一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，它包括如下步驟：（1）根據(jù)推力軸承的運行工況和安裝尺寸確定推力軸承的內(nèi)外徑尺寸；（2）根據(jù)推力軸承的內(nèi)外徑尺寸確定推力瓦塊數(shù)量；（3）確定水槽形狀及尺寸；（4）確定推力瓦塊表面階梯的位置及尺寸；（5）確定進水孔位置。本發(fā)明針對水潤滑軸承設(shè)計的空白，通過研究水潤滑工況下常用尺寸階梯瓦動壓推力軸承的潤滑模型，分析階梯瓦推力軸承的結(jié)構(gòu)尺寸、運行工況對軸承承載能力、水膜剛度的影響，得到了最優(yōu)化的設(shè)計方法，使相同尺寸的水潤滑軸承承受載荷更大、使用壽命更長。
【專利說明】一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及軸承【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]動壓軸承廣泛應(yīng)用于船舶、泵、水輪機、汽輪機及其他工業(yè)設(shè)備中，由于油的粘度大，能夠產(chǎn)生較大的動壓承載能力，所以動壓軸承通常以油作為潤滑介質(zhì)，但也因此消耗了大量油料，因潤滑油泄漏而造成的水環(huán)境污染問題也日趨嚴重。
[0003]水作為一種來源廣、安全、無污染的資源，使得近年來水潤滑軸承成為軸承發(fā)展的趨勢。油潤滑理論已經(jīng)較為成熟，在機械設(shè)計手冊上有大量的設(shè)計圖表、公式可循。由于水的粘度比油小得多，水潤滑的承載能力遠小于油潤滑，且水在大的負壓下會產(chǎn)生空化現(xiàn)象，所以在進行水潤滑軸承的設(shè)計時，原有設(shè)計圖表已不再適用，需要尋找新的設(shè)計方法。
[0004]見圖1所示:階梯瓦推力軸承(內(nèi)外徑分別為D1、Do)由多個水槽10和階梯瓦塊20組成，階梯瓦塊包括兩個有高度差δ的梯面2a和2b (梯面2a和2b的寬度為B，長度分別為LI和L2)，階梯面可用壓印法或酸蝕法制成，比斜面瓦、螺旋槽等推力軸承結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。其與推力環(huán)30相配合形成工作面，推力環(huán)30只能從低階梯面2a向高階梯面2b轉(zhuǎn)動，階梯瓦推力軸承多用于小型軸承。
[0005]針對油潤滑，國內(nèi)外用數(shù)值計算或?qū)嶒災M的方法對階梯瓦動壓推力軸承做了大量研究，提出了一些設(shè)計方案。但因為計算模型的復雜及條件所限，大多數(shù)研究都對推力軸承瓦塊進行了簡化，將扇形瓦簡化為矩形瓦，如此計算出的結(jié)果與實際有一定的差距，因此需要針對水潤滑階梯瓦動壓推力軸承建立更為真實的計算模型，考慮到水的空化現(xiàn)象，得到軸承最優(yōu)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，使相同負載下軸承的水膜剛度最大。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，其結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，更容易推廣應(yīng)用。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法包括如下步驟:
[0008](I)根據(jù)推力軸承的運行工況和安裝尺寸確定推力軸承的內(nèi)外徑尺寸；
[0009](2)根據(jù)推力軸承的內(nèi)外徑尺寸確定推力瓦塊數(shù)量；
[0010](3)確定水槽形狀及尺寸；
[0011](4)確定推力瓦塊表面階梯的位置及尺寸；
[0012](5)確定進水孔位置。
[0013]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的軸承外徑尺寸為內(nèi)徑的1.5?3倍。
[0014]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的瓦塊數(shù)量取決于軸承內(nèi)徑，瓦塊個數(shù)需滿足的條件為瓦塊寬長比不小于I。[0015]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的水槽截面形狀為帶平滑過渡的半圓、三角形、長方形或梯形；水槽寬度按水槽占推力面的0.7~0.85計算，水槽深度為1~8mm ;如軸線水平，則水槽深度須小于0.5mm。
[0016]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的瓦塊表面階梯位置由瓦塊的寬長比決定，瓦塊階梯高度根據(jù)運行時的水膜厚度確定，水膜厚度由運行工況及已定尺寸計算而得。
