一种具有冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法技术

本发明专利技术提供了一种具有冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法，该球轴承包括从里到外依次设置的球轴承内环、保持架和球轴承外环，保持架上安装有多个滚珠；球轴承内环上开设有内环供油孔，球轴承外环的内部设置有多条环形冷却流道，球轴承外环上设置有上连接通道和下连接通道。本发明专利技术的轴承冷却润滑方法能够有效控制轴承结构温度，同时降低了轴承流体粘滞摩擦损失，即实现了轴承内部的高效冷却。本发明专利技术的具有冷却结构的球轴承，能够实现对球轴承外环的单独冷却换热，有效地改善传统冷却方案对球轴承外环冷却不足的情况，从而显著减少喷射冷却润滑油的用量，降低了轴承腔中滑油粘滞摩擦损失，实现轴承内部的高效冷却，进而提高轴承的使用寿命。的使用寿命。的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种具有冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法


[0001]本专利技术属于航空发动机领域，涉及发动机轴承冷却，具体涉及一种具有冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法。

技术介绍

[0002]球轴承是航空发动机主轴支承的关键部件，作为发动机转子系统支承结构的核心，对发动机的稳定可靠运转和整体性能有着决定性影响。球轴承需要滑油的润滑与冷却，在对球轴承进行冷却润滑润滑的过程中，球轴承内部只有极少量的滑油会进入接触区形成润滑油膜，其他大部分滑油主要发挥冷却的作用，通过对流换热将轴承产热带走。
[0003]目前，现有的轴承冷却方式已从传统的单一喷射润滑发展为环下润滑或环下/喷射组合润滑。其中，环下润滑是将滑油通过轴承内环供油孔送入轴承内部的一种润滑方式，相较于喷射润滑，环下润滑具有更好的润滑和冷却效果。但这，环下润滑和喷射润滑都会造成滑油液体在轴承空腔内的大规模滞留，当滚动体在这种油液环境中高速运转时，会产生显著的流体粘滞摩擦损耗，反而导致轴承产热量增大，使冷却换热负载加剧。随着新型发动机高进气温度、高涡轮前燃气温度的发展，轴承所面临的超高温和气体环境已严重超出当前的承受能力；同时，变循环发动机的多变工况、推重比的提升、转子振动的控制等，需要发展变革性的新型轴承结构及冷却方案。
[0004]针对上述现状，德国MTU发动机公司的Flouros博士研究了一种“外环单独冷却技术”，该技术通过环下供油孔进入轴承的滑油主要用于满足内环及滚动体的冷却润滑，外环冷却则由包围在外环外围的供油通道完成，这部分滑油不进入轴承内部，因此可以适当降低进入轴承内部的滑油流量，从而减少轴承的流体粘滞摩擦损失。但是，该技术的缺陷是：环下润滑的内环供油孔为直通道，外环单独冷却的滑油槽布置在外环外围表面，导致轴承结构温度无法得到有效控制，同时轴承流体粘滞摩擦损失较高，即轴承冷却润滑效果不够理想。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种具有冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法，解决现有技术中轴承冷却润滑效果不够理想的技术问题。
[0006]本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种具有冷却结构的球轴承，包括球轴承内环，球轴承内环外同轴设置有保持架，保持架外同轴设置球轴承外环；所述的保持架上安装有多个滚珠，多个滚珠沿着保持架的周向布设；
[0008]所述的球轴承内环上开设有内环供油孔，所述的内环供油孔贯通球轴承内环，且所述的内环供油孔与滚珠所在的滚珠腔相连通供油，所述的滚珠腔位于球轴承内环和球轴承外环之间；
[0009]所述的球轴承外环的内部设置有多条环形冷却流道，所述的球轴承外环上设置有
上连接通道和下连接通道；所述的上连接通道的一端与环形冷却流道相连通，上连接通道的另一端为冷却润滑油入口；所述的下连接通道的一端为冷却润滑油出口，下连接通道的另一端与环形冷却流道相连通。
[0010]本专利技术还具有如下技术特征：
[0011]具体的，所述的环形冷却流道的截面为椭圆形截面，且椭圆形截面的长轴沿着径向设置；
[0012]所述的多条环形冷却流道中包括一个第一环形冷却流道，第一环形冷却流道的椭圆形截面的长轴位于球轴承外环的垂直于轴向的中分面内；
[0013]第一环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a1与其一侧相邻的环形冷却流道的椭圆形截面的长轴之间的夹角为α，第一环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a1与其另一侧相邻的环形冷却流道的椭圆形截面的长轴之间的夹角为β；
[0014]以滚珠球心O为圆心，位于第一环形冷却流道一侧的环形冷却流道之间以圆心角α均匀布设，位于第一环形冷却流道另一侧的环形冷却流道之间以圆心角β均匀布设。
[0015]优选的，所述的圆心角α为12
°
，所述的圆心角β为15
°
；所述的环形冷却流道的椭圆形截面的长轴的长轴与短轴之比为2.65:1。
[0016]优选的，所述的第一环形冷却流道的一侧依次为第二环形冷却流道、第三环形冷却流道和第四环形冷却流道，第一环形冷却流道的另一侧依次为第五环形冷却流道和第六环形冷却流道；
