助浮式轴承及其使用方法
阅读说明：本技术 助浮式轴承及其使用方法 (Floating-assisted bearing and using method thereof ) 是由 邱玉江 王玥晴 于 2021-10-25 设计创作，主要内容包括：一种助浮式轴承及其使用方法,包括主轴、单向阀和增压助浮装置,所述单向阀内设有第一储油腔、阀前腔和阀后腔,所述单向阀的阀芯用于使所述阀前腔内的润滑油单向进入所述阀后腔；所述主轴与所述单向阀可转动连接形成锥面轴承,所述主轴与所述单向阀的连接锥面上设有第一泵入式沟槽,所述主轴转动时将所述第一储油腔内的润滑油泵入所述阀后腔；所述增压助浮装置的输出口与所述阀前腔管道连通,用于开通所述单向阀。在主轴的启动或停机阶段,开启增压助浮装置,使主轴与单向阀的连接锥面上形成油膜,减少锥面螺旋槽轴承启动或停机阶段的摩擦力。(A floating-assistant bearing and a using method thereof comprise a main shaft, a one-way valve and a pressurizing floating-assistant device, wherein a first oil storage cavity, a valve front cavity and a valve rear cavity are arranged in the one-way valve, and a valve core of the one-way valve is used for enabling lubricating oil in the valve front cavity to enter the valve rear cavity in a one-way mode; the main shaft and the one-way valve are rotatably connected to form a conical surface bearing, a first pumping type groove is formed in a connecting conical surface of the main shaft and the one-way valve, and lubricating oil in the first oil storage cavity is pumped into the valve back cavity when the main shaft rotates; and the output port of the pressurizing and floating-assisting device is communicated with the valve front cavity pipeline and is used for opening the one-way valve. And in the starting or stopping stage of the main shaft, the pressurizing and floating-assisting device is started to form an oil film on the connecting conical surface of the main shaft and the one-way valve, so that the friction force of the conical surface spiral groove bearing in the starting or stopping stage is reduced.)
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种助浮式轴承及其使用方法。
背景技术
锥面螺旋槽轴承是一种流体润滑轴承，常被应用于高速立式转子系统中，比如储能飞轮系统，以获取较低的摩擦功耗。传统上，锥面螺旋槽轴承的轴颈/轴瓦常采用钢/铜材料，然而，对于大负载的转子系统，锥面螺旋槽的功耗会大幅增加。为了克服轴承负载增加带来的功耗增加的问题，可以采用低粘度的润滑油润滑，但是，降低润滑油粘度会使轴承达到全流体润滑的转速增高，致使轴承在启动或停机阶段会产生严重的磨损问题，寿命降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种助浮式轴承及其使用方法，以降低锥面螺旋槽轴承启动或停机阶段的摩擦力。
