本實(shí)用新型屬于軸承技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)雜滑移表面的可傾瓦推力軸承。

背景技術(shù)：

推力軸承作為機(jī)械系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵零部件，其性能直接決定了整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的壽命和可靠性。隨著水介質(zhì)潤滑的逐漸推廣，大尺寸水潤滑軸承具有膜厚小、線速度高的特點(diǎn)，相應(yīng)的剪切速率非常大以至于在固液界面之間，尤其是在疏水表面，可能會(huì)發(fā)生界面滑移。

在前人對(duì)界面滑移的研究中，首先是Spikes在推力滑動(dòng)軸承中應(yīng)用了界面滑移來減小軸承的摩擦扭矩，后期有學(xué)者將界面滑移應(yīng)用于同心向心滑動(dòng)軸承與平行板推力軸承中，在提高承載能力的同時(shí)減小摩擦扭矩。

目前授權(quán)、公開的專利中，專利《運(yùn)用界面滑移技術(shù)的推力軸承》(申請(qǐng)?zhí)枺?00810025059.0公告號(hào)CN100545469C)公布了一種運(yùn)用界面滑移特性的由相互平行的平板組成的新型推力軸承，實(shí)現(xiàn)了一定承載能力的同時(shí)具有較好減摩、耐磨特性；專利《運(yùn)用界面滑移形成的同心向心滑動(dòng)軸承》(申請(qǐng)?zhí)枺?01510203567.3公告號(hào)CN104791381A)公布了一種運(yùn)用界面滑移特性的同心徑向軸承，軸承具有一定承載能力及減摩的特性；然而，上面公布的運(yùn)用界面滑移形成的軸承設(shè)計(jì)只關(guān)注了運(yùn)用界面滑移后對(duì)承載能力及摩擦力的減少，卻沒有關(guān)注由界面滑移帶來的壓力中心偏移，所以此設(shè)計(jì)不能運(yùn)用于可傾瓦推力軸承中，相同的設(shè)計(jì)參數(shù)可能會(huì)帶來可傾瓦推力軸承的失效。

由于現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足，目前還沒有針對(duì)可傾瓦推力軸承的復(fù)雜界面滑移軸承設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，針對(duì)可傾瓦推力軸承的瓦塊可傾擺特性，本實(shí)用新型的目的在于提供一種復(fù)雜滑移表面的可傾瓦推力軸承，可提高可傾瓦推力軸承承載能力及減小摩擦。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種復(fù)雜滑移表面的可傾瓦推力軸承，包括若干瓦塊，所述瓦塊的上表面被分為兩個(gè)區(qū)域：靠近入口區(qū)域的區(qū)域I和其余區(qū)域II，其中，區(qū)域I經(jīng)過表面處理為疏水表面，從而具有較低的極限剪切應(yīng)力，易發(fā)生界面滑移；區(qū)域II經(jīng)過表面處理為親水表面，從而具有較高的極限剪切應(yīng)力，不易發(fā)生界面滑移。

所述區(qū)域I的高度低于區(qū)域II的高度，高度差根據(jù)軸承實(shí)際運(yùn)行的工況參數(shù)確定，與推力軸承運(yùn)行中的最小液膜厚度為同一量級(jí)且成正比，以保護(hù)區(qū)域I內(nèi)的疏水表面不會(huì)因啟動(dòng)和停車過程造成磨損。

考慮到界面滑移對(duì)壓力中心的改變，所述區(qū)域I的周向范圍不超過整個(gè)瓦塊包角的75％，否則由于瓦塊可傾擺會(huì)造成軸承的失效。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

(1)在可傾瓦推力軸承中利用界面滑移效應(yīng)進(jìn)行復(fù)雜滑移表面設(shè)計(jì)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)可傾瓦推力軸承的高承載能力和低摩擦力矩。

(2)在設(shè)計(jì)中考慮了界面滑移效應(yīng)對(duì)壓力中心的改變，從而避免了設(shè)計(jì)方案在可傾瓦推力軸承中失效。

(3)利用部分瓦塊的臺(tái)階設(shè)計(jì)避免了啟停過程中對(duì)疏水表面的磨損，使得軸承優(yōu)化效果更加持久。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型推力軸承瓦塊界面滑移表面設(shè)計(jì)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型推力軸承瓦塊表面高度設(shè)計(jì)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1優(yōu)化前的壓力分布示意圖。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1界面滑移優(yōu)化后的壓力分布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中所優(yōu)化推力軸承的外徑為800mm，內(nèi)徑為400mm，包角為40°，徑向偏支系數(shù)為0.524，周向偏支系數(shù)為0.609，正常工作轉(zhuǎn)速為1500rpm，平均工作壓強(qiáng)為0.544MPa。

