用于轴轴承装置的可倾瓦块和轴轴承装置的制造方法
【专利摘要】用于轴轴承装置的可倾瓦块(12)，具有基体(15)，基体具有一个由在轴向上延伸的瓦块前缘(17)，由同样在轴向上延伸的瓦块后缘(18)和由在周向上在瓦块前缘和瓦块后缘之间延伸的侧缘边(19，20)限制的滑动轴承面(16)，其中，一个位于比靠近瓦块前缘(17)更靠近瓦块后缘(18)处的、在轴向上延伸的槽(22)被引入到滑动轴承面(16)中。
【专利说明】用于轴轴承装置的可倾瓦块和轴轴承装置
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于轴轴承装置的可倾瓦块。此外本发明涉及一种轴轴承装置。
[0002]由US6，361，215B1已知一种用于滑动支承旋转的轴的轴轴承装置，其包括轴承基体和多个容纳在轴承基体上的、在周向上相继地定位的可倾瓦块。可倾瓦块中的每个具有一个滑动轴承面，其一方面由在轴向上延伸的瓦块前缘以及同样在轴向上延伸的瓦块后缘和另一方面由在周向上在瓦块前缘和瓦块后缘之间延伸的侧缘边限制。由US6，361，215B1此外已知，在这种轴轴承装置上可以使用所谓的受控润滑或浸没润滑，其中，所谓的浸没润滑具有较好的减振的优点而受控润滑具有较小的机油消耗并且因此具有较小的损失功率的优点。为了提供一种具有较小的损失功率和同时减小的振动特性的轴轴承装置，按照US6，361，215B1在可倾瓦块的开始处，与瓦块前缘相邻地，引入一个在轴向上延伸的槽，所谓的前缘槽(Leading Edge Groove)，经由该槽向可倾瓦块供给机油。同样在滑动轴承面中引入在周向上延伸的槽，该槽与侧缘边相邻地延伸并且一直延伸到可倾瓦块的瓦块后缘的区域中。
[0003]从US6，361，215B1已知的可倾瓦块的这些在周向上延伸的槽减少各个可倾瓦块的机油的侧边流出。通过这种减少的机油侧流，一个限定的机油量被输送到在瓦块端部处的扩散的润滑缝隙中并且负责改善对所谓的同步的和所谓的次同步的振动的减振。
[0004]由US6，485，182B1已知另一个具有可倾瓦块的轴轴承装置，其中，按照现有技术该可倾瓦块经由在相邻的可倾瓦块之间构成的缝隙被供给机油。
[0005]在从现有技术中已知的具有可倾瓦块的轴轴承装置中存在的问题是，尤其是在运行中相对较小承载的可倾瓦块有出现所谓的瓦块颤动的倾向。
[0006]所谓的瓦块颤动在轴承本身中描述引起的次同步的振动。这些振动通过未承载的可倾瓦块在两个不同的平衡点之间的持续的振动产生。可倾瓦块在此情况下不能够占据稳定的位置并且因此是不稳定的。所谓的瓦块颤动可以例如由于缺少润滑而产生。当润滑缝隙不能够完全被充满润滑剂时是这种情况。在轴中心点和轴承中心点之间的偏心率变得非常大时可以出现这种情况。在此情况下，在未承载的和承载的可倾瓦块之间的润滑缝隙宽度可以许多倍地相互偏离，由此供给的润滑剂的量不再能够完全地充满未承载的可倾瓦块的强烈增大的润滑缝隙。
[0007]在极端情况下，瓦块颤动导致瓦块滑动面与轴表面的固体接触并且由此导致瓦块的受损或甚至毁坏。
[0008]—种用于减小瓦块颤动的可能性在于，为轴承配备浸没润滑，由此整个轴承被充满润滑剂。在此情况下通常在结构上在轴承壳的轴向轴承端上使用一个侧边密封，它限制经由可倾瓦块加热的润滑油从轴承壳中出来的机油侧流。由此，由于限制的从滑动轴承中的热润滑油的流出，润滑膜温度显著较高并且此外由于增大的液体摩擦损失功率也较高。这种用于抑制或减小瓦块颤动的机器调整是非常昂贵的。
[0009]迄今未知有借此可以借助于简单的措施安全地和可靠地避免所谓的瓦块颤动的解决方案。
[0010]从此处出发，本发明基于的任务是，创造一种新型的用于轴轴承装置的可倾瓦块和一种新型的轴轴承装置。
