阅读说明：本技术 一种带有分布式孔隙的强制润滑轴承 (Forced lubrication bearing with distributed pores ) 是由 曹贻鹏 张润泽 张新玉 张文平 刘晨 杨国栋 明平剑 柳贡民 国杰 赵晓臣 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供的是一种带有分布式孔隙的强制润滑轴承。在轴承本体内部开有总管,轴承本体沿轴向和周向均开有通向轴承本体内表面的加压孔,所有加压孔在轴承本体内部汇聚于总管,总管通过管路连接压力伺服机构,轴承本体沿周向展开则加压孔呈M×N的网格,沿轴向和周向、加压孔之间的间距不均匀分布,靠近压力最大点的加压孔之间的间距逐渐减小。压力伺服机构检测到轴系处于低速运转条件时启动,通过加压孔对运转中的轴系下方强制注入加压介质,使由加压孔喷出的加压介质对轴系负荷较大的位置进行托举,保证轴系旋转情况下与轴承之间始终形成液膜,从而改善轴承润滑不良的状态,缓解轴承摩擦磨损。(The invention provides a forced lubrication bearing with distributed pores. The bearing body is internally provided with a header pipe, the bearing body is provided with pressurizing holes leading to the inner surface of the bearing body along the axial direction and the circumferential direction, all the pressurizing holes are converged in the header pipe inside the bearing body, the header pipe is connected with a pressure servo mechanism through a pipeline, the bearing body is expanded along the circumferential direction, then the pressurizing holes are in an MXN grid, the distances between the pressurizing holes along the axial direction and the circumferential direction are unevenly distributed, and the distance between the pressurizing holes close to the maximum pressure point is gradually reduced. The pressure servo mechanism is started when detecting that the shafting is in a low-speed running condition, and the pressurizing medium is forcibly injected below the running shafting through the pressurizing hole, so that the pressurizing medium sprayed out of the pressurizing hole lifts the position with larger shafting load, and a liquid film is always formed between the shafting and the bearing under the condition of rotation, thereby improving the poor lubrication state of the bearing and relieving the friction and wear of the bearing.)

一种带有分布式孔隙的强制润滑轴承

技术领域

本发明申请涉及的是一种径向滑动轴承，具体地说是一种强制润滑的径向滑动轴承。

背景技术

由于径向滑动轴承承载力大、适应性好等优点，在船舶、机械的旋转构件上得到了广泛应用，对于上述应用领域而言，控制运行成本、增加轴承使用寿命是其选择轴承的首要条件，因此降低轴承系统的摩擦磨损是轴承设计中优先考虑的重要指标。在轴系额定运行工况下，轴与轴承之间被一层液膜隔开，由于液膜的剪切作用，摩擦系数不大，在流体动压润滑阶段运行的轴与轴承磨损很小，几乎可以不计。但是，在设备开启，处于较高负荷、较低转速工况时，如船舶低速航行阶段、尤其是船舶轴系启动阶段，轴与轴承部分接触甚至直接接触，轴承处于混合润滑或边界润滑状态，此时轴承摩擦系数很大，若此情况下轴承负荷比较高，轴承将产生严重磨损，这是设备使用者极力避免、又难以避免的问题。如何避免低速重载情况轴承摩擦、尽量保证轴承运转在较好的润滑状态是本发明主要解决的问题。

目前，国内高校与研究机构均比较重视轴承润滑特性的分析与控制，借助仿真与试验手段，采用了较多的方法对径向滑动轴承的润滑特性进行控制。目前普遍的设计思路集中在两方面：第一，从材料的角度开展研究，改善和增强材料特性，采用耐磨、硬质的新材料等；第二，从轴承结构角度开展的结构优化，采用新型的轴承结构，如改变轴瓦厚度、轴瓦结构、斜管轴承、螺旋槽式润滑结构等。

《舰船科学技术》2011Vol.33文章“水润滑橡胶轴承结构设计”中，对水润滑橡胶轴承结构进行了优化研究，主要侧重于轴承结构对流体动压润滑状态的影响研究，如轴瓦截面形状、轴瓦橡胶层厚度、轴瓦布置形式等结构因素，结果表明，降低轴瓦橡胶层厚度和轴承底部布置为流水槽的布置形式可以降低轴承正常运转的摩擦系数。

重庆大学2012年毕业论文“螺旋槽水润滑橡胶合金轴承动压润滑特性与动态接触有限元仿真分析”一文中，以螺旋槽水润滑橡胶轴承为研究对象，结合动压润滑机理，研究了轴承的动压特性，给出了转速、偏心率、过渡圆角、螺旋角度、沟槽数等参数对液膜压力等参数的影响规律，对螺旋槽水润滑橡胶合金轴承的进一步优化具有借鉴意义。