本发明的技术方案是：
一种助浮式轴承，包括主轴、单向阀和增压助浮装置，所述单向阀内设有第一储油腔、阀前腔和阀后腔，所述单向阀的阀芯用于使所述阀前腔内的润滑油单向进入所述阀后腔；所述主轴与所述单向阀可转动连接形成锥面轴承，所述主轴与所述单向阀的连接锥面上设有第一泵入式沟槽，所述主轴转动时将所述第一储油腔内的润滑油泵入所述阀后腔；所述增压助浮装置的输出口与所述阀前腔管道连通，用于开通所述单向阀。
优选的，所述增压助浮装置包括助浮轴，所述单向阀内还设有第二储油腔，所述助浮轴与所述单向阀可转动连接形成锥面轴承，所述助浮轴与所述单向阀的连接锥面上设有第二泵入式沟槽，所述助浮轴转动时将所述第二储油腔内的润滑油泵入所述阀前腔，以开通所述单向阀。
优选的，所述单向阀内还设有连通所述第一储油腔与所述第二储油腔的回流通道。
优选的，所述单向阀的阀体上设有用于与所述主轴连接的石墨轴瓦。
优选的，所述单向阀的阀体上设有用于与所述助浮轴连接的铜轴瓦。
优选的，所述主轴与所述助浮轴共轴设置。
优选的，还包括回转输出装置，所述回转输出装置的输出轴与所述助浮轴传动连接。
前述助浮式轴承的使用方法，包括以下步骤：
在主轴转速低于助浮式轴承的额定转速时，开启增压助浮装置，所述阀前腔内的润滑油经所述单向阀进入所述阀后腔，顶推所述主轴与所述单向阀的连接锥面相分离；在主轴转速不低于助浮式轴承的额定转速时，关闭所述增压助浮装置；其中，主轴转速等于助浮式轴承的额定转速时，所述单向阀关闭，且所述主轴与所述单向阀的连接锥面上形成油膜。
前述助浮式轴承的使用方法，包括以下步骤：
在主轴转速低于助浮式轴承的额定转速时，转动助浮轴，助浮轴的转速高于助浮转速；在主轴转速不低于助浮式轴承的额定转速时，停止转动助浮轴；其中，主轴转速等于助浮式轴承的额定转速时，所述单向阀关闭，且所述主轴与所述单向阀的连接锥面上形成油膜；助浮轴转速等于助浮转速时，所述单向阀开启，且所述主轴与所述单向阀的连接锥面上形成油膜。
本发明的有益效果是：
1.在主轴的正常运转阶段，主轴的转速足以将第一储油腔内的润滑油泵入阀后腔，阀后腔压力大于阀前腔压力，致使单向阀关闭，阀后腔压力不衰减，可以维持主轴与单向阀的分离状态，使主轴与单向阀的连接锥面上形成油膜，减少锥面螺旋槽轴承的摩擦力。在主轴的启动或停机阶段，主轴的转速不足以在主轴与单向阀的连接锥面上形成油膜时，开启增压助浮装置，使阀前腔内的润滑油压力大于阀后腔内的润滑油压力，致使单向阀开通后，阀后腔压力升高，推动主轴与单向阀相分离，使主轴与单向阀的连接锥面上形成油膜，减少锥面螺旋槽轴承启动或停机阶段的摩擦力。
2.增压助浮装置包括助浮轴，且主轴与所述助浮轴共轴设置时，主轴的轴向推力可以传递给助浮轴，主轴对单向阀的径向推力也可以通过单向阀径向传递给助浮轴。
附图说明
图1为一种助浮式轴承的结构示意图。
图2为图1的A部放大图。
附图标记说明，1-单向阀，101-第一储油腔，102-第二储油腔，103-阀前腔，104-阀后腔，105-回流通道，11-阀体，12-阀芯，13-压簧，2-主轴，21-第一泵入式沟槽，3-第一密封环，4-助浮轴，41-第二泵入式沟槽，5-第二密封环。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。
本发明的助浮式轴承，包括主轴2、单向阀1和增压助浮装置。
单向阀1内设有第一储油腔101、阀前腔103和阀后腔104，单向阀1包括阀体11、阀芯12和压簧13，常态(即阀前腔103与阀后腔104压力差不大于单向阀1的开启压力)时，压簧13顶推阀芯12与阀体11连接，阀前腔103与阀后腔104相隔离，单向阀1关闭。阀前腔103与阀后腔104压力差大于单向阀1的开启压力时，阀前腔103内润滑油顶推阀芯12克服压簧13作功，阀芯12与阀体11相分离，阀前腔103与阀后腔104相连通，单向阀1开启，阀前腔103内润滑油进入阀后腔104。
主轴2与单向阀1可转动连接形成锥面轴承，主轴2与单向阀1的连接锥面上设有第一泵入式沟槽21，泵入式沟槽指主轴2转动至正常速度区间时，能够将第一储油腔101内的润滑油泵入阀后腔104，这样，主轴2与单向阀1的连接锥面之间就可以形成油膜，减少锥面螺旋槽轴承的摩擦力。第一泵入式沟槽21为螺旋槽时，主轴2与单向阀1就形成一个螺旋槽轴承。
