专利名称：轴向滑动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴向滑动轴承及其运行方法。
为了支承涡轮压气机，经常使用流体动力滑动轴承。通常使用固定式扇形轴承作为轴向滑动轴承。它们由一个带成型圆环面的与轴承箱固定连接的轴承体和一个所谓轴承梳的随轴旋转的平的滑动面组成。成型侧有多个径向的油槽和相应的楔面和定位面(见DE-A13244893)。这些也可以设置在轴承梳上。
在涡轮压气机运行时，由于在平的和成型的表面之间润滑油的中间流，形成了一个有承载能力的流体动力润滑油膜。此润滑油膜的厚度主要取决于轴承负荷，并在高的压力状况下可能很小和约20μm。
通常这种轴向滑动轴承的润滑，由与涡轮压气机连接的内燃机的润滑系统承担。其中，它的流量较大的润滑油只进行粗滤，也就是说具有的网孔大小为约35至50μm。但是，由于涡轮压气机高的转速和此狭小的润滑油隙，涡轮压气机需要稠度更细的润滑油。通常不可能为涡轮压气机设单独的过滤器，或这样做太复杂因而比较昂贵(见DE-A14411617)。
在高的压力状况时，在轴向滑动轴承处的最小油膜尤其是可能小于通过发动机滤的最大的污垢颗粒。这就有可能引起提前磨损轴承表面，特别是楔面。然而若减小了所需的轴承最小楔面，则轴承的运行便不再可靠。在这种情况下必须想到轴承即将损坏。因此，这种涡轮压气机的轴向滑动轴承是一种易受磨损的构件。
由DD49087已知一种叶轮机械的轴向滑动轴承，它由一个与轴承箱固定连接的轴承体、一个随轴旋转的轴承梳以及一个设在这两者之间的润滑油隙组成。润滑油隙设在一个成型的绕轴旋转的圆环面和一个平的固定不动的滑动面之间。圆环面有多个沿径向设置的油槽，每一个油槽有一个沿周向与之相连的楔面，其中油槽和楔面互相交替地排列在圆环面上。油槽向外各以一密封台为界。每个密封台有一个穿过它并沿径向与外部相通的冲洗孔。
但是如此支承的叶轮机械运行时，导致润滑油的很大部分可能经由成型圆环面的边缘，亦即刚好经由楔面向外流出。因此降低了在润滑油隙内形成的压力，使润滑油隙减小。这导致由于污垢颗粒增加磨损，并因而减少轴承的使用寿命。
由DE-U17819938已知一种用于废气涡轮压气机的轴向滑动轴承，其中，设在固定不动的轴承体与旋转的轴承梳之间的一个浮动盘在涡轮压气机轴上运动。此浮动盘有一种两侧设螺旋形油槽的多表面几何结构，这些油槽一直延伸到与轴承体或与轴承梳的接触区。借助于这些槽，一方面在轴承体与浮动盘之间，另一方面在浮动盘与轴承梳之间，各形成一个润滑油膜。
在这种具有浮动盘的方案中，既降低了涡轮压气机的功率损失，又鉴于此双重的润滑油隙提高了其止推轴承的偏斜补偿能力。除此之外，由于盘旋转使相对速度减少到约二分之一的转子转速，并因而显著改善了止推轴承的磨损特性。当然，在这种浮动盘中，最小润滑油膜厚度同样可能小于润滑油的最大污垢颗粒，所以在它使用时也不可能排除上述缺点。
本发明试图避免所有这些缺点。本发明的目的是创造一种磨损小、寿命长的简单和便宜的轴向滑动轴承。除此之外应提供一种运行它的方法。
按本发明为达到此目的采取的措施是，在一种按权利要求1前序部分所述的设备中，润滑油隙的用于在润滑油膜中形成压力所需的成型圆环面设计为绕轴旋转或随轴一起旋转。它有多个沿径向设置的油槽以及各有一个沿周向与之相连的楔面。在每个楔面与楔面相邻的油槽之间设有一个定位面。油槽和楔面沿径向向外以密封台为界。密封台在油槽所在区配设有朝油槽和同样沿径向向外开口的污垢排出槽。
由于这种结构，油槽和它们沿径向向外设计的污垢排出槽旋转，所以包含在粗滤后的润滑油中较大的污垢颗粒，在到达润滑油隙前正好在油槽区内离心分离。在这种情况下，由在径向油槽内润滑油和污垢颗粒上作用的离心力实施这种分离。由于污垢颗粒比重较大，所以它们被向外排出，并与润滑油流一起通过污垢排出槽向外离心分离出去。因此，这些污垢排出槽可以说起到了在成型圆环面与轴承体平的滑动面之间设在最狭窄处的润滑油隙的旁路的作用。
