运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承的制作方法

本发明涉及轴承领域，具体地说是一种运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承。

背景技术：

轴承是用来支承轴类零件的重要机械部件。主要分滑动轴承和滚动轴承两种。对于轴承有以下主要性能要求：支承精度、支承刚度、低摩擦系数和耐磨损。这就要求轴承是一种很精密的机械部件，还要求它有足够大的承载能力。为了达到好的减摩和耐磨性能，还需要轴承具有较好的润滑性能。发展至今，虽然轴承技术比较成熟，但均建立在传统的润滑理论基础上。目前，滚动轴承和滑动轴承各应用于不同场合，各有其优势。由于本发明涉及的是滑动轴承，现将现有滑动轴承类型和技术归纳如下：

从润滑机理上，滑动轴承分为混合摩擦滑动轴承和流体润滑滑动轴承两种。前者依靠边界吸附膜和流体动压效应实现润滑，用于低速、轻载和不重要场合；后者依靠流体膜实现润滑，用于重要场合，应用更为广泛。流体润滑滑动轴承是滑动轴承的主体，又分为流体动压润滑滑动轴承和流体静压润滑滑动轴承两种。流体静压润滑滑动轴承依靠外界液压系统供油，靠油压支承载荷，靠液压油进行润滑，制造精度高、结构较复杂、成本较高，用于要求支承刚度大、支承精度高和承载能力大的重要场合。流体动压润滑滑动轴承依靠流体动压效应实现润滑，具有结构较简单、成本较低、性能较好的优点，是一种应用更为广泛和常见的滑动轴承。它又分为流体动压润滑向心滑动轴承和流体动压润滑推力滑动轴承两种。前者用于支承径向载荷，后者用于支承轴向载荷。以下介绍现有主要流体动压润滑推力滑动轴承类型及其特点。

一、倾斜平面瓦块轴承，这种轴承如图1所示。它依靠上下两表面间形成的收敛间隙和这两个表面间的相对运动实现流体动压效应，从而实现润滑。这种轴承有较大承载能力，有较好减摩和耐磨性能。

这种轴承分成两种，一种是上表面和下表面均不能绕支点转动的固定瓦块轴承，另一种是其中一个表面可绕支点转动的可倾瓦块轴承。在良好设计下，可倾瓦块轴承比固定瓦块轴承有更大的承载能力。

二、锯齿形瓦块轴承，这种轴承如图2所示。它的工作和润滑机理同上一种轴承。在相同条件下它的承载能力比上一种轴承低得多。

三、斜面平台瓦块轴承，这种轴承如图3所示。它的工作和润滑机理同上两种轴承。在相同工况下它的最大承载量比倾斜平面固定瓦块轴承的最大承载量高出20％。

四、瑞利阶梯轴承，这种轴承如图4所示。它的工作和润滑机理同前面轴承。相比于前面三种轴承，在相同工况下它的最大承载量最高，比倾斜平面固定瓦块轴承的最大承载量高出28％。

根据传统流体润滑理论，图1-图4所示传统轴承均依赖两固体表面间形成的收敛楔形间隙，在运动表面带动下，润滑油从收敛楔形间隙的大截面带进去，从它的小截面带出来，从而使润滑油在收敛楔形间隙中受到挤压进而产生油压，润滑油膜就具备承载能力，从而形成流体动压润滑轴承。按照传统流体润滑理论，两固体表面间形成的发散楔形间隙中是不可能形成流体动压润滑油膜的，这时就不可能形成轴承。因为此时在运动表面带动下，润滑油从发散楔形间隙的小截面带进去，而从它的大截面被带出来，这样润滑油在发散楔形间隙中就不会受到挤压，也就不会产生油压，不具备承载能力，不能形成润滑油膜。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承。与传统流体润滑理论相悖，这种轴承两接触表面间形成发散的楔形间隙。与图3所示传统斜面平台瓦块推力滑动轴承相反，这种轴承入口区的表面间隙小于它的出口区的表面间隙。按照传统流体润滑理论，这种轴承应当是不成立的，因为润滑油从发散楔形间隙的小截面带进去，而从它的大截面被带出来，润滑油在这样的间隙中没有被挤压，也就不能形成油压，不具备承载能力。但是，如果这种轴承入口区的静止接触表面为具有较弱物理吸附能力的憎油涂层表面而使润滑油膜在轴承入口区的静止接触表面上产生滑移，润滑油膜在轴承的其余表面上不发生滑移，由于润滑油膜在本轴承入口区静止接触表面上的滑移，在运动表面带动下使得流入本轴承入口区小截面的润滑油流量反而大于流出轴承出口区大截面的润滑油流量，从而使得润滑油在这样的发散楔形间隙中也能受到挤压进而产生油压，润滑油膜就具备承载能力。这样就形成本发明所指的运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承。

