电。为了防止轴承沿与轴线水平方向安装时瓦块掉落，设置可活动瓦3的轴向运动限位结构，具体为:在可活动瓦3外壁下方开设环形限位槽8，止压板10放置在环形限位槽8中，再被紧固螺钉9固定在支撑环5上，其中止压板10与支撑环5之间设置有垫块11，根据可活动瓦3的轴向运动距离需要调整垫块11的高度。
[0032]如图3所示，在支撑环5的下表面设置沉头通孔23，该孔径略大于定位螺钉22的直径，在固定瓦的基体20下表面设置定位螺纹孔21，定位螺钉22穿过沉头通孔23拧入定位螺纹孔21中，完成对固定瓦4的固定。
[0033]如图4所示，可活动瓦3与固定瓦4周向相贴合，形成台阶。推力盘2旋转后带动润滑介质进入瓦块与推力盘的间隙，润滑介质先经过可活动瓦3再到固定瓦4。润滑液膜在两个瓦块区域都是平行的，但由于两瓦块表面的连接处有一个台阶变化，为了保持流动的连续性条件，液膜中必须建立压力分布，从而实现承载。经试验表明，对于阶梯高度固定的普通阶梯轴承，普通阶梯轴承承载能力最大的条件是Ii1Ai2= 1.866，B !/B2= 2.549。当载荷和转速恒定时，液膜厚度h2不变，阶梯高度Qlfh2)为确定值；当载荷或转速改变时，液膜厚度匕发生变化，此时为了保持普通阶梯轴承依然拥有最大的承载能力，则要求阶梯高度随之改变，但普通阶梯轴承的阶梯高度在设计和制造完成时已经被固定，因此普通阶梯轴承只能实现一个工况点的最优承载。为此，本发明提出一种由阻尼垫17支撑的可活动瓦3与固定瓦4组合形成的可变阶梯。阻尼垫受压后变形，改变了可活动瓦的轴向位置，从而改变阶梯高度，当静力平衡时阶梯高度稳定。工况改变后，阻尼垫所受压力改变，变形量发生变化，当静力平衡时阶梯高度处于新的稳定值。总之，该结构的阶梯高度可随工况自适应变化，在一个工况范围内均具有最优承载能力。此外，阻尼垫的变形效应，有利于减少各瓦之间承受负载的差别，起到均载作用，提高轴承抵抗推力盘倾斜的能力。
[0034]上述描述是针对本发明的第一种实施例，如图5所示。阻尼垫内孔24与阻尼垫外孔25处于阻尼垫17的对称中心线上。该实施例的基本特点是阻尼垫17与可活动瓦3的对称中心线重合，即外限位销7和内限位销16在可活动瓦的对称中心线上。该实施例中可活动瓦主要做轴向直线运动。
[0035]参见图6，本发明的可活动瓦组件的第二种实施例结构示意图。图中虚线为阻尼垫的轮廓线，阻尼垫17与可活动瓦3的对称中心线之间存在一个夹角α，这导致阻尼垫17承载中心并非与可活动瓦3的几何中心重合，而存在一个周向偏心，这种偏心有利于可活动瓦产生倾斜。此时，除了阶梯结构形成动压承载液膜外，可活动瓦在运转过程中能利用阻尼垫变形自动调节倾角，形成动压润滑。这种实施例在阶梯轴承的基础上引入了可倾瓦轴承的优点，使轴承即具有优秀的承载能力，又提高了稳定性，还明显降低普通可倾瓦推力轴承的高度。Θ为瓦块包角，偏心率α / Θ 一般取0.55?0.6。
[0036]如图2中的阻尼垫17，其材料可用高分子粘弹阻尼材料或智能阻尼材料，根据运用环境、工况条件以及性能需求进行选材和性能设计，例如运用于暴露在海水中的舰船轴承，则需要具有较好的抗海水腐蚀、耐冲击、抗蠕变性和较长使用寿命。阻尼垫性能设计主要为硬度和强度设计。固定瓦的表层19和可活动瓦的表层13，其选材也应根据应用场合来定，例如油润滑时常用巴氏合金，水润滑时可考虑采用橡胶、高分子材料或浸渍石墨。此外，本发明针对的是推力滑动轴承，但其可变阶梯和阻尼减振的设计思路也可用于径向滑动轴承。
[0037]本发明提供的可变阶梯阻尼推力轴承，其工作过程如下:
[0038]轴承浸在润滑剂中，转轴带动推力盘旋转，润滑剂被推力盘带入到推力盘与承载瓦组件之间的间隙中，润滑剂经过可活动瓦与固定瓦形成的台阶时建立液膜压力分布，形成与载荷方向相反的液膜力；作用在可活动瓦上的压力迫使阻尼垫变形，台阶高度发生变化，液膜压力分布随之改变，液膜力变化；当液膜力与载荷相等时，台阶高度和液膜压力分布确定，轴承稳定工作；当工况(转速或载荷)改变时，液膜压力随之变化，阶梯高度改变，直至形成与载荷相等的液膜力，轴承重新达到稳定工作状态。轴承工作时，转轴的振动经过液膜传递到轴承瓦块上，瓦背的阻尼垫吸收振动能量，起到减振隔振的效果。