此外，通过不仅作为油槽的而且作为楔面的对外的边界的密封台，达到了在楔面区可以有较少量的润滑油沿径向向上流出。因此改善了压力的形成，其结果是导致较大的润滑油隙、较小的磨损以及最终导致轴承更长的寿命。这一效果通过改善在轴承体平的滑动面与轴承梳成型的圆环面之间形成压力的定位面的配置还可以进一步强化。由于通过污垢排出槽将具有最大承载能力的轴承几何结构与大污垢颗粒的离心分离结合起来，可以使轴承的磨损减少到如此程度，以致可以满足对当代废气涡轮压气机构件的寿命所提出的要求。
本发明的第一种实施例中，成型的圆环面设在轴承梳上，平的滑动面设在轴承体上。因此，润滑油在油槽内随着轴一起旋转，以及污垢颗粒通过污垢排出槽离心分离。因此减少了润滑油隙楔面的磨损，从而可以有利地提高梳形止推轴承的寿命。
在本发明的第二种实施例中，在轴承体与轴承梳之间设有一浮动盘。它在两侧有成型圆环面。无论是轴承梳还是轴承体都设有平的滑动面。在这种情况下，在浮动盘的两个油槽中的润滑油绕轴旋转，污垢颗粒同样通过油槽离心分离。将这种已知的浮动盘与油槽结合，持久地改善了轴承的磨损特性。
特别有利的是每个楔面有一个进口楔深，每个污垢排出槽有一个等于进口楔深0.5-3倍的深度。在这样的尺寸范围内，污垢排出槽的尺寸应设计为，一方面使大的污垢颗粒能够容易地通过相应的污垢排出槽的孔口，另一方面润滑油流又不会过多地通过此污垢排出槽。
设在内燃机润滑油系统中的油滤有这样的网孔大小，即，借助于此油滤根据内燃机的需求进行粗滤。每个污垢排出槽的深度至少相应于此油滤网孔大小的2倍。这样的深度有利地防止了污垢排出槽的堵塞。
特别合乎目的的做法是，每个污垢排出槽的深度设计为小于有关楔面进口楔深的2倍。因此为了导出污垢颗粒所需的润滑油量，更确切地说润滑油消耗量可以减少。
当定位面的所占范围大体为轴承全部楔面所占面积的1/4时，这两种设计形式可获得最佳的轴向滑动轴承的承载力。
附图中借助于一种与内燃机连接的废气涡轮压气机的轴承表示本发明的两种实施例。
其中
图1内燃机和废气涡轮压气机共同的润滑油系统的示意图；图2在废气涡轮压气机的轴向滑动轴承区通过此废气涡轮压气机的局部纵剖面；图3沿图2中线III-III的轴承梳成型圆环面视图；图4沿图3中线IV-IV通过轴承梳的剖视图；图5图3中油槽与污垢排出槽连接区的局部放大图；图6图4中污垢排出槽所在区的局部放大图；图7类似于图2的视图，但具有设在轴承体与轴承梳之间的浮动盘；图8沿图7中线VIII-VIII通过浮动盘的剖面；图9沿图8中线IX-IX通过浮动盘的剖面。
图中只表示了对于理解本发明的重要的构件。设备中没有表示的例如是从内燃机到废气涡轮压气机的废气途径，还有内燃机的进气。润滑油的流动方向和成型圆环面的旋转方向用箭头表示。
润滑油系统1包括储油槽2、将润滑油3从储油槽2输入油管4中的油泵5、油滤6、油管4通向设计为柴油机的内燃机8或通向废气涡轮压气机9的分叉点7、以及各有一条通向储油槽2的回油管10、11。只是示意表示的废气涡轮压气机9有压气机侧12和涡轮侧13，它们通过轴14互相连接起来。无论是压气机侧还是涡轮侧，为了轴14的支承各设有一个径向滑动轴承15。在径向滑动轴承15之间设计有轴向滑动轴承16，用以承受废气涡轮压气机9的轴向力(图1)。
轴向滑动轴承16包括轴承箱17和与轴14的轴颈18固定连接并旋转的轴承梳19，轴承梳19与固定不动的轴承体20配合工作。在轴承体20中布置有设计为径向润滑油通道的供油路21，供油路21的外端与内燃机8和废气涡轮压气机9公共的润滑油系统1连接。径向的润滑油通道21在其里端有一环形通道22(图2)。
轴承体20在其面朝轴承梳19的一侧有平的滑动面23，而轴承梳19面朝轴承体20的一侧设计为成型圆环面24(图2、图3)。在成型的圆环面24和平的滑动面23之间设计有一个确定轴向滑动轴承16承载能力的润滑油隙25。