[0011]这个任务通过一种按照权利要求1所述的可倾瓦块解决。按照本发明，在滑动轴承面中引入一个比靠近瓦块前缘更靠近瓦块后缘的、在轴向上延伸的槽。通过本发明可以安全地和可靠地避免尤其是在轴轴承装置的相对较小承载的可倾瓦块处的所谓的瓦块颤动。
[0012]在在轴向上延伸的槽的过渡部处，在从在轴向上延伸的槽的底部到滑动轴承面的垂直方向上，该滑动轴承面一直延伸到瓦块后缘，形成一个在可倾瓦块和通过这个轴轴承装置支承的轴之间的缝隙高度的变窄部。由于这个缝隙变窄部，以及由于在轴和轴承之间的速度差和因为润滑剂粘附在轴表面上，导致动液压力的建立。
[0013]由于轴向延伸的槽在周向上比靠近瓦块前缘更靠近瓦块后缘，并且由此缝隙变窄部也比靠近瓦块前缘更靠近瓦块后缘，因此在轴和可倾瓦块之间的扩散的区域中发生附加的动液压力的建立。在扩散的区域中动液压力的产生导致，在可倾瓦块和轴之间的这个扩散的区域被填充润滑剂。扩散的区域的完全的充满否则仅仅通过浸没轴承才有可能，浸没轴承防止侧面的润滑剂流出。对扩散的缝隙的填充防止可倾瓦块在现在被填充的扩散的缝隙的方向上运动，由此有效地克服瓦块颤动。
[0014]建立的动液压力导致在正是这个可倾瓦块和这个轴之间的扩散的缝隙区域中润滑剂被填充到可倾瓦块和轴之间的缝隙中。由此在轴和可倾瓦块之间的润滑剂的不同热度的层之间也发生热交换。
[0015]在此情况下在轴表面的区域中的传热通过部分地转变成具有相应的增大的努塞尔特数(Nu)的湍流的流态而得到极大的改善以及部分地产生也在轴的周向上指向的泰勒涡流，它同样导致改善的传热和由此在总体上轴的温度和轴承的温度水平下降。
[0016]按照一个有利的扩展方案，在轴向上延伸的槽的纵向中心轴线被定位在滑动轴承面的一个部段中，该部段在滑动轴承面的在瓦块前缘处以0%开始的和在瓦块后缘处以100%结束的周向延伸Ul的方向上处在滑动轴承面的周向延伸Ul的60%和90%之间，优选在60%和80%之间，特别优选在70%和80%之间。由此可以特别有利地克服瓦块颤动。
[0017]按照另一个有利的扩展方案，对于在在轴向上延伸的槽的在周向上延伸的槽宽U2和滑动轴承面的在瓦块前缘和瓦块后缘之间延伸的周向延伸Ul之间的比例VU=U2/U1，适用比例0.02彡VU彡0.20，优选比例0.05彡VU彡0.20，特别优选比例0.05彡VU彡0.10。这些措施也允许有效地抵制可倾瓦块的瓦块颤动。
[0018]按照另一个有利的扩展方案，对于在在轴向上延伸的槽的在轴向上延伸的槽长L2和在滑动轴承面的侧缘边之间延伸的轴向延伸LI之间的比例VL=L2/L1，适用比例0.5彡VL〈1.0，优选比例0.6彡VL〈1.0，特别优选比例0.7彡VL〈1.0。该措施也有利于抑制在轴轴承装置的可倾瓦块处的瓦块颤动。
[0019]最好在滑动轴承面中引入一个在周向上延伸的槽，它从瓦块前缘出发，延伸到在轴向上延伸的槽中。通过在周向上延伸的槽，可以从瓦块前缘出发将油输送到在轴向上延伸的槽中。输送到这个在轴向延伸的槽中的油此时比从瓦块前缘在周向上输送到滑动面上的油经历较小的受热。通过由于动液压力对油产生的附加的拦截，因此在扩散的缝隙区域中发生不同加热的油流的热交换。这同样导致轴表面的冷却和在整体上在轴轴承装置中的温度水平的降低。如已描述的那样，通过形成的动液压力环境，可以不仅抑制瓦块颤动，而且此外可以使位于轴表面上的、层状特征的热油层(油膜)裂开。
[0020]与US6，361，215B1不同，在本发明中，槽不是用于拦阻在滑动轴承中的热油，以填充扩散的缝隙，而是借助于按照本发明的可倾瓦块实现，热油可以从滑动轴承流出并且在轴承中的温度水平可以被降低。
[0021 ]针对在周向上延伸的槽附加地或最好备选地，在轴向上延伸的槽可以具有一个斜面并且是这样的，即在周向上看在轴向上延伸的槽的槽深在瓦块后缘的方向上增大。由此也可以使层状特征的热油层裂开并且产生湍流的油流动以及在轴的旋转方向分布的泰勒祸流，以改善轴的排热。