本发明在传统轴承忌讳的发散的楔形间隙下，仅运用界面滑移技术，就实现了具有一定承载能力的异形斜面平台推力滑动轴承，在技术上，本发明具有突出的进步和创造性。本发明轴承具有制造容易、结构简单、成本低廉的优点。

本发明的技术解决方案是：

一种运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承，如图5，包括一块固定瓦块(1)，固定瓦块(1)工作表面包括平台面(2)和斜面(3)，固定瓦块(1)的斜面(3)和固定瓦块(1)的平台面(2)之间的夹角为θ，θ的取值范围为：1.0×10^-5°≤θ≤1.0×10^-3°，平台面(2)是憎油涂层表面，斜面(3)是固定瓦块(1)的亲油涂层表面或是固定瓦块(1)的亲油自然表面；另有一块具有平面B(6)的运动平板(4)，平面B(6)是运动平板(4)的亲油自然表面或是运动平板(4)的亲油涂层表面。使运动平板(4)与固定瓦块(1)配对，使运动平板(4)的平面B(6)与固定瓦块(1)的平台面(2)相互平行。固定瓦块(1)和运动平板(4)之间就形成了楔形间隙，运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动方向为由这个楔形间隙的小端指向这个楔形间隙的大端，在这个楔形间隙里充满润滑油(5)，这个楔形间隙的小端处间隙值即轴承入口区润滑油(5)膜厚度为hi，本发明要求：

这样，润滑油(5)膜在平台面(2)上就产生滑移，这里，τs0＝uη/hi，Ho＝ho/hi，τsa是润滑油(5)和平台面(2)间的界面剪切强度，u是运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动速度，η是润滑油(5)工作时的动力粘度，ho为轴承出口处润滑油(5)膜厚度(见图5)。润滑油(5)膜在平台面(2)上滑移，润滑油(5)膜在平面B(6)和斜面(3)上均不滑移，这样就形成了本发明所指的运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承。本发明轴承最优工作条件是：ψ＝l1/l2＝0.5，这里，l1为斜面(3)的宽度，l2为平台面(2)的宽度；在此条件下，这种轴承具有最大承载能力。

进一步地，固定瓦块(1)的平台面(2)为氟碳涂层表面，固定瓦块(1)的斜面(3)为二氧化钛涂层表面，运动平板(4)的平面B(6)为二氧化钛涂层表面。

本发明的有益效果是：

本发明运用界面滑移技术，采用表面涂层方法设计出一种异形斜面平台推力滑动轴承。本发明轴承适用于轴承入口区表面间隙小于轴承出口区表面间隙的场合，这是传统斜面平台推力滑动轴承达不到的。本发明轴承具有可观的承载能力，具有良好的润滑油膜和较低的摩擦系数值，能起到较好的减摩耐磨和节能效果，在机械设备上作支承部件用。

本发明具有以下优点：

(1)本发明轴承适用于轴承入口区表面间隙小于轴承出口区表面间隙的场合。

(2)本发明轴承含有良好的润滑油膜，具有良好的减摩、节能性能，具有一定的承载能力。

(3)本发明轴承结构简单，制造容易，成本低廉。

附图说明

图1是现有倾斜平面瓦块轴承的结构示意图；

图2是现有锯齿形瓦块轴承的结构示意图；

图3是现有斜面平台瓦块轴承的结构示意图；

图4是现有瑞利阶梯轴承的结构示意图；

图5是本发明实施例运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承的结构示意图；

图6是本发明实施例中的不同θ下轴承内的无量纲润滑油(5)膜压力分布图；

图7是本发明实施例中不同下轴承的无量纲承载量(W)随ψ的变化曲线图；

图8是本发明实施例中不同θ下轴承的无量纲承载量(W)随的变化曲线图；

图9是不同θ值下本发明实施例中轴承的固定瓦块(1)处的摩擦系数fa值图；

图10是不同θ值下本发明实施例中轴承的运动平板(4)处的摩擦系数fb值图。

其中，u为运动平板相对于固定瓦块的运动速度，w为单位接触长度上轴承支承的载荷，hi为轴承入口区润滑油(5)膜厚度，ho为轴承出口处润滑油(5)膜厚度，l1为斜面(3)的宽度，l2为平台面(2)的宽度，θ为固定瓦块(1)的斜面(3)和固定瓦块(1)的平台面(2)之间的夹角；两板块之间的间隙中充满润滑油，润滑油(5)膜在平台面(2)上滑移，润滑油(5)膜在斜面(3)和平面B(6)上均不滑移。

