CN209195945U - 螺旋面与螺旋槽复合推力轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种螺旋面与螺旋槽复合推力轴承，包括转轴、推力盘和支撑环，所述推力盘和支撑环同轴安装于所述转轴上；所述支撑环朝向所述推力盘的端面上设置有若干螺旋槽，所述若干螺旋槽以所述转轴的轴线为中心周向均布；所述螺旋槽底面采用正螺旋面，所述正螺旋面坡度上升的方向与所述推力盘的旋转方向相同，槽区的螺旋面与推力盘之间形成楔形间隙提高了轴承承载力，改善润滑性能；同时便于杂质随着螺旋面从槽区流出，减少轴承磨损。

Description

螺旋面与螺旋槽复合推力轴承

技术领域

本发明属于滑动轴承技术领域，具体涉及一种螺旋面与螺旋槽复合推力轴承。

背景技术

推力滑动轴承是汽轮机、核电主泵、船舶推进系统的关键部件，用于承担轴向力。推力滑动轴承一般包括固定瓦轴承和可倾瓦轴承，固定瓦推力轴承一般可分为平面螺旋槽推力轴承、斜-平面推力轴承和阶梯面推力轴承等结构形式。其中，螺旋槽推力轴承是在瓦面开设螺旋形的槽，构成槽区和台区，槽区和台区之间形成台阶，润滑油从槽区进入台区时会形成挤压效应从而提高润滑油承载能力。目前，螺旋槽推力轴承在航空、压缩机和密封技术中得到广泛的应用。

目前的螺旋槽推力轴承的槽区底面均为平面，研究人员多从构成螺旋槽的平面型线进行研究，其目的是为了挖掘轴承的承载能力。例如，文献“螺旋槽平面型线对水润滑螺旋槽推力轴承承载能力的影响”(润滑与密封，2008，33(3)：13-16)对比了对数螺旋线、斜直线螺旋槽、圆弧螺旋槽和抛物线螺旋槽等四种螺旋槽平面型线的轴承润滑性能，但是其承载能力在某些环境下任不能满足要求。为了进一步提高螺旋槽推力轴承的承载能力，本发明提出将槽区底面设置为螺旋面，从而在推力盘和螺旋面之间形成楔形间隙，增强油膜动压效果。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种螺旋面与螺旋槽复合推力轴承，提出一种将螺旋槽槽区的平面型底面改为螺旋面底面，形成一种螺旋面与螺旋槽复合推力轴承，提高螺旋槽推力轴承的承载能力，工艺简单，易于大规模工业化应用。

本发明的技术方案是：一种螺旋面与螺旋槽复合推力轴承，包括转轴、推力盘和支撑环，所述推力盘和支撑环同轴安装于所述转轴上；其特征在于：所述支撑环朝向所述推力盘的端面上设置有若干螺旋槽，所述若干螺旋槽以所述转轴的轴线为中心周向均布；

所述螺旋槽的槽区包括进液边、出液边、外侧边、内侧边和底面；所述内侧边与所述支撑环内孔相邻，所述外侧边位于所述支撑环外周面上，所述出液边位于所述进液边绕所述转轴的轴线逆时针旋转方向的一侧，所述底面采用正螺旋面，所述正螺旋面坡度上升的方向与所述推力盘的旋转方向相同；

所述正螺旋面的方程为：

将正螺旋面母线和转轴的中心轴交点设为坐标原点，坐标的xoy平面垂直于所述转轴，z轴与所述转轴的中心轴重合；

其中，u正螺旋面上任意一点到其中心轴的径向距离；v是螺旋面的母线的转动角度；a是螺旋面的螺距。

本发明的进一步技术方案是：所述进液边和出液边平面型线为对数螺旋线、圆弧线、抛物线或斜直线。

有益效果

本发明的有益效果在于：传统螺旋槽推力轴承的槽区底面均为平面，本发明槽区的底面为螺旋面，且螺旋面的上升方向与推力盘旋转方向一致，工作时，推力盘带动润滑油在支撑环表面流动；一方面，螺旋槽的槽区与台区之间的台阶会与推力盘形成润滑油的挤压效果；另一方面，槽区的螺旋面与推力盘之间形成楔形间隙，再次形成润滑油的挤压效应，提高了轴承承载力，改善润滑性能。通过综合这两种挤压效应来提高推力轴承的承载能力。

传统螺旋槽推力轴承的槽区底面均为平面，进入槽区的磨损颗粒等杂质不容易排除；而本发明的槽区底面为螺旋面，便于杂质随着螺旋面从槽区流出，减少轴承磨损。

附图说明

图1是本发明的轴承装配示意图。

图2是本发明的轴承俯视图。

图3是平面型槽区底面剖面图。

图4是本发明的螺旋面型槽区底面剖面图。

图5是本发明的螺旋面原理图。

附图标记说明：1.转轴；2.推力盘；3.槽区；4.槽区底面；5.支撑环；6.台区；7.密封坎；8-1.进液边；8-2.出液边；9-1外侧边；9-2内侧边。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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和简化描述，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。

