[发明专利]可挤压的多级硬度流体动力轴承及其制法

说明书

本发明涉及一种流体动力轴承。在此类轴承中，转动件如轴是通过一种加压流体，如油，空气或水的固定轴承支承。流体动力轴承常常是，但并非仅仅是应用于所谓的过程润滑，其中，该轴承是应用现有的流体而不一定要用标准的润滑剂，如油进行润滑，具体的用途包括可以利用所泵的流体进行润滑的泵管轴用轴承或者利用水进行润滑的船用轴轴承。

流体动力轴承实际上是利用这样的事实，即当转动件运动时，它并不沿着流体的顶部滑动，而是使与转动件相接触的流体紧密地粘附在转动件上，在整个流体膜高度上的运动伴随着流体粒子之间的滑动或剪切。这样，如果转动件与流体的接触层在已知速度下运动，则在流体厚度的中等高度处的速度是以已知变化率减低，直到与固定轴承轴瓦相接触的流体粘附于轴承轴瓦且无相对运动为止。当由于对转动件的支承所产生的载荷使轴承轴瓦相对于转动件发生小角度偏转时，则流体就被吸入一个楔形开口中，并在流体膜内产生足以支承载荷的压力。这一事实不仅用于水轮机和船用推进器轴的推力轴承，还用于流体润滑的常规轴颈轴承中。尽管油是用于重载荷的标准精选流体，但是对轻载荷也可采用其它的流体如空气或水进行支承。

本发明的轴承可以作为通常用于船舶和其它用途使用的称为无缝式或磨损型橡胶轴承的代用品，虽然这种无缝式或磨损型轴承含有一个水楔，以得到流体动力作用，但它们要受到一系列结构限制和不可避免地遭受磨损。如下所述，本发明者发现这种轴承的局限性基本上归因于它们安装在圆筒形金属管中由单一硬度软橡胶的较大截面构成的结构。由于该橡胶的软度和软橡胶的较大轴向横截面积，使得这种轴承不具备足以获得最佳性能的径向刚度。

本发明还涉及一种带有梁架式轴承轴瓦的流体动力轴承，在授予楚姆普拉尔（Trumpler）的美国专利3，107，955号中公开了一种梁架式轴承轴瓦的优选例子。在此类轴承中，流体动力轴承轴瓦安装在梁式支承构件上，使轴瓦可以偏转，以形成一个流体动力楔。

虽然流体动力轴承和梁架式轴承轴瓦在相当长一段时间内已为人们所知，但是，只在最近，通过计算机辅助的有限元分析法，本发明者才发现当流体动力轴承在载荷条件下所产生的较小偏转具有的极端重要性。除了有限的几个例外，如授予楚姆普拉尔（Trumpler）的美国专利3，107，955之外，这些难以用物理方法计量的偏转，以前曾被轴承设计者们看作为无关紧要和/或可以忽略不计的。但是，本发明者发现通过在计算机上模拟流体动力轴承的性能，可以预先确定偏转量，并且设计出显著改进性能特性的轴承。这类轴承的特征可以一般概括为至少包含一个梁架式轴承轴瓦。这种改进的轴承例子在本发明人以前的美国专利4，496，251号;4，526，482号和4，676，668号中有所介绍。

美国专利4，496，251号公开了一种轴承，该轴承带有一种利用薄片状韧带产生偏转的轴瓦，以便在两个相对运动部件之间形成润滑剂的楔形膜。

美国专利4，515，486号中公开了一种流体动力轴颈和推力轴承，该轴承带有若干个轴承轴瓦，每个轴瓦带有相互分立而又利用弹性材料粘合在一起的端面元件和支承元件。

美国专利4，676，668号中公开了一种轴承，该轴承的轴瓦可以通过能够提供三个方向挠性的至少一个支架与支承元件间隔开。为了提供在运动平面内的挠性，各支架向内倾斜，以便与轴瓦表面前的交点形成圆锥形。每个支架在所要求运动的方向上的断面模数较小，以便对不同轴度进行补偿。

最后，美国专利4，526，482号公开了一种流体动力轴承，该轴承主要打算用于过程润滑，即该轴承是设计成在液体中进行工作的。该流体动力轴承是由一个中心承载表面部分构成，该部分比该轴承的其余部分更具有柔性，从而使其在载荷下发生偏移，并形成一个承受高载荷的流体压力凹坑。

上述专利中介绍的轴承，典型的是至少部分地为金属材料构成，并具有不易挤压的形状，但已发现它们最适于某些用途。尽管如此，这类轴承的制造成本一般地要比具有相似性能的其它轴承便宜得多。其原因是由于本发明轴承与其相竞争的各类轴承相比，具有结构较简单，体积较小的特点。此外，这类轴承显著地显示出改善了的耐磨特性。这种改善的性能主要归因于设计者们对轴承所承受的各种力的判断和最终能承受这些力的轴承设计。

尽管这类轴承具有很多优点和经济效果，仍然期望能发现进一步降低这种轴承制造成本的途径。特别对申请人前面的几个专利中所述并不要求高性能的轴承来说更是如此。