图5中：1-固定瓦块，2-平台面，3-斜面，4-运动平板，5-润滑油，6-平面B

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承，如图5，包括一块固定瓦块(1)，固定瓦块(1)工作表面包括平台面(2)和斜面(3)，固定瓦块(1)的斜面(3)和固定瓦块(1)的平台面(2)之间的夹角为θ，θ的取值范围为：1.0×10^-5°≤θ≤1.0×10^-3°，平台面(2)是憎油涂层表面，斜面(3)是固定瓦块(1)的亲油涂层表面或是固定瓦块(1)的亲油自然表面；另有一块具有平面B(6)的运动平板(4)，平面B(6)是运动平板(4)的亲油自然表面或是运动平板(4)的亲油涂层表面。使运动平板(4)与固定瓦块(1)配对，使运动平板(4)的平面B(6)与固定瓦块(1)的平台面(2)相互平行。固定瓦块(1)和运动平板(4)之间就形成了楔形间隙，运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动方向为由这个楔形间隙的小端指向这个楔形间隙的大端，在这个楔形间隙里充满润滑油(5)，这个楔形间隙的小端处间隙值即轴承入口区润滑油(5)膜厚度为hi，本发明要求：

这样，润滑油(5)膜在平台面(2)上就产生滑移，这里，τs0＝uη/hi，Ho＝ho/hi，τsa是润滑油(5)和平台面(2)间的界面剪切强度，u是运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动速度，η是润滑油(5)工作时的动力粘度，ho为轴承出口处润滑油(5)膜厚度(见图5)。润滑油(5)膜在平台面(2)上滑移，润滑油(5)膜在平面B(6)和斜面(3)上均不滑移，这样就形成了本发明所指的运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承。本发明轴承最优工作条件是：ψ＝l1/l2＝0.5，这里，l1为斜面(3)的宽度，l2为平台面(2)的宽度；在此条件下，这种轴承具有最大承载能力。

本发明轴承适用于轴承入口区表面间隙小于轴承出口区表面间隙的场合，这是传统斜面平台推力滑动轴承达不到的。本发明轴承具有一定的承载能力和较低的摩擦系数，具有良好的润滑油膜，能起到较好的减摩、节能效果，在机械设备上作支承部件用。

实施例中，该种运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承，由固定瓦块(1)和运动平板(4)组成本轴承，两块板块由各种牌号钢材制成，但不排除使用其它材料制成。该种运用界面滑移的异形斜面平台推力滑动轴承，润滑油(5)和平台面(2)间的界面剪切强度τsa须满足以下条件式：

这样，润滑油(5)膜在平台面(2)上就产生滑移，这里，τs0＝uη/hi，Ho＝ho/hi，u是运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动速度，η是润滑油(5)工作时的动力粘度，ho为轴承出口处润滑油(5)膜厚度；运动平板(4)以速度u相对于固定瓦块(1)滑动，速度u的方向为由固定瓦块(1)的平台面(2)一端指向固定瓦块(1)的斜面(3)一端即由轴承表面间楔形间隙的小端指向楔形间隙的大端，如图5。润滑油(5)膜在平台面(2)上滑移，润滑油(5)膜在平面B(6)和斜面(3)上均不滑移；平台面(2)是憎油涂层表面，斜面(3)是固定瓦块(1)的亲油涂层表面或是固定瓦块(1)的亲油自然表面，平面B(6)是运动平板(4)的亲油自然表面或是运动平板(4)的亲油涂层表面。