发明名称为“用于船舶的水润滑静压艉轴承”的专利文件中，通过在轴承内衬下部的内表面上开设长度逐渐增大的压力出水槽，使高压水流入内衬和艉轴之间，形成水膜并减小直接接触面积，从而起到减小摩擦振动的目的，对船用艉轴承的优化设计提供了参考。

已发表的公开文献中，均对轴承结构提出了新的设想。但是，实际情况中，径向滑动轴承与轴系的接触力分布应满足雷诺方程，而非单纯自首尾递增或递减，其压力分布约为轴承最大承压位置向两侧以轴承长度L的高阶多项式形式分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以改善径向滑动轴承润滑状态，在轴系低速运转工况下能强制产生针对性的润滑液膜的带有分布式孔隙的强制润滑轴承。

本发明的目的是这样实现的：

在轴承本体内部开有总管，轴承本体沿轴向和周向均开有通向轴承本体内表面的加压孔，所有加压孔在轴承本体内部汇聚于总管，总管通过管路连接压力伺服机构，轴承本体沿周向展开则加压孔呈M×N的网格，沿轴向和周向、加压孔之间的间距不均匀分布，靠近压力最大点的加压孔之间的间距逐渐减小。

本发明还可以包括：

1.所述的压力伺服机构由管路、泵、控制阀、控制系统连接组成，轴系处于低速运转情况下，触发控制系统并打开控制阀、指令泵工作，将加压介质通过管路经总管注入轴承本体内，经由轴承内表面加压孔注入轴与轴承的间隙。

2.沿周向的加压孔设置在轴承垂下方与轴系接触的位置，并以此为基准，加压孔间距沿周向逐渐稀疏，至轴承圆心高度。

3.对于中间轴承，所述的加压孔之间的间距不均匀分布是指：压力最大点为轴承中点，加压孔之间的间距以轴承中点为中心向两侧逐渐稀疏。

4.对于轴承，所述的加压孔之间的间距不均匀分布是指：压力最大点在靠近左端或右端部的位置，加压孔从压力最大点开始，按逐渐稀疏的趋势向两侧布置。

5.各加压孔流出的加压介质作用到轴的压强相等。

为了解决已有技术中存在的问题，本发明提出了一种可以改善径向滑动轴承润滑状态的轴承，主要采用强制润滑方式，提出新的结构设计形式，根据轴承运行状态与压力分布情况，在轴系低速运转工况下强制产生针对性的润滑液膜，缓解轴承摩擦程度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)不改变轴承外形尺寸，利用轴承壳体厚度方向开孔，通过加压孔将一定压力的润滑介质直接注入轴与轴承的间隙里，通过旋转轴系带动，形成有效的动压润滑方式；同时，加压孔的开孔位置可以对不同轴承的实际负荷状态，进行有针对性的布置，从而实现更好的效果。

(2)轴系以额定工况运行于流体动压润滑阶段时，控制阀5-4可关闭，轴承与常规轴承无异。当轴系转速偏低时，控制阀5-4打开，产生上述的强制润滑效果，同时，加压介质本身可以对轴系起到托举作用，从而缓解轴承负荷偏高的状态。

附图说明

图1a是压力最大点处于轴承中心时的加压孔之间的间距变化示意图；

图1b是图1a的A-A剖视图；

图1c是图1a的C-C剖视图；

图2a是压力最大点不处于轴承中心时的加压孔之间的间距变化示意图；

图2b是图2a的A-A剖视图；

图2c是图2a的C-C剖视图；

图3是包括压力伺服机构的总体示意图；

图4是压力最大点处于轴承中心时的液膜压力沿轴承长度分布示意图；

图5是压力最大点不处于轴承中心时的液膜压力沿轴承长度分布示意图；

图6a至图6f是模型计算得到的压力分布，其中:图6a是不开孔的原始轴承(Pmax＝12.9Mpa)；图6b是发明名称为“用于船舶的水润滑静压艉轴承”的专利文件中的模型(Pmax＝7.65Mpa)；图6c是本发明的压力最大点处于轴承中心时的模型(Pmax＝3.1MPa)；图6d是不开孔的原始轴承(Pmax＝38.8Mpa)；图6e是发明名称为“用于船舶的水润滑静压艉轴承”的专利文件中的模型(Pmax＝30.6Mpa)；图6f是本发明的压力最大点不处于轴承中心时的模型(Pmax＝6.21MPa)。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

