带彼此隔开的乌金轴瓦的流体动力轴承及其制造方法技术

一种流体动力止推、轴颈或径向／止推组合轴承及其制造方法。该轴承包括一个可变形并在任何方向（六个自由度）运动以便对用于流体动力运转的收敛楔形的形成及作用于止推轴承中的乌金轴瓦上的载荷的均衡进行优化并调节轴的轴线不重合度。轴瓦可这样形成，使其可与安装状态下的轴接触并在流体薄膜压力作用下挠曲。轴瓦形状可变以便在载荷作用下获得所需变形。轴瓦由可包括一或多个梁式构件的支承结构支承。该支承结构最好包括第一支承部分、第二支承部分和第三支承部分，梁允许轴瓦通过挠曲或扭转的方式变形。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体动力轴承。在这种轴承中，象轴那样的转动体经油、空气或水之类的承压流体由固定的乌金轴瓦支承。流体动力轴承利用了这样的事实，即当转动体运动时，它不会沿着流体的顶面滑动。相反，与转动体接触的流体会紧紧地粘在该转动体上，并且在流体薄膜的整个厚度上，运动都伴随有流体颗粒之间的滑移或剪切。因此，如果转动体和流体的接触层以已知的速度运动，则在流体厚度中部处的速度会以已知的速率减小直至与固定的乌金轴瓦接触的流体粘到该乌金轴瓦上并停止运动为止。当乌金轴瓦借助转动体的支承所导致的载荷而向着转动件偏转一个小的角度时，流体将会流入该楔形开口，并且在流体薄膜内将会产生足够大的压力以承受该载荷。这一现象不但已在常规的流体动力轴颈轴承中得到应用，而且已用在用于船舶的水轮机和螺旋桨轴的止推轴承中。止推轴承和径向或轴颈轴承两者一般的特征在于支承着轴的轴瓦是环绕轴线彼此隔开设置的。对于推力轴承和轴颈轴承，由轴瓦环绕着其彼此隔开设置的轴线一般对应于受支承的轴的纵向轴线。此轴线可称为主轴线。在理想的流体动力轴承中，流体动力油楔横贯整个乌金轴瓦面，流体薄膜刚好厚到足以承受载荷，轴承的主轴线和轴的轴线相重合，乌金轴瓦面靠近前缘和后缘的端部的流体渗漏被减到最小，只要轴一开始转动就会产生流体薄膜，而在止推轴承的情况下，若干乌金轴瓦均匀地受载。虽然仍然要得到理想的流体动力轴承，但据说要设计基本上实现所有这些目的的轴承以便优化流体动力润滑油楔的形成。本专利技术涉及有时称为活动轴瓦轴承的流体动力轴承及其制造方法。这种轴承一般安装成能够运动以便允许相对运动部件之间的润滑剂生成楔形薄膜。由于过量的流体导致不希望有的摩擦和动力损失，流体的厚度最好刚好厚到足以承受最大的载荷。这在楔膜的形成得到优化时即可实现。实际上，轴瓦的位移具有绕位于轴瓦面前部的中心的枢转或摆动型的运动，并且轴承摩擦往往会断开该油楔。当油楔的形成得到优化时，该油楔会横贯整个轴瓦面。而且，油楔是以尽可能最低的速度形成的，理想的情况是轴一开始转动就形成。在已知的径向轴瓦型轴承中，迄今为止一直认为必须在轴承和受支承的转动体之间提供一个得到准确确定的间隙以便允许乌金轴瓦有适当的挠曲，从而形成流体动力润滑油楔。在气体润滑轴承的制造中要求紧公差是特别棘手的。气体润滑轴承的另一个问题是高速时流体薄膜的断裂。这些问题限制了气体润滑流体动力轴承的使用。授予Trumpler的美国专利第3107955号公开了一种轴承的一个实例，该轴承具有装有梁的乌金轴瓦，该乌金轴瓦位移时带有绕位于轴瓦面前部的中心的枢转或摆动型运动。这种轴承象许多现有技术轴承一样仅仅是以乌金轴瓦的二维挠曲模型为基础，因此，不能得到最优的油楔形成。在Hall的美国专利第2137487号中，示出了一种流体动力活动轴瓦轴承，该轴承通过其轴瓦沿球形表面滑动的方式形成其流体动力油楔。在许多情况下，轴瓦受粘，因此不能生成相应的油楔。在Greene的美国专利第3930691号中，摇动是由承受污染和摩擦的弹性体提供的。授予Etsion的美国专利第4090799号公开了一种装有非整体悬臂梁的弹性轴瓦气体轴承。所公开的轴承采用了一个安装在一个矩形悬臂梁上的轴瓦以便在轴瓦面和转动轴之间产生润滑的油楔。止推轴承和径向或轴颈轴承两者也作了公开。在Ide的美国专利第4496251号中示出了一种轴瓦，该轴瓦带着腹板状的带板挠曲以便润滑剂在相对运动的部件之间形成楔形薄膜。美国专利第4515486号中公开了流体动力止推和轴颈轴承，该轴承包括多个乌金轴瓦，每个轴瓦都有一个平面构件和一个支承构件，它们是分离的并且用弹性材料粘接在一起。