米勒循环、废气旁通再循环、脉冲增压系统和增压器可调喷嘴等技术手段，降低柴油机的排放。

提高平均有效压力，要求与柴油机配合工作的增压器工作转速不断提高，最高工作压比不断提升；降低排放采用的技术又会增加增压器工作中的脉动负荷，燃用低质量重油，又会严重恶化增压器润滑条件，这些都会对增压器各部件的设计提出更高的要求，特别是对轴承的设计提出更高的要求。

涡轮增压器气动部件设计技术与航空涡轮机气动部件设计技术完全一样，其区别只是航空涡轮机气动部件的气动载荷、温度载荷和机械载荷远大于涡轮增压器对应的气动部件，随着国内航空发动机和相关材料的不断发展，适应柴油机发展需要的增压器气动部件的设计技术、材料和制造技术已经基本与国外先进水平一致。但在增压器可靠性上还有一定的差距，特别是轴承的材料和结构设计上有较大的差距，相同结构的轴承寿命只有国外的1/3到1/2。

由于增压器工作时速度很高，因此采用滑动轴承时，一般采用全浮动支撑轴承。转子轴在支撑轴承内孔中旋转，支撑轴承和轴之间的内层油膜，将转子轴支撑。支撑轴承与轴承座之间有外层油膜将支撑轴承本身和转子轴支撑住，通过外层油膜将径向负荷传递到固定的轴承座上。所谓全浮动支撑轴承表示转子轴相对支撑轴承有相对转动，支撑轴承相对轴承座也有相对转动(这是其称为浮动的原因)。其优点是支撑轴承内外都有油膜，冷却效果好；双层油膜有利于降低增压器自身的振动；支撑轴承以较低的转速与转子轴同向转动，摩擦面的相对速度相抵，有利于降低轴承内径和转子轴的磨损。其缺点是支撑轴承外圈与轴承座有加大的相对速度，支撑轴承的外圈磨损大；同时，由于内外油膜都只有一个主支撑反力，轴系的稳定性对加工精度比较敏感。此种设计从50年代开始就大量应用在增压器上，目前在车用增压器上还是主流。

随着船用柴油机平均有效压力的不断提高，增压器相同轮径下转速不断提高，转子轴受到的气动激振力增大，激振频率范围也更宽，由此导致增压器转子在整个运行转速下发生失稳的概率就增大。在充分借鉴利用全浮动轴承的优点的同时，为避免其缺点，ABB公司率先在80年代中期，应用了三油楔的半浮动轴承。其支撑轴承内孔设计为轴对称的三个油楔，确保转子轴高速旋转时支撑轴承可以施加轴对称的三个轴向反力，使得轴的运行更加稳定，为了保证油楔反力基本固定作用在轴的相同相位角上，支撑轴承与轴承座通过固定销固定，工作时支撑轴承相对轴承座有径向浮动但支撑轴承与轴不再同向转动(如此称其为半浮动)，而只是有轻微的摆动。半浮动轴承的优点是转子的高速稳定性更好，缺点是轴与轴承内孔的相对速度较全浮动的大了30％左右。因此内油膜温升大。为了降低滑油温升，油楔之间连接的曲率放大，保证滑油的流量增加。这样导致制造加工的难度增加，必须采用高精度，高刚性的加工中心加工，加工成本大幅上升。另外，由于激振力大，支撑轴承外圈与固定销之间不断的碰撞，会将支撑轴承外圈上的定位孔拉成长槽。为解决这样的破坏，需要在定位孔内铆钢套。或者向日本IHI或MAN那样采用轴向固定的方式，但轴向定位相对于径向定位，增压器的轴向尺寸大。