[0017]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的進水孔位置須在推力軸承內(nèi)徑附近或以內(nèi)。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:其針對水潤滑軸承設(shè)計的空白，通過研究水潤滑工況下常用尺寸階梯瓦動壓推力軸承的潤滑模型，分析階梯瓦推力軸承的結(jié)構(gòu)尺寸、運行工況對軸承承載能力、水膜剛度的影響，得到了最優(yōu)化的設(shè)計方法，使相同尺寸的水潤滑軸承承受載荷更大、使用壽命更長。
【專利附圖】
【附圖說明】:[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:[0020]圖1為階梯推力軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖2為階梯推力軸承的運行示意圖；[0022]圖3為階梯推力軸承內(nèi)外徑選擇設(shè)計圖表；[0023]圖4為階梯推力軸承的水槽截面圖之一；[0024]圖5為階梯推力軸承的水槽截面圖之二；[0025]圖6為階梯推力軸承的水槽截面圖之三；[0026]圖7為階梯推力軸承的水槽截面圖之四；[0027]圖8為階梯推力軸承的階梯位置設(shè)計圖表；[0028]圖9為階梯推力軸承承載系數(shù)設(shè)計圖表。【具體實施方式】:[0029] 以下所述僅為體現(xiàn)本發(fā)明原理的較佳實施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護范圍[0030]參閱圖1~圖7所示:本發(fā)明的一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法包括如下步驟:[0031](1)明確水潤滑推力軸承應(yīng)用的運行工況(轉(zhuǎn)速、負載)及安裝尺寸，參考圖2選擇軸承的內(nèi)徑，軸承外徑尺寸則一般為內(nèi)徑尺寸的1.5~3倍；[0032](2)根據(jù)所確定的推力軸承內(nèi)徑，推力瓦塊個數(shù)可根據(jù)下表選擇，軸承尺寸越大，瓦塊數(shù)應(yīng)越多，以便有更多的水槽使軸承表面充分形成動壓水膜，減少摩擦磨損；[0033]
內(nèi)徑(mm)15-2525-3535-4545-6565-8080-瓦塊個數(shù)6810121620
[0034]若不按上表，則推力瓦塊個數(shù)必須滿足推力瓦塊寬長比不小于1，即B/L≥1。
[0035](3)水槽截面形狀如圖3~圖7所示，可為帶平滑過渡的半圓、三角形、長方形或梯形；水槽寬度可按水槽占推力面比例計算而得，此比例一般為0.7~0.85 ;水槽深度根據(jù)軸承尺寸設(shè)計為I?8mm不等，軸承越大，則水槽越深；但若軸線水平，則水槽須小于0.5mm,以免過多水從下部水槽泄出致使上軸瓦缺水；
[0036](4)瓦塊表面階梯的位置根據(jù)瓦塊寬長比由圖8查得，瓦塊階梯高度設(shè)計為運行時水膜厚度的0.6?0.8倍，水膜厚度可根據(jù)運行工況及已定尺寸計算而得，其中軸承承載系數(shù)由圖9查得。
[0037](5)確定進水孔位置，進水孔位置必須在推力軸承內(nèi)徑附近或以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，其特征在于包括如下步驟:(1)根據(jù)推力軸承的運行工況和安裝尺寸確定推力軸承的內(nèi)外徑尺寸；(2)根據(jù)推力軸承的內(nèi)外徑尺寸確定推力瓦塊數(shù)量；(3)確定水槽形狀及尺寸；(4)確定推力瓦塊表面階梯的位置及尺寸；(5)確定進水孔位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，其特征在于:所述的軸承外徑尺寸為內(nèi)徑的1.5?3倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，其特征在于:所述的瓦塊數(shù)量取決于軸承內(nèi)徑，瓦塊個數(shù)需滿足的條件為瓦塊寬長比不小于I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，其特征在于:所述的水槽截面形狀為帶平滑過渡的半圓、三角形、長方形或梯形；水槽寬度按水槽占推力面的0.7?0.85計算，水槽深度為I?8mm ;如軸線水平,則水槽深度須小于0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，其特征在于:所述的瓦塊表面階梯位置由瓦塊的寬長比決定，瓦塊階梯高度根據(jù)運行時的水膜厚度確定，水膜厚度由運行工況及已定尺寸計算而得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水潤滑階梯瓦動壓推力軸承的設(shè)計方法，其特征在于:所述的進水孔位置須在推力軸承內(nèi)徑附近或以內(nèi)。
【文檔編號】F16C17/04GK103557229SQ201310500923
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】張遠海, 朱挺, 尹忠慰, 張秀麗 申請人:申科滑動軸承股份有限公司