本发明提供的一种螺旋面与螺旋槽复合推力轴承，其结构如图1所示，包括推力盘2、支撑环5和轴承外圈。其中推力盘2同轴安装于转轴1上，支撑环5同轴套装于转轴1上，同时推力盘2和支撑环5设置于所述轴承外圈内。在支撑环5上开设有一定数量的螺旋槽，进而形成了槽区3和台区6，如图2所示。轴承内环为密封坎7，密封坎7与台区6共面。槽区3的内侧边9-2被密封坎7阻挡，即与支撑环5内孔相邻；槽区3的外侧边9-1与支撑环5外侧共面，与空气接通。槽区3的进液边8-1和出液边8-2的平面型线可以为对数螺旋线、圆弧线、抛物线和斜直线，设计时可根据承载能力进行优选。

对于普通螺旋槽轴承，槽区底面4为水平面，如图3所述。本发明的槽区底面4采用的螺旋面，如图4所示，螺旋面坡度上升的方向与推力盘的旋转方向相同，即螺旋槽内侧的底面比外侧的底面低。

如图5所示，螺旋面采用的是正螺旋面，由一条垂直于螺旋轴的直线作螺旋运动所画出的曲面。螺旋面的母线与固定轴z垂直相交，当交点N沿z轴移动时，母线绕轴旋转，且N点转动的距离与母线转动的角度v成正比。M点为正螺旋面上任意一点，MN垂直于z轴，设MN＝u，OP为MN在xy平面上的投影，OP与x轴的交角为v。a表示螺距，则正螺旋面的方程可写成：

将正螺旋面母线和转轴的中心轴交点设为坐标原点，坐标的xoy平面垂直于所述转轴，z轴与所述转轴的中心轴重合；

针对具体运行工况和结构形式，通过轴承承载能力最优设计可以得到优化的螺旋面螺距a和槽区最大槽深参数。

本发明的工作过程如下：

转轴1带动推力盘2旋转，推力盘2带动润滑剂从台区6进入槽区3，再由槽区3进入台区6。润滑剂从槽区3进入台区6的过程中，支撑环5与推力盘2之间的局部距离从大变小，润滑剂在台阶处形成挤压效应产生动压液膜力；同时，槽区3中的流体随着螺旋面的上升也在被挤压，螺旋面与推力盘2之间形成楔形液膜间隙，再次产生动压液膜力。两种动压液膜力叠加共同形成轴承承载力。

实施例：

本发明应用于如下结构参数时，在低转速下稳定提升螺旋槽推力轴承承载能力，采用水润滑时承载能力提升10％左右，采用油润滑时承载能力提升30％左右。

螺旋槽型线采用对数螺旋线形式，其表达式为：

r＝r_ge^θcotβ

该表达式是建立在极坐标下的，式中：θ为角度坐标；r_g为螺旋线的基圆半径；β为螺旋角。r为对数螺旋线上的点到原点O的直线距离，则曲线上的点坐标可表示为：

x＝r cosθ

y＝r sinθ

进一步用一参数相关表达式来分别表示自变量x和因变量y得：

x＝r cos(ln(^(r/rg)/cotβ))

y＝r sin(ln(^(r/rg)/cotβ))

输入方程的开始值r₁和结束值r₂，得到所需对数螺旋线。

为了更好的确立轴承结构，定义轴承结构参数槽宽比γ：

γ＝L′/L

式中，L′表示某一半径上的螺旋槽宽度总和，L表示以该半径形成的圆的周长。

支撑环5内径r₁为50mm、外径r₂为100mm，内侧边9-2为螺旋线基圆，其半径r_g为75mm，最小油膜厚度为50μm，最大槽深为100μm，槽数8个，槽宽比γ为2/3，螺距为0.7mm。

本发明不仅适用于本文中所提出的结构参数下的螺旋槽推力轴承，其结构简单，适用范围广。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种螺旋面与螺旋槽复合推力轴承，包括转轴、推力盘和支撑环，所述推力盘和支撑环同轴安装于所述转轴上；其特征在于：所述支撑环朝向所述推力盘的端面上设置有若干螺旋槽，所述若干螺旋槽以所述转轴的轴线为中心周向均布；

所述螺旋槽的槽区包括进液边、出液边、外侧边、内侧边和底面；所述内侧边与所述支撑环内孔相邻，所述外侧边位于所述支撑环外周面上，所述出液边位于所述进液边绕所述转轴的轴线逆时针旋转方向的一侧，所述底面采用正螺旋面，所述正螺旋面坡度上升的方向与所述推力盘的旋转方向相同；

所述正螺旋面的方程为：

将正螺旋面母线和转轴的中心轴交点设为坐标原点，坐标的xoy平面垂直于所述转轴，z轴与所述转轴的中心轴重合；

其中，u正螺旋面上任意一点到其中心轴的径向距离；v是螺旋面的母线的转动角度；a是螺旋面的螺距。

2.根据权利要求1所述螺旋面与螺旋槽复合推力轴承，其特征在于：所述进液边和出液边平面型线为对数螺旋线、圆弧线、抛物线或斜直线。