[0022]本发明的优选的扩展方案由从属权利要求和以下的描述中得到。本发明的实施例借助于附图进行详细解释，而本发明不限于这些实施例。在此示出:
图1:轴轴承装置在轴向视线方向上的示意图；
图2:按照本发明的用于轴轴承装置的第一可倾瓦块的透视图；
图3:按照本发明的用于轴轴承装置的第二可倾瓦块的透视图；
图4:按照本发明的用于轴轴承装置的第三可倾瓦块的透视图；和图5:按照本发明的用于轴轴承装置的第四可倾瓦块的透视图。
[0023]在此处的本发明涉及一种用于滑动支承旋转的轴的轴轴承装置以及一种用于这种轴轴承装置的可倾瓦块。
[0024]图1强烈示意地在轴向视线方向上示出用于滑动支承旋转的轴13的轴轴承装置10，其中，轴轴承装置10具有由两个分环I Ia，I Ib构成的轴承基体11，在周向上看多个可倾瓦块12相继地容纳在轴承基体中。可倾瓦块12在周向上在径向外部地围绕要支承的轴13布置，其中，在相邻的可倾瓦块12之间各形成一个缝隙14，用于在可倾瓦块12的流入棱边，SP在轴的旋转方向上的前缘，的方向上输入润滑油以及从可倾瓦块12的流出棱边，即在轴的旋转方向上的后缘，排出热油。
[0025]图2示出按照本发明的第一变型的用于这种轴轴承装置10的可倾瓦块12的实施方式的透视图。
[0026]可倾瓦块12具有基体15，基体形成滑动轴承面16，其中，滑动轴承面16由在轴向上延伸的瓦块前缘17，同样在轴向上延伸的瓦块后缘18以及在周向上在瓦块前缘17和瓦块后缘18之间延伸的侧缘边19，20限制。
[0027]瓦块前缘17是可倾瓦块12的基体15的那个在轴向上延伸的棱边，该棱边在要支承的轴13的旋转方向上看被定位在前面。瓦块后缘18在要支承的轴13的旋转方向上看被定位在后面。要支承的轴的旋转方向在图2中通过箭头21表示。
[0028]在此处的本发明的意义上，在滑动轴承面16的一个处于比靠近瓦块前缘17更靠近瓦块后缘18的部段中将一个在轴向上延伸的槽22引入到滑动轴承面16中。
[0029]可倾瓦块12在运行中通过作用力被加载，其中，可倾瓦块12的滑动轴承面16的那个部段，在该部段中在运行中最大的作用力在相应的可倾瓦块12上出现，被称为相应的可倾瓦块12的主承载区。在轴向上延伸的槽22在此在周向上看被定位在这个主承载区和瓦块后缘18之间。
[0030]在运行中，在在轴向上延伸的槽22中，该槽相对于瓦块前缘17更靠近瓦块后缘18定位，聚积机油，由此然后在运行中建立一个附加的动液压力，它产生用于相应的可倾瓦块12的预张力。由此可以抑制在该相应的可倾瓦块12上的所谓的瓦块颤动。
[0031]如已经描述的，被引入到滑动轴承面16中的、在轴向上延伸的槽22比靠近瓦块前缘17更靠近瓦块后缘18地定位，即在可倾瓦块12的所谓的主承载区和可倾瓦块12的瓦块后缘18之间。在轴向上延伸的槽22的纵向中心轴线定位在滑动轴承面16的一个部段中，该部段在滑动轴承面16的、在瓦块前缘17处以0%开始的和在瓦块后缘18处以100%结束的周向延伸Ul的方向上处在滑动轴承面16的周向延伸Ul的60%和90%之间，优选在60%和80%之间，特别优选在70%和80%之间。
[0032]当在轴向上延伸的槽22的纵向中心轴线和由此槽22被设置在滑动轴承面16的一个这样地定位的部段中时，则可以特别有效地克服瓦块颤动。
[0033]对于在在轴向上延伸的槽22的在周向上延伸的槽宽U2和在相应的可倾瓦块12的滑动轴承面16的在瓦块前缘17和瓦块后缘18之间延伸的周向延伸Ul之间的比例VU=U2/U1，适用以下的比例0.02彡VU彡0.20，优选适用比例0.05彡VU彡0.20，特别优选适用比例0.05彡VU彡0.10。
[0034]具有这种槽宽U2的槽22证明特别有利于抑制瓦块颤动。