半浮动轴承主要适用于轻载高速应用，因此目前主要船用增压器领域使用。

另外，全浮动支撑轴承和半浮动支撑轴承目前所有厂家都采用铜合金制造，如采用锡青铜，耐蚀黄铜，铅青铜等。采用此类材料加工的一个共性是支撑轴承外圈表面在加工和装配(例如装钢套)使用过程中，很容易产生划痕。这是材料硬度不高导致生产使用上的不便。而对于柴油机燃用重油的情况，柴油机燃用重油时，滑油因为燃油品质差，其老化速度快，杂质多颗粒大，这些常用的铜合金又显得太硬，由于其嵌入性差，轴承的磨损明显加快。全浮动支撑轴承和半浮动支撑轴承其共同的缺点是加工过程中容易造成铜合金外表面划伤和装配过程中的变形。采用铜合金其有较高的强度和较低的表面摩擦系数，可以适应高转速，但因为强度较高其硬度也高，因此磨合性较差，轴承发生故障时容易与轴发生咬合导致涡轮轴完全报废。同时加工难度较高，对设备和刀具的刚性要求极高。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的就在于提供一种表面不易划伤、磨合性好、有利于保护主轴且容易加工的高压比船用增压器半浮动支撑滑动轴承。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承，在轴承外表面设有固定销孔，在轴承内表面设有油楔结构，其特征在于：所述轴承由紧密结合在一起的轴承内圈和轴承外圈构成，所述固定销孔设于轴承外圈上，油楔结构设于轴承内圈内表面。

所述轴承内圈为锡基巴氏合金；轴承外圈为合金结构钢。

在轴承内圈油楔结构进油槽两端设有增加过流能力的导流槽，在轴承外圈两端面各设有若干增加散热面积的盲孔。

本实用新型由于采用双金属复合而成，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、轴承外圈采用高温调质的高强度合金钢，硬度高，可以在生产中避免轴承外圈精加工表面的划伤，降低生产工艺难度。同时可以最经济和最方便的方式避免支撑轴承外圈上的定位孔拉成长槽现象，也为内圈提供高刚度、变形小的基础。

2、轴承内圈离心浇铸1～1.2mm厚的锡基巴氏合金，硬度相对低，相对铜合金而言其更好的磨合性，更好的颗粒嵌入性和更低的摩擦系数。采用锡基巴氏合金轴承的可靠性更高，机械效率可以提高1％左右。

3、由于三油楔支撑轴承的性能完全取决于三个油楔的加工精度、光洁度和尺寸的一致性，因此必须采用高精度高转速的加工中心。而本实用新型由于内圈锡基巴氏合金的硬度只有铜合金的30％～50％，因此铣削力小，对机床和刀具的刚性要求大为降低，可以改善加工质量，提高成品率。

4、发生抱轴事故时，内圈甚至起到固体润滑的作用，基本不会与轴咬合，可以降低用户的维修成本。

5、采用锡基巴氏合金浇铸轴承内圈，由于熔点温度低可以方便的采用加温的方法去除，而不影响外圈钢件的机械性能和尺寸，因而可重新浇铸加工成型，降低用户维修成本。而采用铜合金使用寿命到了就必须换新件。

此轴承应用在高压比增压器上(如TET系列)，性能优于最新产品采用的铜铅合金，并且因为材料不含容易导致环境污染的铅，更环保。

附图说明

图1-本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图1，从图上可以看出，本实用新型高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承，在轴承外表面设有固定销孔3，在轴承内表面设有油楔结构4。所述轴承由紧密结合在一起的轴承内圈1和轴承外圈2构成，轴承外圈2采用合金结构钢高温调质到HRC26-30，所述固定销孔3设于轴承外圈2上且在外圈上径向等分布置。所述轴承内圈1为锡基巴氏合金，厚度为1.0～1.2mm，离心浇铸在合金结构钢内壁，油楔结构4设于轴承内圈1内表面。

为了避免钢和锡基巴氏合金导热性小于铜合金导致滑油温升较采用铜合金温升高，在轴承内圈油楔结构进油槽两端设有增加过流能力的导流槽，在轴承外圈2两端面各设有若干(实施例为24个)增加散热面积的盲孔5。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承，在轴承外表面设有固定销孔(3)，在轴承内表面设有油楔结构(4)，其特征在于：所述轴承由紧密结合在一起的轴承内圈(1)和轴承外圈(2)构成，所述固定销孔(3)设于轴承外圈(2)上，油楔结构(4)设于轴承内圈(1)内表面。

2.根据权利要求1所述的高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承，其特征在于：所述轴承内圈(1)为锡基巴氏合金；轴承外圈(2)为合金结构钢。

3.根据权利要求1或2所述的高压比船用增压器双金属半浮动支撑滑动轴承，其特征在于：在轴承内圈油楔结构进油槽两端设有增加过流能力的导流槽，在轴承外圈(2)两端面各设有若干增加散热面积的盲孔(5)。

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