【主权项】
1.一种可变阶梯阻尼推力轴承，其特征是该轴承主要由自上而下排列的压头(I)、推力盘(2)、多套可活动瓦组件、多片固定瓦(4)和支撑环(5)组成，其中:推力盘(2)通过压头(I)与该轴承的转轴连接，三者同轴线固连在一起；一套可活动瓦组件与一片固定瓦(4)贴合形成一套台阶高度可变的承载瓦组件，多套承载瓦组件周向装于支撑环(5)上，共同承担轴向总载荷；从推力盘(2)的旋转方向看，每套承载瓦组件的可活动瓦组件安装在固定瓦⑷之前。2.根据权利要求1所述的可变阶梯阻尼推力轴承，其特征在于每套可活动瓦组件主要由可活动瓦(3)、阻尼垫(17)、止压板(10)和垫块(11)组成，其中:可活动瓦(3)与阻尼垫(17)相贴合，它们分别被与之相连的内限位销(16)和外限位销(7)约束在支撑环(5)的平面上；在可活动瓦(3)外壁下方开设环形限位槽(8)，止压板(10)放置在环形限位槽(8)中，再被紧固螺钉固定在支撑环(5)上；垫块(11)设置在止压板(10)与支撑环(5)之间。3.根据权利要求2所述的可变阶梯阻尼推力轴承，其特征在于所述的外限位销(7)和内限位销(16)，它们分别穿过阻尼垫(17)的外孔和内孔后安装进可活动瓦(3)的基体和支承环(5)的盲孔中，其中:外限位销(7)和内限位销(16)与可活动瓦(3)的基体的盲孔和阻尼垫(17)的外孔及内孔之间均为间隙配合，与支承环(5)上的盲孔为过盈配合。4.根据权利要求3所述的可变阶梯阻尼推力轴承，其特征在于所述的外限位销(7)和内限位销(16)，其外壁设置绝缘材料，防止可活动瓦与支撑环之间导电。5.根据权利要求3所述的可变阶梯阻尼推力轴承，其特征在于所述的阻尼垫(17)的外孔和内孔处于阻尼垫(17)的对称中心线上，装配时该阻尼垫(17)与可活动瓦(3)两者的对称中心线重合，使可活动瓦(3)主要做轴向直线运动。6.根据权利要求3所述的可变阶梯阻尼推力轴承，其特征在于所述的阻尼垫(17)的外孔和内孔处于阻尼垫(17)的对称中心线上，装配时该阻尼垫(17)与可活动瓦(3)两者的对称中心线相交，相交时夹角与可活动瓦(3)的包角的比值取0.55?0.6，使可活动瓦(3)在运转过程中能利用阻尼垫变形自动调节倾角，形成动压润滑。7.根据权利要求2所述的可变阶梯阻尼推力轴承，其特征在于所述的阻尼垫(17)采用高分子粘弹阻尼材料或智能阻尼材料制成。8.根据权利要求1所述的可变阶梯阻尼推力轴承，其特征在于所述的固定瓦(4)用螺钉紧固在支撑环(5)上。9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的可变阶梯阻尼推力轴承的用途，其特征在于该轴承用于水润滑或油润滑中。10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于用于水润滑或油润滑中时，该轴承在一个工况范围内均具有最优承载能力，提高轴承变工况工作性能，特别适合舰船等对振动噪声要求高的场合。
【专利摘要】本发明涉及一种可变阶梯阻尼推力轴承，该推力轴承主要由自上而下排列的压头(1)、推力盘(2)、多套可活动瓦组件、多片固定瓦(4)和支撑环(5)组成，其中：推力盘(2)通过压头(1)与该轴承的转轴连接，三者同轴线固连在一起；一套可活动瓦组件与一片固定瓦(4)贴合形成一套台阶高度可变的承载瓦组件，多套承载瓦组件周向装于支撑环(5)上，共同承担轴向总载荷；从推力盘(2)的旋转方向看，每套承载瓦组件的可活动瓦组件安装在固定瓦(4)之前。本发明可用于诸如舰船等常处于变工况运行、存在推力盘倾斜以及对承载能力和减振性能要求较高的轴承设计中。
【IPC分类】F16C33/04, F16C17/08
【公开号】CN105114446
【申请号】CN201510584955
【发明人】欧阳武, 刘正林, 严新平, 梁兴鑫
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月15日