一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承制造技术

本发明专利技术提供一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承，包括若干瓦块，瓦块的上表面被分为两个区域：靠近入口区域的区域I和其余区域II，其中，区域I经过表面处理为疏水表面，从而具有较低的极限剪切应力，易发生界面滑移；区域II经过表面处理为亲水表面，从而具有较高的极限剪切应力，不易发生界面滑移；在考虑界面效应带来的压力中心变化及瓦块的可倾摆特性后，优化得到区域I的径向及周向分布范围，在润滑介质由区域I流入区域II后，由于介质流动的连续性会产生额外的压力尖峰，从而增大可倾瓦推力轴承的承载能力，由于区域I内的流体剪切粘性力减小，从而减小可倾瓦推力轴承的摩擦扭矩，不同区域台阶设计解决了区域I中疏水成分不耐磨损的问题。

A thrust bearing complex slip surface

The invention provides a thrust bearing complex slip surface, including a plurality of tile, tile on the surface is divided into two areas: near the entrance of the regional I and the rest of the region II, the region of I after surface treatment for the hydrophobic surface, which has a lower limit of shear stress, prone to interface slip; regional II after surface treatment for the hydrophilic surface, which has high shear stress, easy occurrence of interfacial slip; considering the change of center of pressure pad and interface effect caused by tilting the pendulum characteristic, optimized radial and peripheral region of I to the distribution range, the lubricating medium inflow region by Region I II, due to the continuous medium flow will produce additional pressure spikes, bearing capacity and thrust bearing increases, due to fluid shear viscous force decreases in the region I, In order to reduce the friction torque small tilting pad thrust bearing, different regional steps designed to solve the hydrophobic components in area I wear problems.