[0035]在轴向上延伸的槽22在图2的实施例中由四个槽壁限制，即由在轴向上延伸的、与瓦块后缘18面对的第一槽壁23，同样在轴向上延伸的、与瓦块后缘18相背的第二槽壁24和由在第一槽壁23和第二槽壁24之间延伸的两个侧面的槽壁25，26限制。在分别在轴向上延伸的第一槽壁23和第二槽壁24之间的间距确定槽22的槽宽U2，其中，在侧面的槽壁25，26之间的间距确定在轴向上延伸的槽22的在轴向上延伸的槽长L2。对于在在轴向上延伸的槽22的在轴向上延伸的槽长L2和滑动轴承面16的在侧缘边19，20之间延伸的轴向延伸LI之间的比例VL=L2/L I，适用比例0.5彡VL〈 1.0，优选适用比例0.6彡VL〈 1.0，特别优选适用比例0.7彡VL〈1.0o
[0036]在图2的变型中，在轴向上延伸的槽22，其在可倾瓦块12的滑动轴承面16上形成，由槽壁23，24，25和26四周地限制，其中，槽22在径向上看具有恒定的槽深。
[0037]图3示出图2的可倾瓦块12的一个扩展方案，其中，图3的变型与图2的变型的区别在于，在可倾瓦块12的滑动轴承面16中引入另一个槽27，即在周向上延伸的槽27，它从瓦块前缘17出发延伸到在轴向上延伸的槽22中。通过这个在周向上延伸的槽27，可以从瓦块前缘17出发将机油输送到在轴向上延伸的槽22中。由此引起动液压力的建立，其一方面在运行中使在轴13的轴表面上形成的、层状特征的热油层裂开，和另一方面负责湍流式的油流动以及在要支承的轴13的旋转方向上分布的、可能的泰勒涡流，由此总体上导致从滑动面16和轴表面13的更好的排热。
[0038]在图3的变型中，这个在周向上延伸的槽27通入在轴向上延伸的槽22的轴向的槽长L2的中点。与此相应地，图4示出本发明的一个扩展方案，其中在周向上延伸的槽22与滑动轴承面16的侧壁19，20中的一个相邻地延伸并且在一个与侧面的槽壁25相邻的侧面的部段中通入在轴向上延伸的槽22中。
[0039]图5示出可倾瓦块12的另一个变型，其中，在图5中仅仅存在在轴向上延伸的槽22，但是没有在周向上延伸的槽。相反，在轴向上延伸的槽22通过一个斜面表征，即这样地，从与瓦块后缘18背离的槽壁24出发，槽22的槽深在与瓦块后缘18面对的槽壁23的方向上增大。
[0040]在此情况下，按照图5的图，槽深最好斜坡式地线性地增大，即持续地或者说连续地在与瓦块后缘18面对的槽壁23的方向上增大。
[0041]该斜面也可以以一个半径实施。
[0042]由此也可以支持油供给到在轴向上延伸的槽22中，以使可以在要支承的轴13的轴表面的区域中形成的热油层裂开，和另一方面以产生可能的湍流式的油流动以及在要支承的轴13的旋转方向上分布的泰勒涡流，以便最终由此改善传热和因此改善瓦块12和被支承的轴13的排热。
[0043]也可能的是，按照图5的在轴向上延伸的槽22的这种斜面与图3和4的在周向上延伸的槽27组合。
[0044]借助于本发明可以以简单的手段有效地和可靠地克服可倾瓦块12的瓦块颤动。此外可以改善从润滑缝隙中的传热和因此降低温度水平。
[0045]在此处的本发明不仅涉及一种可倾瓦块12，而且也涉及一种具有至少一个这种可倾瓦块12的轴轴承装置10。
[0046]在运行中，轴轴承装置10的第一可倾瓦块12比第二可倾瓦块12更强烈地承载作用力。在用于水平延伸的轴的轴轴承装置10中，尤其是下部的可倾瓦块12比上部的可倾瓦块12更强烈地承载作用力。
[0047]最好仅仅被承载相对较小的作用力的那些可倾瓦块12，即仅仅第二可倾瓦块中的至少一个，以参照图2至5描述的方式和方法进行设计。
[0048]优选地，其由作用力产生的负载小于一个极限值的全部第二可倾瓦块如参照图2至5描述的那样实施。
[0049]第一可倾瓦块，其由作用力产生的负载大于所述极限值，最好这样地实施，即在它们的滑动轴承面16中不引入槽。
[0050]附图标记表 10轴轴承装置
11轴承基体 I Ia轴瓦 I Ib轴瓦 12可倾瓦块 13轴 14缝隙 15基体