成型圆环面24由多个分别与一个径向油槽26沿周向连接的楔面27组成。在每个楔面27与和它相邻的油槽26之间的地方，各制有一平的定位面28。无论是油槽26还是楔面27，沿径向向外均以密封台29为界。密封台29在油槽26所在区有沿径向的朝油槽26开口的污垢排出槽30。污垢排出槽30沿径向向外亦即朝轴承箱17的方向同样设计为开口的(图3至图6)。在轴承梳19上正好在其成型圆环面24的根部制有一环槽31，它使油槽26相互连通以及与轴承体的环形通道22连通。
润滑油隙25在成型圆环面24的定位面28与轴承体20平的滑动面23之间设计得最狭窄。槽面27有一个进口楔深32，污垢排出槽30具有的深度33为进口楔深32的1.5倍(图6)。在图1中仅示意表示的油滤6有一种图中没有表示的网孔大小，污垢排出槽30的深度33与之相比增大至约3倍。仅仅是为了能将图2中的污垢排出槽30表示得更清楚，它们的槽宽34与其它构件部分相比尺寸放大了。
在柴油机8工作时所需要的润滑油3借助于油泵5从储油槽2供应并在油滤6中粗滤。润滑油3从那里起经分叉点7在油管4内通往图中没有表示的柴油机8支承点，或通往废气涡轮压气机9的两个径向滑动轴承15和轴向滑动轴承16(图1)。
在轴向滑动轴承16中，润滑油3通过固定不动的轴承体20的径向润滑油通道21、它的环形通道22以及轴承梳19的环槽31输往油槽26(图2)。由于持续不断地从润滑油系统1向油槽26供油、轴承梳19成型圆环面24的旋转以及外部设有密封台29，所以润滑油3从油槽26出发，分别经楔面27进入变窄的润滑油隙25中(图3)。从那里起，润滑油通过中间流引向定位面28，大部分从侧面经密封台29压出，其中，在密封台29与轴承体20平的滑动面23之间构成了最狭窄的润滑油隙25。密封台29使得用于沿径向向外压的润滑油3的流动截面变窄，从而提高了润滑油隙25中的压力，并减小了轴向滑动轴承16的润滑油消耗量。与此同时，在径向油槽26中随轴14一起旋转的润滑油3在离心力作用下分离。在这种情况下，污垢颗粒由于其较大的比重被向外排挤，并随着润滑油3支流经污垢排出槽30向外离心分离出去(图5)。
最后，无论是通过润滑油隙25流动的润滑油3的主流还是通过污垢排出槽30流动的润滑油3和包括污垢颗粒在内的支流，都经过设在轴承箱17中的润滑油出口35流出，再经回油管11送回柴油机8的储油槽2中(图1、图2)。
在第二种实施例中，在固定不动的轴承体20与旋转的轴承梳19之间设一浮动盘36(图7)。浮动盘36两侧有成型圆环面24’，后者设计为与第一种实施例中轴承梳19的圆环面24类似。因此，每个圆环面24’由多个径向的油槽26’和沿周向与之相连的楔面27’以及平的定位面28’组成。油槽26’和楔面27’沿径向向外以密封台29’为界，密封台29’具有类似于第一种实施例设计的污垢排出槽30’。两个圆环面24’的油槽26’通过在浮动盘36内部的斜槽37互相连通(图8、图9)。无论是轴承梳19还是轴承体20，在它们面朝浮动盘36的那一侧均设计为平的滑动面23’(图7)。轴向滑动轴承16’的其它结构与第一种实施例中的基本一致。
在轴向滑动轴承16’的这种设计中，在浮动盘36两侧各设有一个润滑油隙25’。第一个润滑油隙25’在轴承体20的平的滑动面23’与浮动盘36与之面对的成型圆环面24’之间，第二个设在轴承梳19平的滑动面23’与浮动盘36与之面对的成型圆环面24’之间。在这里，润滑油3中的污垢颗粒的分离和离心甩出基本上与在第一种实施例中相同。与第一种实施例不同之处是，浮动盘36的成型圆环面24’不随着轴14一起旋转而是围绕着轴14转动，但这不影响污垢排出槽30’的净化作用。因为通过浮动盘36的旋转在润滑油隙25’中的相对速度降至约轴14转速的一半，所以可以显著改善轴向滑动轴承16’和尤其是其楔面27’和定位面28’的磨损特性。
当定位面28、28’所占的面积大体为轴承楔面27、27’所占面积的1/4时(图3、图8)，则在这两种实施例中可以获得轴向滑动轴承16、16’的最佳承载力。