如圖1所示，瓦塊的上表面被分為兩個(gè)區(qū)域：靠近入口區(qū)域的區(qū)域I和其余區(qū)域II，其中，區(qū)域I經(jīng)過表面處理為疏水表面，從而具有較低的極限剪切應(yīng)力，易發(fā)生界面滑移；區(qū)域II經(jīng)過表面處理為親水表面，從而具有較高的極限剪切應(yīng)力，不易發(fā)生界面滑移。

如圖2所示，區(qū)域I的高度低于區(qū)域II的高度，本實(shí)施例中區(qū)域I的高度比區(qū)域II的高度低40μm，以保護(hù)區(qū)域I內(nèi)的疏水表面不會(huì)因啟動(dòng)和停車過程造成磨損。

本實(shí)施例中區(qū)域I表面處理后極限剪切應(yīng)力為0.4Pa，滑移長度為100μm，區(qū)域II表面處理后極限剪切應(yīng)力為1MPa，滑移長度為0。

本實(shí)施例中區(qū)域I沿瓦塊周向占比75％，沿瓦塊徑向占比60％。

本實(shí)施例中利用界面滑移效應(yīng)前的液膜壓力分布如圖3所示，利用界面滑移效應(yīng)后的壓力分布如圖4所示。從圖4中可以看出，在區(qū)域I和區(qū)域II的分界處液膜產(chǎn)生了一個(gè)較大的壓力尖峰，從而提高了軸承的承載能力；由于區(qū)域I中的流體粘性力大大減小，從而降低了軸承的承載能力。軸承的最小膜厚可以提高50％，摩擦力矩可以減小60％。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中所優(yōu)化推力軸承的外徑為800mm，內(nèi)徑為400mm，包角為40°，徑向偏支系數(shù)為0.524，周向偏支系數(shù)為0.5，瓦塊預(yù)加工有25μm的弧形凸起，正常工作轉(zhuǎn)速為1500rpm，平均工作壓強(qiáng)為0.544MPa。

如圖1所示，瓦塊的上表面被分為兩個(gè)區(qū)域：靠近入口區(qū)域的區(qū)域I和其余區(qū)域II，其中，區(qū)域I經(jīng)過表面處理為疏水表面，從而具有較低的極限剪切應(yīng)力，易發(fā)生界面滑移；區(qū)域II經(jīng)過表面處理為親水表面，從而具有較高的極限剪切應(yīng)力，不易發(fā)生界面滑移。

如圖2所示，區(qū)域I的高度低于區(qū)域II的高度，本實(shí)施例中區(qū)域I的高度比區(qū)域II的高度低40μm，以保護(hù)區(qū)域I內(nèi)的疏水表面不會(huì)因啟動(dòng)和停車過程造成磨損。

本實(shí)施例中區(qū)域I表面處理后極限剪切應(yīng)力為0.4Pa，滑移長度為100μm，區(qū)域II表面處理后極限剪切應(yīng)力為1MPa，滑移長度為0。

本實(shí)施例中區(qū)域I沿瓦塊周向占比60％，沿瓦塊徑向占比60％。

本實(shí)施例中利用界面滑移效應(yīng)后的軸承的最小膜厚可以提高45％，摩擦力矩可以減小52％。

以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本實(shí)用新型的工作原理：

工作過程中，流體從瓦塊入口邊進(jìn)入，出口邊流出，在經(jīng)過區(qū)域I時(shí)，由于瓦塊表面附近剪切應(yīng)力大于表面極限剪切應(yīng)力，所以固液表面發(fā)生了界面滑移，使得瓦塊附近的流體速度大于理論無滑移數(shù)值。而在經(jīng)過區(qū)域II時(shí)，由于瓦塊表面極限剪切應(yīng)力大于流體的剪切應(yīng)力，固液表面之間未發(fā)生界面滑移，使得瓦塊附近的流體速度趨于0。在區(qū)域I流向區(qū)域II時(shí)，流體速度發(fā)生了突然減小，為了保證流動(dòng)中流體流量的連續(xù)性，在分界處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力尖峰(如圖3和圖4所示)，使得承載能力增大，同時(shí)由于區(qū)域I中的流體粘性力減小，從而使得軸承的摩擦力矩減小。與此同時(shí)，區(qū)域I的高度較低，這也保證了區(qū)域I中的疏水成分不會(huì)在啟停階段被磨損。