16滑动轴承面 17瓦块前缘 18瓦块后缘 19侧缘边 20侧缘边 21轴旋转方向 22槽 23槽壁壁壁壁槽槽槽槽4 5 6 72 2 2 2
【主权项】
1.用于轴轴承装置的可倾瓦块(12)，具有基体(15)，基体具有由在轴向上延伸的瓦块前缘(17)，由同样在轴向上延伸的瓦块后缘(18)和由在周向上在瓦块前缘和瓦块后缘之间延伸的侧缘边(19，20)限制的滑动轴承面(16)，其特征在于，一个位于比靠近瓦块前缘(17)更靠近瓦块后缘(18)处的、在轴向上延伸的槽(22)被引入到滑动轴承面(16)中。2.根据权利要求1所述的可倾瓦块，其特征在于，在轴向上延伸的槽(22)的纵向中心轴线被定位在滑动轴承面(16)的一个部段中，该部段在滑动轴承面(16)的在瓦块前缘(17)处以0%开始的和在瓦块后缘(I 8)处以100%结束的周向延伸Ul的方向上处在滑动轴承面(16)的周向延伸Ul的60%和90%之间，优选在60%和80%之间，特别优选在70%和80%之间。3.根据权利要求2所述的可倾瓦块，其特征在于，对于在在轴向上延伸的槽(22)的在周向上延伸的槽宽U2和滑动轴承面(16)的在瓦块前缘(17)和瓦块后缘(18)之间延伸的周向延伸Ul之间的比例VU=U2/U1，适用比例0.02彡VU彡0.20，优选比例0.05彡VU彡0.20，特别优选比例0.05彡VU彡0.10。4.根据权利要求2或3所述的可倾瓦块，其特征在于，对于在在轴向上延伸的槽(22)的在轴向上延伸的槽长L2和滑动轴承面(16)的在侧缘边(19，20)之间延伸的轴向延伸LI之间的比例VL=L2/L I，适用比例0.5彡VL〈 1.0，优选比例0.6彡VL〈 1.0，特别优选比例0.7彡VL〈1.0。5.根据权利要求1至4中任一项所述的可倾瓦块，其特征在于，在轴向上延伸的槽(22)由在轴向上延伸的、与瓦块后缘(8)面对的第一槽壁(23)和同样在轴向上延伸的、与瓦块后缘(I8)相背的第二槽壁(24)限制，其中，在轴向上延伸的槽(22)在第一槽壁(I3)和第二槽壁(24)之间具有恒定的槽深。6.根据权利要求1至4中任一项所述的可倾瓦块，其特征在于，在轴向上延伸的槽(22)由在轴向上延伸的、与瓦块后缘(18)面对的第一槽壁(23)和同样在轴向上延伸的、与瓦块后缘(18)相背的第二槽壁(24)限制，其中，从第二槽壁(24)出发在第一槽壁(23)的方向上在轴向上延伸的槽(22)的槽深增大。7.根据权利要求1至6中任一项所述的可倾瓦块，其特征在于，一个在周向上延伸的槽(27)被引入到滑动轴承面(16)中，该槽从瓦块前缘(17)出发延伸进入到在轴向上延伸的槽(22)中。8.用于滑动支承旋转的轴的轴轴承装置(10)，具有轴承基体(11)，多个可倾瓦块(12)在周向上相继地被容纳在该轴承基体中，其中，在运行中，第一可倾瓦块比第二可倾瓦块更强烈地承载作用力，其特征在于，至少一个第二可倾瓦块(12)，它的通过作用力产生的负载小于一个极限值，按照权利要求1至7中的任一项构造。9.根据权利要求8所述的轴轴承装置，其特征在于，仅仅第二可倾瓦块(12)中的至少一个可倾瓦块，它的通过作用力产生的负载小于一个极限值，按照权利要求1至7中的任一项构造。10.根据权利要求8或9所述的轴轴承装置，其特征在于，所有第二可倾瓦块(12)，它们的通过作用力和力矩产生的负载小于一个极限值，按照权利要求1至7中的任一项构造。
【文档编号】F16C17/03GK106062390SQ201580005589
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年1月22日
【发明人】N.哈夫利克, M.卢茨, U.罗克施特罗, C.瓦克, J.克劳斯曼
【申请人】曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司