具有安装支承表面的连续梁的流体动力轴承制造技术

一种流体动力推力，轴颈或径向推力轴承和这些轴承的制造方法。轴承中包括一连续轴承面和一个按如下方式支撑该面的支承结构：它能使该轴承面改变形状并在任何方面运动（即具有六个自由度），以优化流体动力作用中的收缩的楔形，均衡推力轴承中整个轴承表面上的负载，调整轴的各种偏差。支承结构中可包括一组相同的支承部分，每个支承部分包括一个完全刚性部分，一个部分刚性部分和连接彼此间隔各部分的连接部分。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于流体动力轴承的。在这类轴承中，如轴等的旋转体由一个静止的轴瓦经压力流体(如油、空气或水)支承的。流体动力轴承的优点是在转动件旋转时，它不会顺着流体的上表面滑动。相反，与转动件接触的流体却牢牢地附着在转动体的表面上，并伴之以在整个流体膜高度上流体颗粒间的相互错动或称剪切运动。所以，如果转动物和与之接触的流体层能以一定的速度运动，那么在流体厚度方向的中间高度上其速度就会以已知的速率不断降低，直到与静止的轴承接触的流体附着在轴套表面，此处的流体也是静止的。当由于支撑转动体使轴承上施加了负载，轴瓦便相对于旋转件挠曲了一个很小的角度时，流体被吸入楔形孔中，在流体膜上产生足以支撑负载的压力。除用于传统的流体动力轴颈轴承外，这一特性也用于装在水力涡轮机和船的推进器轴上的推力轴承上。推力轴承和径向或轴颈轴承一般有一些由在轴线周围间置的轴瓦，所述的轴线通常相当于推力和轴颈轴承支撑的轴之纵轴线，这个轴线也叫主轴线。在理想的流体动力轴承中，流体动力楔是沿着整个轴瓦表面延伸的，油膜的厚度刚好足以支承负载，轴承的主轴线和转动轴的轴线对准，从轴瓦端面泄露的流体量减少(该端面靠近流体动力楔的前沿和后沿)，转动轴一开始转动，流体膜便形成了。在推力轴承中，轴瓦是均匀受载的。要获得理想的流体动力轴承，具有上述功能的轴承的设计要优化流体动力楔的形成。在已知的径向轴瓦型轴承中，一般认为需要在轴承和被支承的转动体之间确定一个准确的间隙，以允许轴瓦适当挠曲形成流体压力楔。在生产气体润滑轴承中要保证这个高精度的间隙是很麻烦的。气体润滑轴承的另一个问题是，在高速下，流体膜会破坏。上述问题限制了气体润滑流体动力轴承的使用。在授予Trnmpler的美国专利第3，107，955号中公开了一种具有装有轴瓦梁的轴承，该梁可以随围绕轴瓦表面前端一点的摆动而产生位移。这种轴承同许多现有的轴承一样，设计的基点都是轴瓦的二维挠曲，因此无法形成最佳的楔形。在Hall的美国专利第2，137，487中提供了一种轴瓦可移动的流体动力轴承，它上面的流体动力楔是在轴瓦沿球形表面滑动时产生的，但在多数情况下，它们不能有轴瓦梁和相应的动力楔。在Greene的美国专利第3，930，691中由弹性材料提供了摆动，但这种合成材料容易被弄脏和破坏。Etsion的美国专利4，099，799中公开了一种安装有弹性轴瓦气体轴承的非整体式悬臂梁，其中的轴承采用了一个长方形悬臂梁上的轴瓦，以便在轴瓦表面和旋转轴之间形成润滑楔。该专利中同时包括了推力轴承和径向或轴颈轴承。Ide的美国专利第4，496，251中有一个随薄片型的薄板挠曲的轴瓦，这样就在相对运动件之间形成楔形的润滑介质膜。美国专利4，515，486中公开了一种流体动力推力和轴颈轴承，其上包括若干轴瓦，每个轴瓦上有一表面件和一个支承件，它们彼此分置，由一个弹性材料将其连接起来。美国专利4，526，482中公开了一种流体动力轴承，其设计目的主要是为解决润滑的问题，即该轴承是在流体中使用的。该流体压力轴承包括一个有承载面的中心部分，该中心部分比轴承的其它部分要软，这样轴转能在负载作用下变曲，并形成一流体的压力凹坑，以承受高负载。在Ide的美国专利4，676，668中，轴瓦可以由至少一个支柱将其与支承件分开，该支柱可在三个方向挠曲。为了能在运动平面内挠曲，支柱向内倾斜，形成一个具有圆锥顶点或轴瓦表面前端交点的圆锥形。每个支柱在需要其运动方向上的截面模数较小，这样可以补偿其偏移。这些方法在轴颈轴承和推力轴承中均可使用。尽管该专利说明书中指出了其在原有技术基础上有很大的进步，但它还是有一些缺点的。一个是在于支承结构和其表面不能变形的轴瓦的刚度，另一个是轴承为非整体结构。最后所述的两个专利具有特殊的意义，因为它们表明了尽管推力轴承和轴颈轴承具有固有的和明显的差别，但在原理上流体动力轴颈轴承和流体动力推力轴承之间还是有一些概念相似性的。