非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承制造技术

本发明专利技术涉及一种非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承，轴承阶梯尺寸Δh与轴承出口区润滑油膜厚度ho的比值Δh/ho的范围为：0.01≤Δh/ho＜0.1，轴承润滑油膜厚度处于1nm量级至10nm量级，以使润滑油膜和轴承表面间物理吸附发挥作用，采用了非均匀轴承静止表面，轴承入口区润滑油膜与轴承静止表面间的物理吸附比出口区润滑油膜与轴承静止表面间的物理吸附要强。本发明专利技术轴承承载能力比传统流体润滑理论算得的该轴承的承载能力大得多。本发明专利技术轴承具有制造容易、结构简单、成本低廉、承载能力较高的优点，在微型机械和精密机械中具有重要应用。

【技术实现步骤摘要】
非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承
本专利技术涉及轴承领域，具体地说是一种非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承。
技术介绍
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。由于本专利技术涉及的是滑动轴承，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[1]，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[1]，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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种运用物理吸附技术的由非均匀轴承表面形成的小阶梯微型阶梯轴承。传统阶梯轴承中轴承的阶梯尺寸与轴承的出口区润滑油膜厚度的比值不小于0.1，而本专利技术轴承中轴承的阶梯尺寸Δh与轴承的出口区润滑油膜厚度ho的比值Δh/ho的范围为：0.01≤Δh/ho＜0.1；对于本专利技术轴承中这么小的阶梯尺寸，按照传统流体润滑理论，这种轴承的承载能力是很低的，甚至接近于零。为克服这一缺点，本专利技术轴承润滑油膜厚度处于1nm量级至10nm量级，以使润滑油膜和轴承表面间的物理吸附发挥作用，从而显著增加本专利技术轴承的承载能力；为进一步提高本专利技术轴承承载能力，本专利技术采用了非均匀的轴承静止表面；在本专利技术轴承中，入口区润滑油膜与轴承静止表面间的物理吸附比出口区润滑油膜与轴承静止表面间的物理吸附要强。本专利技术轴承承载能力比传统流体润滑理论算得的该轴承的承载能力大得多。本专利技术在不改变原轴承结构和几何形状条件下，仅运用物理吸附技术，就实现了具有较大承载能力的小阶梯微型阶梯轴承，在技术上，本专利技术具有突出的进步和创造性。本专利技术轴承具有制造容易、结构简单、成本低廉、承载能力较高的优点。本专利技术的技术解决方案是：一种非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承，如图5，它包括一块静止板块(1)，静止板块(1)的工作表面包括平面A(2)、平面B(3)和阶梯面(4)，平面A(2)和平面B(3)相互平行，阶梯面(4)分别与平面A(2)和平面B(3)垂直，阶梯面(4)的高度即阶梯尺寸为Δh；平面A(2)的物理吸附特性与平面B(3)的物理吸附特性不相同，平面A(2)和平面B(3)是静止板块(1)上的涂层表面，或是静止板块(1)的自然表面；另有一块具有平面C(5)的运动平板(6)，运动平板(6)的平面C(5)的物理吸附特性处处相同，平面C(5)是运动平板(6)的自然表面，或是运动平板(6)上的涂层表面。使运动平板(6)与静止板块(1)配对，使运动平板(6)的平面C(5)与静止板块(1)的平面A(2)相互平行，运动平板(6)的平面C(5)与静止板块(1)的平面A(2)之间的距离即轴承出口区润滑油(7)膜厚度为ho。ho处于1nm量级至10nm量级，且0.01≤Δh/ho＜0.1。运动平板(6)的运动方向为由静止板块(1)的平面B(3)一端指向静止板块(1)的平面A(2)一端。静止板块(1)和运动平板(6)之间的间隙中充满润滑油(7)，润滑油(7)与平面B(3)间的物理吸附比润滑油(7)与平面A(2)间的物理吸附要强。进一步地，静止板块(1)的平面A(2)为氟碳涂层表面；静止板块(1)的平面B(3)为二氧化钛涂层表面。本专利技术的有益效果是：本专利技术运用物理吸附技术，采用非均匀轴承静止表面，设计出一种具有较高承载能力的小阶梯微型阶梯轴承。这是传统流体润滑技术达不到的。这里的轴承的阶梯尺寸很小，常处于0.1nm量级至1nm量级，这种小阶梯为轴承表面的分子级粗糙度即分子级突起。运用本专利技术，在微小型机械和精密机械中利用零件表面的分子级粗糙度实现具有可观承载能力的轴承，这在工程中具有重要意义和应用价值，也是传统轴承技术实现不了的。本专利技术轴承具有良好的润滑油膜，能起到较好的减摩耐磨效果，在精密机械或微小型机械设备上作支撑部件用。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术适用于轴承为小阶梯结构的场合，这种小阶梯为轴承表面的分子级粗糙度即分子级突起。(2)本专利技术轴承具有较大的承载能力，含有良好的润滑油膜，具有良好的减摩耐磨性能。(3)本专利技术轴承结构简单，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是本专利技术实施例非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承的结构示意图；图6是实施例中当本专利技术轴承出口区润滑油(7)膜厚度ho等于10nm时本专利技术轴承中无量纲润滑油(7)膜压力(P)分布及其与相同条件下由传统流体润滑理论算得的无量纲润滑油(7)膜压力(Pconv)分布的比较图；图7是实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承，包括一块静止板块(1)，静止板块(1)的工作表面包括平面A(2)、平面B(3)和阶梯面(4)，平面A(2)和平面B(3)相互平行，阶梯面(4)分别与平面A(2)和平面B(3)垂直，阶梯面(4)的高度即阶梯尺寸为Ah，另有一块具有平面C(5)的运动平板(6)，使运动平板(6)与静止板块(1)配对，使运动平板(6)的平面C(5)与静止板块(1)的平面A(2)相互平行，静止板块(1)和运动平板(6)之间的间隙中充满润滑油(7)，运动平板(6)的平面C(5)与静止板块(1)的平面A(2)之间的距离即轴承出口区润滑油(7)膜厚度为ho，运动平板(6)的运动方向为由静止板块(1)的平面B(3)一端指向静止板块(1)的平面A(2)一端，其特征在于：ho处于1nm量级至10nm量级，且0.01≤Δh/ho＜0.1，平面A(2)的物理吸附特性与平面B(3)的物理吸附特性不相同，运动平板(6)的平面C(5)的物理吸附特性处处相同，润滑油(7)与平面B(3)间的物理吸附比润滑油(7)与平面A(2)间的物理吸附要强。

【技术特征摘要】
1.一种非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承，包括一块静止板块(1)，静止板块(1)的工作表面包括平面A(2)、平面B(3)和阶梯面(4)，平面A(2)和平面B(3)相互平行，阶梯面(4)分别与平面A(2)和平面B(3)垂直，阶梯面(4)的高度即阶梯尺寸为Ah，另有一块具有平面C(5)的运动平板(6)，使运动平板(6)与静止板块(1)配对，使运动平板(6)的平面C(5)与静止板块(1)的平面A(2)相互平行，静止板块(1)和运动平板(6)之间的间隙中充满润滑油(7)，运动平板(6)的平面C(5)与静止板块(1)的平面A(2)之间的距离即轴承出口区润滑油(7)膜厚度为ho，运动平板(6)的运动方向为由静止板块(1)的平面B(3)一端指向静止板块(1)的平面A(2)一端，其特征在于：ho处于1nm量级至10nm量级，且0.01≤Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永斌，钱晨，袁虹娣，
申请(专利权)人：袁虹娣，
类型：发明
国别省市：湖北,42