[发明专利]一种具有热-力双负性超结构的低噪音保持架

说明书

一种具有热‑力双负性超结构的低噪音保持架，由两部分构成，分别是以传统材料制造的保持架内层，在保持架引导面与兜孔面制备的热‑力双负性可控超结构单元，所述超结构单元通过对负热膨胀超结构与负泊松比超结构进行胞元组合与空间拓扑；当轴承服役环境温度升高时，超结构单元具有热负性，沿径向发生热收缩，在一定程度上增大保持架引导间隙，能够抑制热效应引起的引导间隙减小的现象；当轴承转速升高时，超结构单元具有力负性，沿周向发生受拉膨胀，从而减小兜孔间隙，一定程度上解决离心效应引起的兜孔间隙增大的问题；本发明能够在跨转速、大温差变化过程中实现调节保持架引导间隙与兜孔间隙。

技术领域

本发明涉及一种轴承组件，特别涉及一种具有热-力双负性超结构的低噪音保持架。

背景技术

面向我国2030制造业技术前瞻的《高端轴承技术路线图》指出，低噪音、高精度、高转速以及智能化将成为未来十年高性能轴承的四大核心技术。其中针对军事装备、民用家电领域等服役场合，低噪音已成为评价轴承性能的首要指标。

研究表明，在保持架稳定运行的基础上，减小保持架与滚动体之间的兜孔间隙、增大保持架与引导面之间的引导间隙能够有效减小轴承噪声。然而轴承在实际运转过程中，保持架引导间隙减小，兜孔间隙增大，轴承噪声逐渐升高，此时，保持架引导间隙、兜孔间隙与理想变化规律相反。

随着制造业对轴承服役性能的需求日益提高，轴承低噪声性能受到越来越多的关注。例如SKF集团开发低噪音保持架VG275，能够在低转速时一定程度上减小轴承噪声，然而随着轴承运行转速升高，VG275保持架降噪能力逐渐丧失。调查结果显示，保持架受离心力与热膨胀的双重力场作用，其引导间隙与兜孔间隙变形系数逐渐增大，最终影响轴承的低噪声性能。同时，轴承服役过程中，极端、复杂的工况条件会导致离心效应与热效应对保持架间隙的耦合影响进一步凸显。因此，如何在跨转速、大温差变化过程中实现保持架引导间隙与兜孔间隙的有效调控，是提升变工况条件下轴承低噪声性能的关键。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有热-力双负性超结构的低噪音保持架，可以在跨转速、大温差变化过程中，利用不同于常规材料热-力属性的超结构单元所具有的热收缩(热负性)特性与受拉膨胀(力负性)特性，能够在轴承运行时调控保持架引导间隙与兜孔间隙，有效提高轴承低噪声性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有热-力双负性超结构的低噪音保持架，其特征在于，在保持架1的引导面上以及兜孔面上制备热-力双负性可控超结构单元3；

所述超结构单元3是通过对负热膨胀超结构4与负泊松比超结构5进行胞元组合，并采用空间拓扑方式构造，超结构单元3采用包括但不限于3D打印的方式制造；

所述负热膨胀超结构4包括双材料四棱锥结构，由两种具有不同热膨胀系数的材料制造，其中底边由高热膨胀系数材料制造，侧边由低热膨胀系数材料制造。

所述负泊松比超结构5包括屋顶型结构，采用负热膨胀超结构4中的低热膨胀系数材料制造。

所述的胞元组合，并采用空间拓扑方式构造，具体为：负热膨胀超结构4与负泊松比超结构5在负泊松比超结构5的力作用线上的点O′处通过连接方式实现胞元组合，进而在空间拓扑点O点通过空间旋转方式进行空间拓扑，从而构造所述超结构单元3。

所述的低热膨胀系数材料热变形温度超过150℃、热膨胀系数小于50×10^-6K^-1，包括PEEK材料。

所述的高热膨胀系数材料热变形温度不超过150℃、热膨胀系数不小于50×10^-6K^-1，包括PTFE材料。