[发明专利]推力轴承锥滚大端面与座圈挡边的油膜润滑方法

说明书

技术领域

本发明属于机械传动装置的滚动轴承，涉及改变滚动轴承中承受载荷的滑动部分的摩擦性质并形成动压油膜润滑(或称厚膜润滑)、提高传动效率与可靠性的设计方法；是对传统的机械传动装置设计思想与方法的突破与完善。

背景技术

推力圆锥滚子轴承是承受轴向载荷的；它由两片平圈、圆锥滚子和保持架组成；其中与座相配合的平圈叫座圈，与轴相配合的平圈叫轴圈，在它们中间的是滚动体-圆锥滚子(以下简称“锥滚”)，保持架是使锥滚的排列有序；座圈和轴圈只是一个不动，一个转动，而它们的结构和力素的分析方法完全相同，故本发明只述及座圈时也包含轴圈。推力圆锥滚子轴承的应用广、载荷大、重要性高，如石油钻采设备的大钩推力轴承、水龙头推力轴承，回转支承推力轴承，轧机压下轴承，电站吊装转子的吊钩及平衡梁吊具的推力轴承等等。这类轴承，由于锥滚是圆锥形的，所以锥滚的轴向力即为推力轴承工作载荷的一部分。这部分工作载荷，是由锥滚的压力角而形成的，指向为锥滚的大端。这个力，使锥滚的大端紧紧地顶住轴承座圈挡边的内表面；而锥滚无论是自转还是公转，它与轴承座圈挡边内表面的相对运动都是滑动的，成为滚动轴承中唯一一个直接承受工作载荷的滑动摩擦副。以石油钻采设备为例，其水龙头推力轴承(或大钩推力轴承)是设备的最关键的工作部件，由于它工作在环境差、载荷大、连续运转、装拆困难等苛刻条件下，故其易于发生故障或失效并同时将给生产带来很大损失。现场统计数据表明：该类轴承发生故障或失效的主要原因是锥滚的大端“啃边”，即是锥滚的大端面对轴承座圈挡边内表面的磨削，或是座圈挡边上缘对锥滚的大端面形成刮削，或者兼而有之，造成了轴承内部的磨损、转动阻力矩加大、发热、动力消耗增加，影响正常运行，最终导致失效。

这个问题虽然早已引起滚动轴承业界(包括设计、制造、研究等部门)的高度重视，但所开展的工作，都是从降低表面粗糙度、提高耐磨性、进行弹性流体动压润滑(或称薄膜润滑)理论分析等方面入手，只是做到了“知情”与“治标”，而不能从根本上解决问题。时至今日，这类轴承的摩阻、磨损问题、发热问题、载荷与速度问题、可靠性问题、寿命问题等都依然存在，限制了这类轴承的性能，影响了这类轴承的应用，其实也就降低了它对所应用行业发展的支持能力。

发明内容

本发明是针对滚动轴承中唯一一个不可回避的、直接承受工作载荷的滑动摩擦副进行流体润滑设计，使相对滑动的两个金属表面被一层完整的动压油膜分开-改变推力圆锥滚子轴承中锥滚的大端面与座圈、轴圈挡边内表面相对滑动的混合摩擦状态，使之成为润滑油膜层间的纯液体摩擦，将该滑动副的摩擦系数降低到滚动摩擦的水平，使滚动轴承从摩擦因数上讲更为名副其实，从而提高了轴承的整体性能。

本发明本着科学技术的“综合”原则，在重视强度、刚度、振动等传统的机械设计思想、方法的基础上，应用摩擦学原理，提供一种推力轴承锥滚大端面与座圈挡边的油膜润滑方法，其技术方案的关键在于：

(1)将锥滚的大端面和轴承的座圈、轴圈挡边内表面的空间形状分别制造成球面与球形环；

(2)把锥滚的大端面和与其耦合的轴承的座圈、轴圈挡边球形环的球心偏置，以使锥滚无论是自转还是公转时在两相对滑动表面间都会形成收敛的楔形间隙；

(3)合理的选择轴承的座圈、轴圈挡边内表面的球半径SR_Q和锥滚大端面的球半径sr_q，以使承载区域的楔形间隙更易于形成具有承载能力的动压润滑油膜；

(4)向轴承内不间断地供给充足的、具有合适黏度的润滑油；

(5)在层流润滑条件下，可由雷诺方程求得在选定油膜厚度下的动压润滑油膜的分布压力，进而求得锥滚大端面的轴向承载力；这个承载力大于锥滚的实际轴向载荷，并选择适当的安全裕度。

所述的楔形间隙是由锥滚的球形大端面和与之相耦合的轴承的座圈、轴圈挡边内表面的球形环间形成的，其相关尺寸为：

锥滚的球形大端面的球半径为：

sr_q＝f(P，ω，η，λ，S)，

式中：P-锥滚轴向力，ω-轴承转动角速度，η-润滑油黏度，

      λ-表面形貌，S-轴承游隙；

座圈、轴圈挡边的球形环的半径为：

SR_Q＝sr_q+Δ′

式中：Δ′＝f(sr_q，α₀，β₀)，α₀-压力角，β₀-锥滚大端球面中心角。