图5给出实施例轴承的结构示意图。图5中，u为运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动速度，w为单位接触长度上轴承支承的载荷，hi为轴承入口区润滑油(5)膜厚度，ho为轴承出口处润滑油(5)膜厚度，l1为斜面(3)的宽度，l2为平台面(2)的宽度，θ为固定瓦块(1)的斜面(3)和固定瓦块(1)的平台面(2)之间的夹角。润滑油(5)膜在平台面(2)上滑移，润滑油(5)膜在斜面(3)和平面B(6)上均不滑移；两板块之间的间隙中充满润滑油(5)，平台面(2)是憎油涂层表面，斜面(3)是固定瓦块(1)的亲油涂层表面或是固定瓦块(1)的亲油自然表面，平面B(6)是运动平板(4)的亲油自然表面或是运动平板(4)的亲油涂层表面。

与图3所示的传统流体动压润滑斜面平台瓦块推力滑动轴承相比，本发明轴承在结构上有实质变化，它采用轴承表面间发散的楔形间隙，突破了传统润滑技术的禁区，实现了润滑油膜润滑，具有一定的承载能力和较低的摩擦系数。本发明轴承制造容易，成本低廉，具有良好润滑、减摩、节能性能，适用于特定的场合。因此，本发明轴承的技术优势和应用价值是十分明显的。

实施例中，运动平板(4)和固定瓦块(1)均为钢材制造，固定瓦块(1)的平台面(2)为(憎油的)氟碳涂层表面，固定瓦块(1)的斜面(3)为(亲油的)二氧化钛涂层表面，运动平板(4)的平面B(6)为(亲油的)二氧化钛涂层表面，润滑油(5)为国产30号机油，润滑油(5)工作时动力粘度为η＝0.01Pa·s，运动平板(4)的运动速度为u＝20m/s，hi/(l1+l2)＝2.5×10^-4，轴承入口区润滑油(5)膜厚度hi为2μm，工作时润滑油(5)与平台面(2)间的界面剪切强度τsa为0.01MPa。轴承工作时，润滑油(5)膜在平台面(2)上滑移，润滑油(5)膜在平面B(6)和斜面(3)上均不滑移：

(1)当l1＝2.65mm，l2＝5.3mm，θ＝1.0×10^-3°时，得到的本发明轴承单位长度量纲承载量为w＝8.42×10⁵N/m，固定瓦块(1)上的摩擦系数为0.00059，运动平板(4)上的摩擦系数为0.00058。

(2)当l1＝2.65mm，l2＝5.3mm，θ＝1.0×10^-4°时，得到的本发明轴承单位长度量纲承载量为w＝9.56×10⁵N/m，固定瓦块(1)上的摩擦系数为0.00058，运动平板(4)上的摩擦系数为0.00057。

(3)当l1＝2.65mm，l2＝5.3mm，θ＝1.0×10^-5°时，得到的本发明轴承单位长度量纲承载量为w＝9.60×10⁵N/m，固定瓦块(1)上的摩擦系数为0.00058，运动平板(4)上的摩擦系数为0.00057。

从实施例看出，本发明轴承属一种异形斜面平台推力滑动轴承，它的入口区的轴承表面间隙低于它的出口区的轴承表面间隙；本发明轴承具有一定的承载能力和较低的摩擦系数，具有良好的减摩、节能性能，应用于机械设备上，胜任特定的工作场合，解决了传统轴承不能解决的技术问题。

本发明原理说明如下：

根据已往建立的界面滑移理论，在本发明设计的轴承中，由于润滑油(5)膜在固定瓦块(1)的平台面(2)上滑移而在平面B(6)和斜面(3)上均不滑移，如图5，即使在轴承入口区表面间隙小于轴承出口区表面间隙的情形下，在运动平板(4)的运动带动下，流入轴承的润滑油(5)流量大于流出轴承的润滑油(5)流量。这样，轴承内的流体流动的流量平衡条件就被打破，润滑油(5)在轴承中不断积聚受到挤压从而形成油压。轴承内形成的润滑油(5)膜压力使轴承入口区和出口区中分别产生压力梯度流动(即Poiseuille流动)，入口区和出口区中产生的压力梯度流动分别使流入轴承的润滑油(5)流量减小，使流出轴承的润滑油(5)流量增大，最终使流入轴承的润滑油(5)总流量等于流出轴承的润滑油(5)总流量，从而维持了润滑油(5)在轴承中的流动连续性。这就是说，由于润滑油(5)膜在固定瓦块(1)的平台面(2)上滑移而在平面B(6)和斜面(3)上均不滑移，在合适的固定瓦块(1)的斜面(3)的倾角θ下，本发明轴承内必然能形成润滑油(5)膜压力，形成的润滑油(5)膜压力使本发明轴承具有支承载荷的能力。由于润滑油(5)膜的存在和润滑油(5)与平台面(2)间的界面剪切强度较低，本发明轴承具有较低的摩擦系数，轴承表面磨损极轻微。这就是本发明轴承的原理。