增压助浮装置的输出口与阀前腔管道连通，用于开通单向阀，且使阀前腔内压力与第一储油腔内压力差能够顶推主轴2与单向阀1的连接锥面相分离。增压助浮装置可以是推拉机构，通过减少阀前腔体积增大阀前腔压力。增压助浮装置可以是增压泵，通过向阀前腔内注入更多润滑油增大阀前腔压力。
使用时，在主轴转速低于助浮式轴承的额定转速时，开启增压助浮装置，所述阀前腔内的润滑油经所述单向阀进入所述阀后腔，顶推所述主轴与所述单向阀的连接锥面相分离；在主轴转速不低于助浮式轴承的额定转速时，关闭所述增压助浮装置；其中，主轴转速等于助浮式轴承的额定转速时，所述单向阀关闭，且所述主轴与所述单向阀的连接锥面上形成油膜。
实施例1：一种助浮式轴承，参见图1-2，包括主轴2、单向阀1和助浮轴4。
单向阀2内设有第一储油腔101、第二储油腔102、阀前腔103和阀后腔104，单向阀1包括阀体11、阀芯12和压簧13，常态(即阀前腔103与阀后腔104压力差不大于单向阀1的开启压力)时，压簧13顶推阀芯12与阀体11连接，阀前腔103与阀后腔104相隔离，单向阀1关闭。阀前腔103与阀后腔104压力差大于单向阀1的开启压力时，阀前腔103内润滑油顶推阀芯12克服压簧13作功，阀芯12与阀体11相分离，阀前腔103与阀后腔104相连通，单向阀1开启，阀前腔103内润滑油进入阀后腔104。
主轴2与阀体11可转动连接形成锥面轴承。具体的，主轴2与阀体11均设有连接锥面。为保持主轴2的轴向稳定性，主轴2的轴承颈还与阀体11圆柱副连接。主轴2的连接锥面或阀体11的连接锥面上设有第一泵入式沟槽21，第一泵入式沟槽21最好设置在主轴2的连接锥面上。泵入式沟槽指主轴2转动至正常速度区间时，能够将第一储油腔101内的润滑油泵入阀后腔104，这样，主轴2与单向阀1的连接锥面之间就可以形成油膜，减少锥面螺旋槽轴承的摩擦力。第一泵入式沟槽21为螺旋槽时，主轴2与阀体11就形成一个螺旋槽轴承。参见图1，为在阀体11内形成第一储油腔101，主轴2的轴承颈与阀体11之间还设有第一密封环3。
助浮轴4与阀体11可转动连接形成锥面轴承。具体的，助浮轴4与阀体11均设有连接锥面。为保持助浮轴4的轴向稳定性，助浮轴4的轴承颈还与阀体11圆柱副连接。助浮轴4的连接锥面或阀体11的连接锥面上设有第二泵入式沟槽41，第二泵入式沟槽41最好设置在助浮轴4的连接锥面上。泵入式沟槽指助浮轴4转动至正常速度区间时，能够将第二储油腔102内的润滑油泵入阀前腔103，且使阀前腔103内压力与第一储油腔101内压力差能够顶推主轴2与单向阀1的连接锥面相分离，这样，主轴2与单向阀1的连接锥面之间就可以形成油膜，减少锥面螺旋槽轴承的摩擦力。第二泵入式沟槽41为螺旋槽时，助浮轴4与阀体11就形成一个螺旋槽轴承。参见图1，为在阀体11内形成第二储油腔102，助浮轴4的轴承颈与阀体11之间还设有第二密封环5。
本实施例中，阀体11内还设有连通第一储油腔101与第二储油腔102的回流通道105。
本实施例中，阀体11上设有用于与主轴2连接的石墨轴瓦。
本实施例中，阀体11上设有用于与助浮轴4连接的铜轴瓦。
本实施例中，主轴2与助浮轴4共轴设置。
本实施例中，为了方便转动助浮轴4，助浮式轴承还包括回转输出装置(未画)，回转输出装置的输出轴与助浮轴4传动连接。回转输出装置可以是电动机。
本实施例的助浮式轴承的使用方法，包括以下步骤：
在主轴转速低于助浮式轴承的额定转速时，转动助浮轴，助浮轴的转速高于助浮转速；在主轴转速不低于助浮式轴承的额定转速时，停止转动助浮轴；其中，主轴转速等于助浮式轴承的额定转速时，所述单向阀关闭，且所述主轴与所述单向阀的连接锥面上形成油膜；助浮轴转速等于助浮转速时，所述单向阀开启，且所述主轴与所述单向阀的连接锥面上形成油膜。一般的，助浮轴的转速低于助浮式轴承的额定转速，即低于主轴正常工作区间的转速。
应当明白，在润滑领域，气体、液体均可以作为润滑材料使用，其摩擦力均小于固体摩擦。因而，本发明的中润滑油应作广义理解，即包括气体液体中的至少一种。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。
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