低速重载环境的径向滑动轴承主要由以下两部分组成：轴承本体与压力伺服机构，两部分结构通过管路相连。该轴承可用于水润滑和油润滑两种情况，可依照轴孔内径尺寸选取轴承上的加压孔径，根据轴系运行工况，设置合理的压力伺服机构初始压强，实现轴承的强制润滑。

结合图1a至图1c、图2a至图2c和图3，轴承本体1沿轴向开有加压孔2、沿周向开有加压孔3、轴承本体内部揩油总管4。轴11与轴承产生磨损区域主要为轴承的下表面，因此加压孔主要集中于此区域。各加压孔在轴承内部通过连通孔汇聚于总管4，且保证总管4和轴承内表面的加压孔2和3成为加压介质与外界唯一的进出口。若将轴承沿周向方向展开，加压孔的布置近似M×N的网格。

加压孔的间距不均匀且符合液膜压力分布形式，加压孔轴向分布的间距变化趋势应满足轴向坐标

(轴承长度为L、直径为D)的函数关系。

轴向的加压孔2、周向的加压孔3的开孔位置可依照实际轴承负荷区域定义。例如，轴承轴线方向的加压孔不是均布的，如图1c中L1、L2、L3、L4所示，即孔间距依照负荷情况而变化，靠近负荷较大的区域开孔稍密集，即L4小于L3小于L2小于L1。轴承周向的加压孔不是均布的，如图1b中θ1、θ2、θ3、θ4所示，即孔间距逐渐稀疏，靠近负荷较大的区域开孔稍密集，即θ1小于θ2小于θ3小于θ4。

轴向加压孔2可以按照图1a-图1c和图2a-图2c所示位置进行布置，对中间轴承，若压力最大点为轴承中点，则轴孔间距以轴承中点为中心向两侧逐渐稀疏，如图1a-图1c。如果轴系有倾斜，压力最大点通常出现在距离左端或右端部较近的位置，加压孔也从最大压力点出发，按逐渐稀疏的趋势向两侧布置，如图2a-图2c。

所述的压力伺服机构5是由管路5-1、泵5-2、控制系统5-3、控制阀5-4连接组成。转速传感器10检测轴系处于低速运转情况下，触发控制系统5-3并打开控制阀5-4，指令泵5-2工作，将加压介质通过管路5-1经总管4注入轴承本体1内，从而经由轴承内表面加压孔注入轴与轴承的间隙。可以使水润滑轴承、油润滑轴承或液膜润滑轴承。

为了验证本发明的效果，选用发明名称为“用于船舶的水润滑静压艉轴承”的专利文件中的模型为例，对一种带有分布式孔隙的强制润滑轴承做进一步的效果对比。

如图3所示，当轴系转速降低到一个确定限值，控制系统5-3启动，控制阀5-4打开，泵5-2运转，对管路中的润滑介质加压并保持恒定压力，并将加压介质经过管路5-1注入轴承总管4中。

注入总管4的加压介质分别沿轴承本体内部管道，即轴向的加压孔2、周向的加压孔3流出至轴承内表面，通过旋转中的轴系将加压介质带入轴与轴承之间的间隙内，从而实现轴系润滑状态的改善。

轴承内部加压孔的开孔位置取决于轴承负荷分布，以中间轴承为例，其最大负荷产生在轴承中点，压力分布满足长度x的三次多项式， 为无量纲长度方向坐标，如图4所示，因此开孔位置可选择图中箭头所指位置，计算得到的压力分布如图6a-图6c所示。

对于传统轴承结果，发明名称为“用于船舶的水润滑静压艉轴承”的专利文件中的模型可将最大液膜压力降低40％，本发明的模型可将最大液膜压力降低75％，确实使液膜压力得到了较大降低，缓解了轴承摩擦，具有较好的应用效果。

在某些特殊情况下，轴系在倾斜状态下运行，此时轴承最大压力点位置向两端偏移，压力分布满足(轴承长度为L)为无量纲长度方向坐标。如图5所示，开孔位置可选择图中箭头所指位置。如上所述，开孔的间距变化为：疏--密--疏(由首自尾)，其疏密程度取决于轴承使用环境。同时，轴承上加压孔的孔径和水压也需要依照轴承负荷进行预设，计算得到的压力分布如图6e-图6f所示。

对于传统轴承结果，发明名称为“用于船舶的水润滑静压艉轴承”的专利文件中的模型可可将最大液膜压力降低22％，本发明模型可将最大液膜压力降低84％，同时可见轴承液膜压力较前两种结构形式更均匀。

实验验证表明，本发明确实使液膜压力得到了较大降低，降幅提升至75％以上，且可以使轴承压力分布更均匀，本发明可有效缓解轴承摩擦负荷。