一种轴承及轴承供油装置
阅读说明：本技术 一种轴承及轴承供油装置 (Bearing and bearing oil supply device ) 是由 成献礼 苏帆 高恩宇 孔令波 郇一恒 姜秀鹏 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种轴承及轴承供油装置,涉及航空航天技术领域。该轴承供油装置包括从外到内依次同轴设置的外筒、导油环、储油环和内筒,以及位于外筒和内筒之间的滚子；储油环设置有内腔和供油口,供油口贯穿储油环的侧壁并与内腔连通；供油口设置在储油环靠近导油环的侧壁上；滚子位于导油环沿内筒的轴向的一侧或者两侧；内腔用于存放润滑油,润滑油能够经由供油口流入导油环,导油环能够将润滑油导流至滚子。该轴承包括内轴、外轴以及轴承供油装置,内轴套设在内筒的管腔内,外轴套设在外筒的侧壁外。本发明的轴承及轴承供油装置,与传统的仅采用多孔材料环作为储油器的设备相比,大幅延长了轴承用润滑油的供油周期。(The invention provides a bearing and a bearing oil supply device, and relates to the technical field of aerospace. The bearing oil supply device comprises an outer cylinder, an oil guide ring, an oil storage ring, an inner cylinder and a roller positioned between the outer cylinder and the inner cylinder, wherein the outer cylinder, the oil guide ring, the oil storage ring and the inner cylinder are coaxially arranged from outside to inside in sequence; the oil storage ring is provided with an inner cavity and an oil supply port, and the oil supply port penetrates through the side wall of the oil storage ring and is communicated with the inner cavity; the oil supply port is arranged on the side wall of the oil storage ring close to the oil guide ring; the rollers are positioned on one side or two sides of the oil guide ring along the axial direction of the inner cylinder; the inner cavity is used for storing lubricating oil, the lubricating oil can flow into the oil guide ring through the oil supply port, and the oil guide ring can guide the lubricating oil to the roller. The bearing comprises an inner shaft, an outer shaft and a bearing oil supply device, wherein the inner shaft is sleeved in a tube cavity of the inner tube, and the outer shaft is sleeved outside the side wall of the outer tube. Compared with the traditional equipment which only adopts a porous material ring as an oil reservoir, the bearing and the bearing oil supply device greatly prolong the oil supply period of the lubricating oil for the bearing.)
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种轴承及轴承供油装置。
背景技术
动量轮是卫星姿态控制系统的关键执行部件。其中，动量轮中最关键最核心的部件是轴承单元，轴承单元的使用寿命很大程度上决定了动量轮的使用寿命，而轴承单元的使用寿命往往取决于其润滑油的供油周期。
航天轴承润滑技术与常规轴承润滑技术相比具有其特殊性，主要表现在空间润滑材料、环境及运动工况与大气环境迥异，通常涉及超高真空、高低温交变、高低速和多次启停等复杂的工况。并且，航天器一旦发射出去，无法实现中途补充润滑油。另外，由于动量轮轴承组件的负载较小，轴承的疲劳损伤通常不是动量轮失效的原因，大部分情况下，轴承单元的失效是因为润滑失效导致的。因此，针对轴承单元的长期持续的供油对动量轮的寿命至关重要。