【技术实现步骤摘要】
一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承
本专利技术属于轴承
，特别涉及一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承。
技术介绍
推力轴承作为机械系统中的基础和关键零部件，其性能直接决定了整个机械系统的寿命和可靠性。随着水介质润滑的逐渐推广，大尺寸水润滑轴承具有膜厚小、线速度高的特点，相应的剪切速率非常大以至于在固液界面之间，尤其是在疏水表面，可能会发生界面滑移。在前人对界面滑移的研究中，首先是Spikes在推力滑动轴承中应用了界面滑移来减小轴承的摩擦扭矩，后期有学者将界面滑移应用于同心向心滑动轴承与平行板推力轴承中，在提高承载能力的同时减小摩擦扭矩。目前授权、公开的专利中，专利《运用界面滑移技术的推力轴承》(申请号：200810025059.0公告号CN100545469C)公布了一种运用界面滑移特性的由相互平行的平板组成的新型推力轴承，实现了一定承载能力的同时具有较好减摩、耐磨特性；专利《运用界面滑移形成的同心向心滑动轴承》(申请号：201510203567.3公告号CN104791381A)公布了一种运用界面滑移特性的同心径向轴承，轴承具有一定承载能力及减摩的特性；然而，上面公布的运用界面滑移形成的轴承设计只关注了运用界面滑移后对承载能力及摩擦力的减少，却没有关注由界面滑移带来的压力中心偏移，所以此设计不能运用于可倾瓦推力轴承中，相同的设计参数可能会带来可倾瓦推力轴承的失效。由于现有技术存在上述不足，目前还没有针对可倾瓦推力轴承的复杂界面滑移轴承设计。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，针对可倾瓦推力轴承的瓦块可倾摆特性，本专利技术的目的在于提供一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承，可提高可倾瓦推力轴承承载能力及减小摩擦。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承，包括若干瓦块，所述瓦块的上表面被分为两个区域：靠近入口区域的区域I和其余区域II，其中，区域I经过表面处理为疏水表面，从而具有较低的极限剪切应力，易发生界面滑移；区域II经过表面处理为亲水表面，从而具有较高的极限剪切应力，不易发生界面滑移。所述区域I的高度低于区域II的高度，高度差根据轴承实际运行的工况参数确定，与推力轴承运行中的最小液膜厚度为同一量级且成正比，以保护区域I内的疏水表面不会因启动和停车过程造成磨损。考虑到界面滑移对压力中心的改变，所述区域I的周向范围不超过整个瓦块包角的75％，否则由于瓦块可倾摆会造成轴承的失效。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)在可倾瓦推力轴承中利用界面滑移效应进行复杂滑移表面设计，可以同时实现可倾瓦推力轴承的高承载能力和低摩擦力矩。(2)在设计中考虑了界面滑移效应对压力中心的改变，从而避免了设计方案在可倾瓦推力轴承中失效。(3)利用部分瓦块的台阶设计避免了启停过程中对疏水表面的磨损，使得轴承优化效果更加持久。附图说明图1是本专利技术推力轴承瓦块界面滑移表面设计示意图。图2是本专利技术推力轴承瓦块表面高度设计示意图。图3是本专利技术实施例1优化前的压力分布示意图。图4是本专利技术实施例1界面滑移优化后的压力分布示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。实施例1本实施例中所优化推力轴承的外径为800mm，内径为400mm，包角为40°，径向偏支系数为0.524，周向偏支系数为0.609，正常工作转速为1500rpm，平均工作压强为0.544MPa。如图1所示，瓦块的上表面被分为两个区域：靠近入口区域的区域I和其余区域II，其中，区域I经过表面处理为疏水表面，从而具有较低的极限剪切应力，易发生界面滑移；区域II经过表面处理为亲水表面，从而具有较高的极限剪切应力，不易发生界面滑移。如图2所示，区域I的高度低于区域II的高度，本实施例中区域I的高度比区域II的高度低40μm，以保护区域I内的疏水表面不会因启动和停车过程造成磨损。本实施例中区域I表面处理后极限剪切应力为0.4Pa，滑移长度为100μm，区域II表面处理后极限剪切应力为1MPa，滑移长度为0。本实施例中区域I沿瓦块周向占比75％，沿瓦块径向占比60％。本实施例中利用界面滑移效应前的液膜压力分布如图3所示，利用界面滑移效应后的压力分布如图4所示。从图4中可以看出，在区域I和区域II的分界处液膜产生了一个较大的压力尖峰，从而提高了轴承的承载能力；由于区域I中的流体粘性力大大减小，从而降低了轴承的承载能力。轴承的最小膜厚可以提高50％，摩擦力矩可以减小60％。实施例2本实施例中所优化推力轴承的外径为800mm，内径为400mm，包角为40°，径向偏支系数为0.524，周向偏支系数为0.5，瓦块预加工有25μm的弧形凸起，正常工作转速为1500rpm，平均工作压强为0.544MPa。如图1所示，瓦块的上表面被分为两个区域：靠近入口区域的区域I和其余区域II，其中，区域I经过表面处理为疏水表面，从而具有较低的极限剪切应力，易发生界面滑移；区域II经过表面处理为亲水表面，从而具有较高的极限剪切应力，不易发生界面滑移。如图2所示，区域I的高度低于区域II的高度，本实施例中区域I的高度比区域II的高度低40μm，以保护区域I内的疏水表面不会因启动和停车过程造成磨损。本实施例中区域I表面处理后极限剪切应力为0.4Pa，滑移长度为100μm，区域II表面处理后极限剪切应力为1MPa，滑移长度为0。本实施例中区域I沿瓦块周向占比60％，沿瓦块径向占比60％。本实施例中利用界面滑移效应后的轴承的最小膜厚可以提高45％，摩擦力矩可以减小52％。以上仅为本专利技术的优选实施例，并不用于限制本专利技术，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本专利技术的工作原理：工作过程中，流体从瓦块入口边进入，出口边流出，在经过区域I时，由于瓦块表面附近剪切应力大于表面极限剪切应力，所以固液表面发生了界面滑移，使得瓦块附近的流体速度大于理论无滑移数值。而在经过区域II时，由于瓦块表面极限剪切应力大于流体的剪切应力，固液表面之间未发生界面滑移，使得瓦块附近的流体速度趋于0。在区域I流向区域II时，流体速度发生了突然减小，为了保证流动中流体流量的连续性，在分界处会产生一个压力尖峰(如图3和图4所示)，使得承载能力增大，同时由于区域I中的流体粘性力减小，从而使得轴承的摩擦力矩减小。与此同时，区域I的高度较低，这也保证了区域I中的疏水成分不会在启停阶段被磨损。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承，包括若干瓦块，其特征在于，所述瓦块的上表面被分为两个区域：靠近入口区域的区域I和其余区域II，其中，区域I经过表面处理为疏水表面，从而具有较低的极限剪切应力，易发生界面滑移；区域II经过表面处理为亲水表面，从而具有较高的极限剪切应力，不易发生界面滑移。

【技术特征摘要】
1.一种复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承，包括若干瓦块，其特征在于，所述瓦块的上表面被分为两个区域：靠近入口区域的区域I和其余区域II，其中，区域I经过表面处理为疏水表面，从而具有较低的极限剪切应力，易发生界面滑移；区域II经过表面处理为亲水表面，从而具有较高的极限剪切应力，不易发生界面滑移。2.根据权利要求1所述复杂滑移表面的可倾瓦推力轴承，其特征在于，所述区域I的高度低于区域II的高度，以保护区域I内的疏水表面不会因启动和停车过程造成磨损。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莹，宋智翔，郭飞，刘向锋，王玉明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11