[发明专利]非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承

说明书

技术领域

本发明涉及轴承领域，具体地说是一种非均匀轴承表面小阶梯微型阶梯轴承。

背景技术

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。由于本发明涉及的是滑动轴承，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。

发明内容

本发明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，而本发明轴承中轴承的阶梯尺寸Δh与轴承的出口区润滑油膜厚度h_o的比值Δh/h_o的范围为：0.01≤Δh/h_o＜0.1；对于本发明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，本发明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，从而显著增加本发明轴承的承载能力；为进一步提高本发明轴承承载能力，本发明采用了非均匀的轴承静止表面；在本发明轴承中，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。本发明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，本发明具有突出的进步和创造性。本发明轴承具有制造容易、结构简单、成本低廉、承载能力较高的优点。

本发明的技术解决方案是：