符号表1润滑系统2储油槽3润滑油4油管5油泵6油滤7分叉点8内燃机、柴油机9废气涡轮压气机10 8的回油管11 9的回油管12压气机侧13涡轮侧14轴15径向滑动轴承16轴向滑动轴承17轴承箱18轴颈19轴承梳20轴承体21供油路，径向润滑油通道22环形通道23平的滑动面24成型的圆环面25润滑油隙26油槽，沿径向的27楔面28定位面29密封台30污垢排出槽31环槽32进口楔深33 30的深度34槽宽35润滑油出口36浮动盘37槽16’轴向滑动轴承23’19和20的滑动面24’36的圆环面25’润滑油隙26’油槽，沿径向的27’楔面28’定位面29’密封台30’污垢排出槽
权利要求
1.轴向滑动轴承，用于支承一根与内燃机(8)连接并通过其润滑油系统(1)供应在油滤(6)中粗滤过的润滑油的废气涡轮压气机(9)的轴(14)，它包括一个与轴承箱(17)固定连接的轴承体(20)、一个随轴(14)旋转的轴承梳(19)、以及至少一个设在这两者之间的润滑油隙(25、25’)，此润滑油隙由一个制成型面的圆环面(24、24’)和一个平的滑动面(23、23’)构成并与供油路(21)连通，其特征为a)设计为绕轴(14)旋转或随轴(14)一起旋转的成型圆环面(24、24’)有多个沿径向布置的油槽(26、26’)和各有一个沿周向与之连接的楔面(27、27’)，在每个楔面(27、27’)和与其相邻的那个油槽(26、26’)之间设一定位面(28、28’)；b)油槽(26、26’)和楔面(27、27’)沿径向向外以一个密封台(29、29’)为界；c)密封台(29、29’)在油槽(26、26’)所在区有朝此油槽(26、26’)以及向外开口的污垢排出槽(30、30’)。
2.按照权利要求1所述的轴向滑动轴承，其特征为在轴承梳(19)上设成型圆环面(24)，在轴承体(20)上设平的滑动面(23)。
3.按照权利要求1所述的轴向滑动轴承，其特征为在轴承梳(19)与轴承体(20)之间设有一个已知的浮动盘(36)，浮动盘(36)两侧具有成型圆环面(24’)，在轴承梳(19)以及在轴承体(20)上均设有平的滑动面(23’)。
4.按照权利要求2或3所述的轴向滑动轴承，其特征为每个楔面(27、27’)有一个进口楔深(32)，每个污垢排出槽(30、30’)具有一个深度(33)，后者相当于进口楔深(32)的0.5至3倍。
5.按照权利要求4所述的轴向滑动轴承，其特征为定位面(28、28’)所占的面积大体为轴向滑动轴承(16)楔面(27、27’)所占面积的1/4。
6.按照权利要求5所述的轴向滑动轴承，其特征为油滤(6)具有一种网孔大小，污垢排出槽(30、30’)的深度(33)至少相当于此网眼大小的2倍。
7.按照权利要求5所述的轴向滑动轴承，其特征为污垢排出槽(30、30’)的深度(33)设计为小于进口楔深(32)的2倍。
8.用于运行按照权利要求1至7之一所述轴向滑动轴承的方法，其特征为包含在经粗滤清的润滑油(3)中的较大的污垢颗粒在到达润滑油隙(25、25’)前被离心分离出去。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征为污垢颗粒的离心分离在油槽(26、26’)区内进行。
全文摘要
本发明的目的是创造一种减少轴向滑动轴承磨损并因而提高其使用寿命的既简单又便宜的解决方案。为此,设在固定不动的轴承体与旋转的轴承梳之间的润滑油隙的成型圆环面设计为绕轴旋转或随轴一起旋转。它有多个沿径向布置的油槽以及各有一个沿周向与之连接的楔面。在每个楔面与和它相邻的油槽之间设一定位面。油槽和楔面沿径向向外以一个密封台为界。密封台有污垢排出槽。因此包含在经粗滤清的润滑油中的较大的污垢颗粒,在到达润滑油隙前被离心分离出去。
文档编号F04D29/04GK1188192SQ9712002
公开日1998年7月22日 申请日期1997年10月10日 优先权日1996年10月11日
发明者M·路思, J·－Y·维罗, R·沃尔拉布 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司