图6给出当hi/(l1+l2)＝2.5×10^-4、和ψ＝l1/l2＝0.5时本发明实施例中的不同θ下轴承内的无量纲润滑油(5)膜压力分布。图6中，X＝x/(l1+l2)，P＝phi/(uη)，p是润滑油(5)膜(量纲)压力。从图6看出，随着θ减小，本发明轴承内的润滑油(5)膜压力增大。

图7给出当hi/(l1+l2)＝2.5×10^-4和θ＝1×10^-4°时本发明实施例中不同下轴承的无量纲承载量(W)随ψ的变化曲线。图7中，W＝w/(uη)，w为单位接触长度上轴承支承的载荷，u为运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动速度，η为润滑油(5)工作时的动力粘度，ψ＝l1/l2。从图7看出，在其它工况参数相同条件下，随着的减小，本发明轴承的承载能力增大；对于给定的工况，存在一个最优的ψ值，在该ψ值下本发明轴承的承载能力达到最大，这个最优的ψ值几乎不受影响，取为0.5。

图8给出当hi/(l1+l2)＝2.5×10^-4和ψ＝l1/l2＝0.5时本发明实施例中不同θ下轴承的无量纲承载量(W)随的变化曲线。图8中，W的定义与图7中的相同，τsa是润滑油(5)和平台面(2)间的界面剪切强度，u是运动平板(4)相对于固定瓦块(1)的运动速度，η是润滑油(5)工作时的动力粘度，hi为轴承入口区润滑油(5)膜厚度(见图5)。从图8看出，对于给定的工况，随着减小，本发明轴承的承载量线性增大，这意味着润滑油(5)和平台面(2)间的界面剪切强度τsa的减小和继而引发的更显著的润滑油(5)膜在平台面(2)上的滑移使本发明轴承的承载能力增大，从中看出本发明设计的润滑油(5)膜在平台面(2)上的滑移带来的非常显著的有益的技术效果。

图9给出当hi/(l1+l2)＝2.5×10^-4和ψ＝l1/l2＝0.5时不同θ值下本发明实施例中轴承的固定瓦块(1)处的摩擦系数fa值。图9中，的定义与图8中的相同。从图9看出，本发明轴承的固定瓦块(1)处的摩擦系数值是比较低的，这个摩擦系数值甚至比传统流体润滑斜面平台瓦块推力滑动轴承的摩擦系数值低得多。这表明本发明轴承有较好的减摩和节能效果。从图9还看出，随着减小，本发明轴承的固定瓦块(1)处的摩擦系数值(fa)线性减小，这意味着润滑油(5)和平台面(2)间的界面剪切强度τsa的减小和继而引发的更显著的润滑油(5)膜在平台面(2)上的滑移使本发明轴承的固定瓦块(1)处的摩擦系数值(fa)减小。从中看出本发明设计的润滑油(5)膜在平台面(2)上的滑移带来的另一个非常显著的有益的技术效果即减小轴承摩擦系数。

图10给出当hi/(l1+l2)＝2.5×10^-4和ψ＝l1/l2＝0.5时不同θ值下本发明实施例中轴承的运动平板(4)处的摩擦系数fb值。图10中，的定义与图8中的相同。从图10看出，本发明轴承的运动平板(4)处的摩擦系数值是比较低的，这个摩擦系数值甚至比传统流体润滑斜面平台瓦块推力滑动轴承的摩擦系数值低得多。这表明本发明轴承有较好的减摩和节能效果。从图10还看出，随着减小，本发明轴承的运动平板(4)处的摩擦系数值(fb)线性减小，这意味着润滑油(5)和平台面(2)间的界面剪切强度τsa的减小和继而引发的更显著的润滑油(5)膜在平台面(2)上的滑移使本发明轴承的运动平板(4)处的摩擦系数值(fb)减小。从中看出本发明设计的润滑油(5)膜在平台面(2)上的滑移带来的另一个非常显著的有益的技术效果即减小轴承摩擦系数。