图1为现有技术中的轴承供油装置的结构示意图。如图1所示，传统的动量轮轴承单元的供油系统，在外筒100和内筒400之间多采用整体的多孔材料制作的导油环200作为储油器。导油环200在真空中浸油，含油量大概在15％左右，这种方法可以确保轴承单元3年～5年的供油效果，再要求延长供油时长，比如10年或以上，传统的设计和方法就无能为力了。由于多孔材料本身的特点，如果要求增加这种材料的含油率，就需要增加它的平均孔径，而平均孔径的增加将导致初期供油速度变大，提前消耗完毕所有的储存润滑油，所以通过增加材料含油率的方法也不能解决上述难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴承及轴承供油装置，有助于解决上述技术问题。
本发明是这样实现的：
一种轴承供油装置，其包括从外到内依次同轴设置的外筒、导油环、储油环和内筒，以及位于所述外筒和所述内筒之间的滚子；所述储油环设置有内腔和供油口，所述供油口贯穿所述储油环的侧壁并与所述内腔连通；所述供油口设置在所述储油环靠近所述导油环的侧壁上；所述滚子位于所述导油环沿所述内筒的轴向的一侧或者两侧；所述内腔用于存放润滑油，所述润滑油能够经由所述供油口流入所述导油环，所述导油环能够将所述润滑油导流至所述滚子。
上述轴承供油装置的润滑油储存在储油环的内腔中，轴承转动时，在离心力的作用下，润滑油从供油口通过导油环渗入到外筒和内筒之间的滚道中，对滚子起到补充轴承润滑的作用。根据设计原理，润滑油从储油环的内腔通过导油环进入轴承滚道的阻力与导油环的径向厚度H、导油环的轴向长度L有关。其中，径向厚度H越小，轴向长度L越大，则导油环对润滑油的阻力越大，润滑油通过导油环渗入到轴承滚道的速度越小，供油装置的寿命就越长。上述轴承供油装置由于设置了储油环，故无需通过增大导油环的体积来储存润滑油，所以，在导油环的轴向长度L有限的条件下，导油环的径向厚度H可以设置得足够小，以满足轴承单元润滑油的长期稳定供应。
进一步地，所述导油环的内径小于或者等于所述外筒的内径，且大于或者等于所述内筒的外径。其技术效果在于：该设置使得导油环的两端出油直接进入外筒和内筒之间的滚道，保证了润滑油在导油环之外的供应通畅。
进一步地，所述供油口呈环形条状，所述供油口的长度方向沿所述储油环的周向延伸。其技术效果在于：由于储油环是环形或者筒形结构，而条状的供油口的长度方向沿储油环的周向延伸形成环状，能够尽可能大的增加润滑油在离心力下的径向流通量，避免润滑油在导油环中沿周向分布不均。
进一步地，所述内腔中靠近所述导油环的内壁与所述导油环之间的距离，沿所述储油环的两端至所述供油口的方向逐渐变小。其技术效果在于：该结构设计使得储油环的内腔中的润滑油在离心力的作用下易于全部流向供油口，防止内腔存留润滑油。
进一步地，所述供油口包括多个通孔。其技术效果在于：利用通孔来替代环形条状的供油口，不仅能够减少供油速度，还可以进一步增加储油环的结构强度，防止储油环在轴承的长期转动过程中发生形变。
进一步地，所述储油环上还设置有透气孔；所述透气孔设置在所述储油环靠近所述内筒的侧壁上。其技术效果在于：透气孔的作用在于向储油环的内腔导入气体，以利于润滑油向外输送。为了保证气体的流入而防止润滑油从透气孔泄露，可以将透气孔设置为单向流通孔。
进一步地，所述内腔中还设置有支撑杆；所述支撑杆沿所述储油环的径向延伸，所述支撑杆的两端分别连接所述储油环的内壁。其技术效果在于：储油环在轴承的转动过程中受到来自多个方向的作用力，在其内部腔室中设置支撑杆，能够保证润滑油的储存空间以及储油环的外部轮廓形状，避免发生储油环形变影响了润滑油的正常供应。
进一步地，所述导油环由多孔材料制成。其技术效果在于：多孔材料在保证外形结构稳定的同时能够对润滑油实现导流，满足长期供油的设计要求。另外，多孔材料的平均孔径也能够影响润滑油在导油环中的流动速度。多孔材料的平均孔径越大，供油速度越大。由于导油环的径向厚度H可以设置得足够小，所以，无需用于储油的多孔材料的平均孔径也可以设计得较小。
进一步地，所述滚子为球面滚子或者圆柱滚子。其技术效果在于：球面滚子或者圆柱滚子应设置在导油环的轴线方向上的两侧。而球面滚子或者圆柱滚子的长期使用稳定性也更高。
一种轴承，其包括内轴、外轴以及上述的轴承供油装置，所述内轴套设在所述内筒的管腔内，所述外轴套设在所述外筒的侧壁外。
本发明的有益效果是：
本发明的轴承及轴承供油装置，设计了储存润滑油用的储油环，导油环仅用于输送润滑油而不用于储存润滑油，在导油环的轴向长度L有限的条件下，导油环的径向厚度H可以设置得足够小，与传统的仅采用多孔材料环作为储油器的设备相比，大幅延长了轴承用润滑油的供油周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术中的轴承供油装置的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的轴承供油装置的结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的轴承供油装置的第二种结构示意图；
图4为本发明第二实施例提供的轴承供油装置的结构示意图；
图5为本发明第三实施例提供的轴承供油装置的结构示意图；
图6为本发明第四实施例提供的轴承供油装置的结构示意图；
图7为本发明第五实施例提供的轴承供油装置的结构示意图；
图8为本发明第六实施例提供的轴承的结构示意图。
图标：100-外筒；200-导油环；300-储油环；310-内腔；320-透气孔；330-支撑杆；400-内筒；500-滚子；600-内轴；700-外轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和标注的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