[0017]所述的第一环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a1、第二环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a2、第三环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a3、第四环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a4、第五环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a5和第六环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a6之比为40:44:57:81:46:68。
[0018]优选的，所述的球轴承外环内凹处为圆弧形结构，球轴承外环内凹处到滚珠球心O的距离为R1；与所述的环形冷却流道的截面底端相切的圆弧为λ，圆弧λ的半径为R2；所述的R1与R2之比为6:7。
[0019]优选的，所述的第一环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a1与球轴承外环的宽度m之比为2:15；所述的球轴承外环的宽度m、球轴承外环的厚度n、球轴承外环的外直径与球轴承外环的内直径之比为15:6:65:53。
[0020]优选的，所述的球轴承外环的厚度为n，所述的冷却润滑油入口和冷却润滑油出口的中心轴线距离所述的球轴承外环的径向外壁和内壁的距离相等，均为二分之一n；所述的冷却润滑油入口的内直径d、冷却润滑油出口的内直径d与第一环形冷却流道的椭圆形截面的长轴a1之比为1:1:2。
[0021]本专利技术还保护一种轴承冷却润滑方法，该方法将冷却润滑油通入如上所述的具有冷却结构的球轴承中；该方法具体包括如下步骤：
[0022]步骤一，将冷却润滑油通过上连接通道的冷却润滑油入口处，通入环形冷却流道中，进入环形冷却流道的冷却润滑油最终从下连接通道的冷却润滑油出口处流出，完成对球轴承外环的冷却润滑；
[0023]步骤二，将冷却润滑油通过内环供油孔通入具有冷却结构的球轴承中，冷却润滑油在重力的作用下，流过球轴承内环、保持架和滚珠，完成对球轴承内环、保持架和滚珠的
冷却润滑。
[0024]优选的，所述的冷却润滑油的初始温度为300K～350K，热通量密度为4000W/m2～6000W/m2，供油速率为0.008m/s～0.012m/s。
[0025]最优选的，所述的冷却润滑油的初始温度为323K，热通量密度为5000W/m2，供油速率为0.01m/s。
[0026]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0027](Ⅰ)本专利技术的具有冷却结构的球轴承，通过其内部设置的环形冷却流道，能够实现对球轴承外环的单独冷却换热，有效地改善传统冷却方案对球轴承外环冷却不足的情况，从而显著减少喷射冷却润滑油的用量，降低了轴承腔中滑油粘滞摩擦损失，实现轴承内部的高效冷却，进而提高轴承的使用寿命。
[0028](Ⅱ)本专利技术的轴承冷却润滑方法，将冷却润滑油通过上连接通道通入环形冷却流道中，能够实现对球轴承外环的冷却润滑；将冷却润滑油通过内环供油孔通入具有冷却结构的球轴承中，能够实现对球轴承内环、保持架和滚珠的冷却润滑。该方法能够有效控制轴承结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有冷却结构的球轴承，包括球轴承内环(401)，球轴承内环(401)外同轴设置有保持架(402)，保持架(402)外同轴设置球轴承外环(403)；所述的保持架(402)上安装有多个滚珠(404)，多个滚珠(404)沿着保持架(402)的周向布设；其特征在于；所述的球轴承内环(401)上开设有内环供油孔(405)，所述的内环供油孔(405)贯通球轴承内环(401)，且所述的内环供油孔(405)与滚珠(404)所在的滚珠腔相连通供油，所述的滚珠腔位于球轴承内环(401)和球轴承外环(403)之间；所述的球轴承外环(403)的内部设置有多条环形冷却流道(406)，所述的球轴承外环(403)上设置有上连接通道(407)和下连接通道(408)；所述的上连接通道(407)的一端与环形冷却流道(406)相连通，上连接通道(407)的另一端为冷却润滑油入口；所述的下连接通道(408)的一端为冷却润滑油出口，下连接通道(408)的另一端与环形冷却流道(406)相连通。2.如权利要求1所述的具有冷却结构的球轴承的供回油系统，其特征在于，所述的环形冷却流道(406)的截面为椭圆形截面，且椭圆形截面的长轴沿着径向设置；所述的多条环形冷却流道(406)中包括一个第一环形冷却流道(40601)，第一环形冷却流道(40601)的椭圆形截面的长轴位于球轴承外环(403)的垂直于轴向的中分面内；第一环形冷却流道(40601)的椭圆形截面的长轴a1与其一侧相邻的环形冷却流道(406)的椭圆形截面的长轴之间的夹角为α，第一环形冷却流道(40601)的椭圆形截面的长轴a1与其另一侧相邻的环形冷却流道(406)的椭圆形截面的长轴之间的夹角为β；以滚珠(404)球心O为圆心，位于第一环形冷却流道(40601)一侧的环形冷却流道(406)之间以圆心角α均匀布设，位于第一环形冷却流道(40601)另一侧的环形冷却流道(406)之间以圆心角β均匀布设。3.如权利要求2所述的具有冷却结构的球轴承的供回油系统，其特征在于，所述的圆心角α为12
°
，所述的圆心角β为15
°
；所述的环形冷却流道(406)的椭圆形截面的长轴与短轴之比为2.65:1。4.如权利要求2所述的具有冷却结构的球轴承的供回油系统，其特征在于，所述的第一环形冷却流道(40601)的一侧依次为第二环形冷却流道(40602)、第三环形冷却流道(40603)和第四环形冷却流道(40604)，第一环形冷却流道(40601)的另一侧依次为第五环形冷却流道(40605...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文君，陆娅君，李满嫄，章心怡，吕亚国，朱鹏飞，胡剑平，刘振刚，张丽芬，刘振侠，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：