专利名称：一种不偏心承载滑动轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滑动轴承，适用于转速、载荷相对固定的单、双转向机械之中，特别适用于各类透平发电机组之中作为径向承载轴承。
现行的动压滑动轴承，不论其结构形式如何，均具有以下二个特点，即(1)承载力是由轴的园周切线速度以及它相对于轴承的偏心距所形成的，偏心使润滑流体的流速和动压沿环隙发生变化，从而产生与负荷相平衡的升力。因此，偏心承载是现行滑动轴承的第一特性(2)在润滑膜中普遍地存在泰勒涡-一种伴随剪切流绕环隙旋转的螺旋运动族，由于它的存在，将加激流体间的动量交换，使阻力矩上升，升力降低。又由于泰勒涡随转速上升是不断分裂的，分裂过程将导致润滑膜丧失稳定。因此，泰勒涡及其对轴承动力学的不利影响的存在是现行滑动轴承的第二特征。
对于小偏心的高速轻载滑动轴承来说，由于其轴颈在处于零偏心位置时不产生承载力，因此抗干扰能力很低，但却存在强烈的自激震源，如轴心的半频涡，以及润滑膜中的泰勒涡，其涡旋强度，在高速同心环隙中均比低速偏心环隙中为大。因此极易导致油膜震荡，使轴承丧失稳定。而对于低速重载的滑动轴承来说，又由于这种轴承的刚度很低，过大的偏心距易引起轴承的干摩擦和烧轴现象。因此，在现行滑动轴承工作原理的限制下，无论对轴承采取何种结构形式，实质上只能在稳定性和刚度之间寻求一种折衷的解决方案。但却无法同时既满足提高轴承的刚度，又提高其稳定性的双重目的。因此，限制了它的应用。此外，在大型滑动轴承中，如果平均间隙较大，轴颈转速较高，其雷诺数接近临值界时，偏心将使滑膜产生湍流，使阻力矩激增。这是目前超临界发电机组中的难题之一。
本发明的目的是，提供一种刚度大、稳定性高而阻力矩小的不偏心承载滑动轴承。
本发明是这样构成的在轴瓦的水平位置上设置径向滑槽，在滑槽中放置耐磨的可滑动挡板，挡板后面装有弹簧，弹簧使挡板与轴颈的表面密贴。本发明就是采用这种可径向移动的挡板来阻断润滑膜绕轴的连续循环流动，迫使它产生一种有压的科特Coutte流，以获得不偏心承载力，利用挡板还可以用来破坏泰勒涡的生成与发展条件，以避免它对轴承动力学性能的不利影响，从而使这种轴承具有刚度大和稳定性高的特性。
本发明与现有技术相比具有的优点(1)在轴承不产生偏心的情况下就具有设计规定的承载能力。(2)能滤除普遍存在于润滑膜中的泰勒涡，从而提高了滑动轴承的动力学特性和润滑膜的稳定性。(3)由于优点(1)，可以减小轴颈与轴瓦间的平均间隙，这一特点在大型滑动轴承中，具有非常重要的意义，例如用在大型发电机组上，可以减小转子与定子间的磁隙，以提高发电机效率;还可以使在轴颈直径为450mm-600mm，转速为3000rpm的超临界型发电机组的滑动轴承中的润滑膜避免出现湍流而呈完全的层流状态，从而极大地减小阻力矩，减少能耗，并大幅度提高轴承的刚度和稳定性。这一点在常规滑动轴承中是很难做到的。
图1 不偏心承载滑动轴承主视2 不偏心承载滑动轴承的A-A剖视3 不偏心承载滑动轴承的B-B剖视4 实验区内测压点布置及流速沿径向的分布5 实验区内压强为线性区段的分布6 两块挡板区间的压力分布图(挡板θ相距180°)图7 设置一块挡板的滑动轴承的压力分布8-11的a图为不同压力梯度及转速下的圆周切线速度分布8-11的b图为相应的径向流速分布图结合附图对本发明作进一步说明图1-3为一种单转向不偏心承载滑动轴承，它包括上轴瓦1、下轴瓦2、轴颈3、密封件7、补油通道5和油杯6等。其特征是在滑动轴瓦的水平分界面上设置一个径向滑槽9，在滑槽9中放置一块耐磨的可滑动挡板11，挡板后面装有片簧8，片簧8使挡板11与轴颈3的表面密贴。滑槽9沿轴向的长度比承载长度略小，沿径向的宽度及其垂直方向上高度只要满足安装要求即可。滑动挡板11为整体或多体组合式结构，其材料要求具有良好的耐磨性，其摩擦系数尽可能小和一定的强度。挡板11与轴颈在轴向的整个接触面上应全部密贴。
当轴以一定的速度旋转时，润滑流体在旋转表面的带动以及挡板的阻滞下，将形成一有压的流动。若环隙是由同心圆柱面组成的，这种流动就称为有压同心环隙科特Couette流(见图4、5)。此时，它的压强梯度
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θ为一常量，其值取决于轴颈圆周的切线速度与轴承间隙的大小。对于360°滑动轴承来说仅采用一块挡板，其合力将垂直指向上，可用它来平衡垂直向下的静载荷，因而具有无偏心承载能力。轴承的设计载荷一般大于实际静载荷，可调节挡板的轴向长度或用可调针阀17调节挡板前后的压差使它们相等。而且在运转过程中，载荷也可能是变动的，此时设计载荷与实际动载荷存在差值，它将使轴颈相对于轴承产生相应的偏心量，因而形成一偏心环隙有压科特Couette流，并由它产生额外的升力来与之平衡，显然这种偏心与由动载荷绝对值产生的偏心量相较要小得多。由于挡板同时阻断了润滑流体的循环运动，因此，也就阻止了泰勒涡的发生和发展，防止了由于它们的存在对轴承动态性能产生的不利影响。这一点可从图8-11得到证明，图8-11的a图为不同压力梯度及转速下的圆周切线速度分布图，图8-11的b图为相应的径向流速分布图，由于径向流速值分布处处为零，表明泰勒涡已经滤除。因此，利用挡板可使轴承产生升力，利用挡板来滤除泰勒涡形成了本发明的二个显著特点。图4及图5中的1-13为测压接口，x为压力分布的线性区段。