本专利技术有一部分是流体动力轴承，如果在这种轴承中的流体动力楔进行了优化，则周向间置在轴承各部分的负载就基本上是均等的。目前，采用最广泛的流体动力推力轴承是所谓的Kingsbury底板型轴承。这种轴承的特点是它具有一个如下部分的复杂结构，即包括转动底板，一个随转动轴旋转并将负载施加于底板之上的一个推力环，一个支撑底板的基环，一个安置和支撑轴承内部元件的壳体或支架，一个润滑系统和一个冷却系统。正由于上述复杂结构的存在，使得Kingsbury底板型轴承价格非常昂贵。另一个与复杂的Kingsbury底板型轴承不同的是一个整体轴承架的轴承，除了可用于其它场合外，它还被用于深井泵中。这种相对简单的结构是典型地由砂子铸造或其它粗加工的生产方式加工而成的。轴承结构的特点是它有一个平的底，底在环状凸台内部有一最厚部分;多个穿过该底横向延伸的刚性轴承架和其中心在各刚性轴承架上的推力轴瓦。本专利技术者发现刚性轴承架轴承和Kingsbnry底板型轴承中心的摆动会使轴承的效率降低。而且，由于其中刚性中心轴的摆动，Kingsbury底板型轴承或是整体轴承架轴承都能在六个自由度上挠曲，优化楔形。所以，尽管在有些情况下，现有的轴承可以在六个自由度上运动，但由于它们的设计并不是基于使其具有六个自由度，所以轴承的这种性能也是极为有限的。不论是径向轴承或是推力轴承，已知的流体动力轴承都程度不同地存在许多问题，例如现有的流体压力轴承经常会产生流体泄露，使流体膜被破坏。在径向轴承中，这种泄露主要发生在轴瓦表面的轴端。在推力轴承中，由于作用在流体上的离心力的影响，泄露主要发生在轴瓦外部周围表面上。通过使轴瓦维持最佳偏转可以明显地减少流体泄露，但对那些具有分离的轴瓦的和轴承表面有一定距离的轴承来说，有些泄漏是无法克服的。此外，具有分离的轴瓦的传统轴承的轴瓦表面的光洁度很难提高，该表面的光洁度对保证流体膜的均匀分布是非常重要的。本专利技术是关于装有流体动力轴承的梁，其上的径向轴承的内径或推力轴承的推力面是连续的，这样就不必设置单独的轴瓦了。采用这样的结构，能使轴承表面抛光磨削/研磨的质量达到分离的轴瓦加工时无法达到的水平。再加上轴承的表面没有间断部分，这就产生一种具有良好流体存留能力的轴承。连续轴承表面由一个最好为整体型的支承结构支撑。支承结构最好由轴承侧面和背面的切口确定。对径向轴承来说，切口是表面加工和外径机加工的切口。对推力轴承来说，切口是在背面和侧面的。在本专利技术的一个实施例中，支承结构包括一组相同的支承部分。每个支承部分具有一个完全刚性部分(即在各方向上基本都是刚性的);一个实际上没有或只有很小抗弯能力的第一连接部分;一个部分刚性体，它在第一予选的方向上是刚性的，而在垂直于第一方向的第二预定方向上是柔性的;和一个实际上没有或只有很小抗弯能力的第二连接部分。每个支承部分中的完全刚性部分与其邻近支承部分的第二连接部分相连(第二连接部分实质上只有很小的抗弯性)，以构成连续支承网络。本专利技术的轴承可以是径向轴承，推力轴承或径向推力轴承。垂直支承部分即在一个予定方向上具有刚性，另一个与予定方向相垂直的方向上具有柔性的部分可以安装在附加支承件上。附加支承件可以是刚性件、柔性板和/或梁网络。此外，垂直支承部分的截面可减小，以便在第三个方向上也能挠曲。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用支承轴的流体动力轴承，该轴承包括：一个连续的轴承表面：一个支撑连续轴承面的支承结构，支承结构包括一组同样的支承部分，每个支承部分又包括：（ａ）一个完全刚性部分，它在各方向都是刚性的；（ｂ）一个部分刚性部分，它在垂直其 支撑的轴承面的第一方向上具有刚性，而在与第一方向相垂直的第二方向上则是可挠曲的；（ｃ）一个将完全刚性部分和部分刚性部分在一条线上连接起来的第一连接部分，第一连接部分在沿其连接线的方向上是非常薄的，因此第一连接部分只具有很小的抗弯能力；（ ｄ）一个将上述部分刚性部分和相邻的支承部分上的完全刚性部分，在一条线上连接起来的第二连接部分，第二连接部分沿连接线方向是薄的，所以第二连接部分只具有很小的抗弯性；支承结构支撑轴承表面，在摩擦力和压力的作用下，轴承表面变形，形成一组周向间 置的流体动力楔。

【技术特征摘要】
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【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]