美国专利第4526482号公开了主要用于润滑加工应用(processlubricated applications)-即轴承设计来在流体中工作-的流体动力轴承。该流体动力轴承形成有载荷承受面的中央部分，该部分要比轴承的其余部分顺从些，因此它的在载荷作用下会发生挠曲并且形成流体压力穴以承受更高的载荷。还注意到，在Ide的美国专利第4676668号中，乌金轴瓦可以用至少一个在三个方向提供挠曲性的支腿与支承构件隔开。为了在运动平面内提供挠曲性，若干支腿向内倾斜一个角度以便在轴瓦面的前面形成一个带有锥顶或交点的锥形。每个支腿具有一个在所需的运动的方向上其值较小的剖面模数以便能够补偿不重合度。这些揭示的内容可以应用于轴颈和止推轴承两者上。虽然此专利的公开内容代表现有技术中的很大进步，但它还有某些缺陷。其中一个缺陷是支承结构和乌金轴瓦具有阻碍轴瓦面变形的刚度。此外，轴承的结构不是整体的。最后的两个专利特别有意义，因为它们证实了，尽管止推轴承和轴颈轴承之间存在固有的和明显的差别，但在流体动力轴颈轴承和流体动力止推轴承之间存在某种概念上的相似性。此应用部分地涉及流体动力止推轴承。当在这种轴承中的流体动力润滑油楔得到优化时，作用在沿圆周彼此隔开的乌金轴瓦中的每一个轴瓦上的载荷基本上是均匀的。目前，使用得最广泛的流体动力止推轴承是所谓的金斯伯瑞瓦型轴承(Kingsburgshoe-typebearing)。该瓦型金斯伯瑞轴承的特征是有一个复杂的结构，该结构包括若干枢转安装的轴瓦，一个随轴一起转动并将载荷施加到轴瓦上的止推环，一个用于支承轴瓦的座圈、一个包盖住内部轴承元件并支承这些元件的外壳或支架、一个润滑系统和一个冷却系统。由于此种复杂结构的复杂性，金斯伯瑞瓦型轴承一般都过于昂贵。一种代替复杂的金斯伯瑞瓦型轴承的轴承是附图说明图19-20所示的整体支承轴承。此种轴承已经得到应用，尤其是应用在深井泵中。由于迄今为止，都认为具体的尺寸是不重要的，所以此种较简单的结构一般是用砂型铸造或某些其它的粗加工制造技术制成的。如图19和20所示，该轴承在结构方面的特征是具有一个带一个厚的内环形凸起部分38PA的平底36PA，多个从该平底上横向延伸的刚性支座34PA和位于每个刚性支座中心上的一个止推轴承轴瓦32PA。图20示意性地示出图19-20所示轴承随对头止推滚子(opposingthrust runner)沿箭头L方向的运动的挠曲。在图20A中，挠曲的位置(被大大夸大了)以实线示出，非挠曲位置则以虚线示出。图20A中的曲线PD示出了横贯轴瓦面的压力分布。在载荷作用下，止推轴承轴瓦以图20A所示的伞形方式绕刚性支座挠曲。借助此种伞形挠曲，只形成有部分的流体动力润滑油楔。因此，如图20A所示，在该轴瓦面上出现不均匀的压力分布。这样，与在整个止推轴承轴瓦面上形成有流体动力润滑油楔的轴承相比，这种轴承的流体动力优点相应要差些。而且，支座及可挠曲的平底的刚度阻止了优化油楔形成所必需的挠曲。前面所述可以解释，为什么图19-20所示类型的轴承，虽然远较金斯伯瑞轴承低廉，但却证实要比轴瓦型轴承低效和低能，因此也证实不是那么成功。本专利技术人还发现，图19-20所示轴承及金斯伯瑞瓦型轴承两者的中央枢转性质是轴承失效的原因之一。还应该注意到，由于它们的刚性中央枢转，金斯伯瑞瓦型轴承及图19-20所示轴承都不可能发生具有六个自由度的挠曲变形以优化油楔的形成。因此，虽然在某些例子中，现有技术轴承能够产生六个自由度的运动，但由于这些轴承不是以六个自由度为基础模造或为六个自由度而设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于支承转动轴的流体动力轴承，该轴承包括多个彼此隔开的乌金轴瓦和一个用于支承这些乌金轴瓦的支承结构，每个乌金轴瓦具有一个面朝该转动轴的轴瓦面，一个面朝该支承结构的支承面，一个前缘，一个后缘和两个侧缘，其特征在于，前缘上形成一弧形切割面以加长前缘。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗素D艾迪，
申请(专利权)人：罗素D艾迪，
类型：发明
国别省市：US[美国]