第一实施例：
图2为本发明第一实施例提供的轴承供油装置的结构示意图，图3为本发明第一实施例提供的轴承供油装置的第二种结构示意图。请参照图2，本实施例提供一种轴承供油装置，其包括从外到内依次同轴设置的外筒100、导油环200、储油环300和内筒400，以及位于外筒100和内筒400之间的滚子500；储油环300设置有内腔310和供油口，供油口贯穿储油环300的侧壁并与内腔310连通；供油口设置在储油环300靠近导油环200的侧壁上；滚子500位于导油环200沿内筒400的轴向的一侧或者两侧；内腔310用于存放润滑油，润滑油能够经由供油口流入导油环200，导油环200能够将润滑油导流至滚子500。
进一步地，可选地，如图2所示，导油环200的内径小于或者等于外筒100的内径，且大于或者等于内筒400的外径。
进一步地，可选地，如图2所示，供油口呈环形条状，供油口的长度方向沿储油环300的周向延伸。
优选地，如图3所示，为了便于快速高效地将储油环300套设在内筒400的外侧，应将内筒400沿其轴线方向设置为分别独立且能够组装的三个部分，其中中间的部分与储油环300相对应。具体地，内筒400两端的两个部分的外径大于储油环300的内径，而内筒400中间部分的外径等于或者略小于储油环300的内径。在组装时，先将储油环300套设在内筒400的中间部分，再将内筒400的三个部分组装完毕。
本实施例的轴承供油装置的工作原理和操作方法如下：
润滑油储存在储油环300的内腔310中，轴承转动时，在离心力的作用下，润滑油从供油口通过导油环200渗入到外筒100和内筒400之间的滚道中，对滚子500起到补充轴承润滑的作用。根据设计原理，润滑油从储油环300的内腔310通过导油环200进入轴承滚道的阻力与导油环200的径向厚度H、导油环200的轴向长度L有关。其中，径向厚度H越小，轴向长度L越大，则导油环200对润滑油的阻力越大，润滑油通过导油环200渗入到轴承滚道的速度越小，供油装置的寿命就越长。上述轴承供油装置由于设置了储油环300，故无需通过增大导油环200的体积来储存润滑油，所以，在导油环200的轴向长度L有限的条件下，导油环200的径向厚度H可以设置得足够小，以满足轴承单元润滑油的长期稳定供应。
第二实施例：
图4为本发明第二实施例提供的轴承供油装置的结构示意图。请参照图4，本实施例提供一种轴承供油装置，其与第一实施例的轴承供油装置大致相同，二者的区别在于本实施例的轴承供油装置的内腔310中靠近导油环200的内壁与导油环200之间的距离，沿储油环300的两端至供油口的方向逐渐变小。
第三实施例：
图5为本发明第三实施例提供的轴承供油装置的结构示意图。请参照图5，本实施例提供一种轴承供油装置，其与第一实施例或者第二实施例的轴承供油装置大致相同，二者的区别在于本实施例的轴承供油装置中的供油口包括多个通孔。
第四实施例：
图6为本发明第四实施例提供的轴承供油装置的结构示意图。请参照图6，本实施例提供一种轴承供油装置，其与第一实施例、第二实施例或者第三实施例的轴承供油装置大致相同，二者的区别在于本实施例的轴承供油装置中的储油环300上还设置有透气孔320；透气孔320设置在储油环300靠近内筒400的侧壁上。
其中，透气孔320的作用在于向储油环300的内腔310导入气体，以利于润滑油向外输送。为了保证气体的流入而防止润滑油从透气孔320泄露，可以将透气孔320设置为单向流通孔。例如，在透气孔320的中部设置一个圆锥状的腔室，其中圆锥状腔室的大口端朝向导油环200而小口端朝向内筒400，在圆锥状腔室内从外到内分别设置螺旋弹簧和封堵圆球。静置状态下，螺旋弹簧将封堵圆球顶推至圆锥状腔室的小口端，将透气孔320的通路封堵，防止润滑油从透气孔320泄露。而在轴承转动的状态下，润滑油在离心力的作用下全部甩离储油环300靠近内筒400的侧壁，且此时在离心力的作用下，封堵圆球驱使螺旋弹簧压缩打开透气孔320的通路，此时，外界空气从缝隙进入储油环300的内腔，利于润滑油向外流动。
第五实施例：
图7为本发明第五实施例提供的轴承供油装置的结构示意图。请参照图7，本实施例提供一种轴承供油装置，其与第一实施例至第四实施例的轴承供油装置大致相同，二者的区别在于本实施例的轴承供油装置中的内腔310内还设置有支撑杆330；支撑杆330沿储油环300的径向延伸，支撑杆330的两端分别连接储油环300的内壁。
在上述任一实施例的基础上，进一步地，如图7所示，导油环200由多孔材料制成。多孔材料的平均孔径也能够影响润滑油在导油环200中的流动速度。多孔材料的平均孔径越大，供油速度越大。由于导油环200的径向厚度H可以设置得足够小，所以，无需用于储油的多孔材料的平均孔径也可以设计得较小。
值得说明的是，由于工艺的复杂性，很难控制多孔材料的平均孔径，但是多孔材料制作的导油环200的厚度H以及导油环200与储油腔的重合长度(相当于导油环200的轴向长度L)可以由简单的机械加工保证，因此可以很容易地调整储油装置供油的速度。
在上述任一实施例的基础上，进一步地，如图1～图7所示，滚子500为球面滚子500或者圆柱滚子500。
第六实施例：
图8为本发明第六实施例提供的轴承的结构示意图。请参照图8，本实施例提供一种轴承，其包括内轴600、外轴700以及上述任一实施例的轴承供油装置，内轴600套设在内筒400的管腔内，外轴700套设在外筒100的侧壁外。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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