挡板滑槽的后腔与油膜相应高压区相通，以平衡挡板与轴颈接触面外的高压。挡板轴向长度较轴承的承压段略短。在轴承承压段外侧开有二环形回油槽4(图2、3中)，它通过补油通路5与润滑油杯6相通(图3中)，以保证轴承缝隙部分充满润滑流体。在环形回油槽4两侧的环隙，由于无挡板阻滞，将形成泰勒涡系，可利用它来阻挡润滑油的外泄。
轴瓦也可以做成椭园形截面或袋形结构，以利于补油降温，此时由于缝隙宽与
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θ的分布是非线性的，其无偏心承载力仍垂直向上。挡板上、下分别是润滑膜的低压区12与高压区10，低压区12和高压区10通过油路14、15与油杯16连通，构成润滑油的冷却与过滤系统。实现自动循环工作。而无需外油压源的补给。在油路14、15中安置的可调针阀17是用来调节循环油量，以及不偏心承载力的。
以空气做为润滑介质，对采用二块相距120°的挡板，在不同圆周切线速度(2.5m/s～80m/s)时，对不同运动状态(层流或湍流)下的润滑膜，进行过大量的同心与偏心环隙有压科特Couette流实验。实验证明采用挡板阻滞润滑流体的循环运动可使其产生无偏心承载力，又由于挡板对泰勒涡充分抑制，故润滑膜在任意转速下均可以处于高度稳定状态。证实了不偏心承载滑动轴承的设计理论是完全正确的。在两块挡板相距为180°的180°承载轴承上(图6)，也将得到相同的结论，这种轴承可实现轴颈的正反双向转动。用润滑油作介质亦如此。
图8-11为以空气为介质，两块挡板相距θ＝120°，在不同压力梯度下的速度曲线。
图8的试验条件轴颈的圆周切线速度V0＝19.8m/s，雷诺数Re＝14520，压力梯度
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θ＝51039N/m2，试验空气温度t＝16℃。
图9的试验条件轴颈的圆周切线速度V0＝9.9m/s，雷诺数Re＝7260，压力梯度
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θ＝10.278N/m2，试验空气温度t＝17℃。
图10的试验条件轴颈的圆周切线速度V0＝9.8m/s，雷诺数Re＝7186，压力梯度
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θ＝0.571N/m2，试验空气温度t＝20℃。
图11的试验条件轴颈的圆周切线速度V0＝2.5m/s，雷诺数Re＝1833，压力梯度
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θ＝1.41N/m2，试验空气温度t＝19℃。
图8-11中u-切向流速 v＝径向流速
权利要求
1.一种不偏心承载滑动轴承，它包括轴瓦、轴颈等，本发明的特征是在轴瓦的水平位置上设置径向滑槽，在滑槽中放置耐磨的可滑动挡板，挡板后面装有弹簧，弹簧使挡板与轴颈的表面密贴，以阻断润滑膜的循环流动，从而使轴承在不偏心条件下产生径向承载力，并破坏泰勒涡的生成与发展，使这种轴承具有刚度大，阻力小和稳定性高等特点。
2.根据权利要求1所述的不偏心承载滑动轴承，其特征是挡板11上、下形成的高低压区10与12、经油路13、14、15及针阀17与油杯16连通，而实现润滑油的自动冷却和过滤，针阀17用来调节润滑油的流量以及不偏心的承载力。
全文摘要
一种不偏心承载滑动轴承，用于转速、载荷相对固定的单、双转向的机电工业之中。该轴承的轴瓦上安置了可径向滑动的挡板以阻挡润滑膜绕轴的循环流动，迫使其形成为有压科特Couette流以产生承载力。挡板还抑制了润滑膜中泰勒涡Toylor Vortices的发展，削弱其对轴承动力学的不利影响。轴承诸参量在满足给定工况条件下还可使其阻力矩为最小。因此这种轴承无论对轻载高速或重载中、低速来说都具有刚度大、稳定性高和阻力矩低的特点。
文档编号H02K5/167GK1067487SQ9210527
公开日1992年12月30日 申请日期1992年7月9日 优先权日1992年7月9日
发明者荣深涛 申请人:北方交通大学