CN110714987B - 一种径向收油环、环下供油润滑装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种径向收油环、环下供油润滑装置及方法，径向收油环包括圆筒形壁、设在圆筒形壁端部且与圆筒形壁同轴的第一环形挡壁、与第一环形挡壁平行相对的第二环形挡壁以及连接在第一环形挡壁和第二环形挡壁之间的多个收油叶片。环下供油润滑装置包括径向收油环、主轴、套在主轴外的轴承、套在轴承外的轴承座以及设在轴承座上并与供油路相连的供油喷嘴；供油喷嘴贯穿进轴承座内并对准收油槽；径向收油环套在主轴上并能与主轴同步转动，且设有输油斜槽的一端与轴承紧贴。本发明可大幅提高收油效率，收油量可满足高速、高温和重载条件下轴承润滑和冷却要求，确保轴承长时间稳定工作。

Description

一种径向收油环、环下供油润滑装置及方法
技术领域
本发明属于轴承供油润滑领域，涉及一种径向收油环、环下供油润滑装置及方法。
背景技术
滚动轴承是高速旋转机械中的关键元件，随着DN值的增大，滚动体的自旋速度不断地增加，可能导致轴承因摩擦生热量的增加而失效和损坏，同时还要求轴承能够在重载条件下工作，为了确保高速滚动轴承能够在长时间范围内可靠工作，必须对高速滚动轴承进行合理地润滑和冷却。随着主轴转速的增加，传统喷射润滑由于风阻及离心力的作用，滑油难以进入轴承的内部，轴承的润滑效率较低，对轴承的润滑和冷却不利。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种径向收油环、环下供油润滑装置及方法，解决现有轴承的润滑效率较低及冷却效果不佳等问题。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种径向收油环，包括一体成型的：圆筒形壁、设在圆筒形壁端部且与圆筒形壁同轴的第一环形挡壁、与第一环形挡壁平行相对的第二环形挡壁以及连接在第一环形挡壁和第二环形挡壁之间的多个收油叶片；
所述第一环形挡壁和第二环形挡壁所在平面均与圆筒形壁的中心轴线相互垂直，第一环形挡壁、第二环形挡壁以及收油叶片共同围成收油槽；
每个收油槽所对应的收油叶片的一端为叶尖，另一端为叶根；从叶尖至叶根的收油槽槽深逐渐增大，且在叶根处开设有贯通的收油入口；
所述圆筒形壁的内壁设有沿圆筒形壁周向的前集油环槽和多个沿圆筒形壁周向均布的且与前集油环槽连通的输油斜槽；所述收油叶片和输油斜槽分别位于前集油环槽的两侧。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述多个输油斜槽相对于圆筒形壁的轴向的倾斜角度相同，多个输油斜槽的倾斜方向相同。
具体的，位于所述收油入口一侧的收油叶片内壁为斜面，收油入口的内开口处有四个边缘，其中三个边缘均能紧贴主轴以与主轴形成收油通道，另一个边缘为所述斜面根部，该边缘与主轴之间不接触以形成收油通道的出油口；滑油沿出油口进入圆筒形壁的内壁并流入前集油环槽，在流至各输油斜槽。
具体的，所述出油口处设有叶片凸起以防止进入前集油环槽内的滑油被甩至收油通道。
具体的，所述输油斜槽相对于主轴轴线的倾斜角度为5°～20°。
本发明还提供一种环下供油润滑装置，包括所述的径向收油环，还包括：主轴、套在主轴外的轴承、套在轴承外的轴承座以及设在轴承座上并与供油路相连的供油喷嘴；所述供油喷嘴贯穿进轴承座内并对准收油槽；
所述径向收油环套在主轴上并能与主轴同步转动，且设有输油斜槽的一端与轴承紧贴。
具体的，所述轴承包括与主轴接触的轴承内环、轴承外环以及由保持架保持的设在轴承内环和轴承外环之间的滚动体。
具体的，所述轴承内环的内壁设有多个均沿轴承内环轴向的轴承内环输油槽，且多个轴承内环输油槽沿轴承内环的周向排布；
在轴承内环的内壁上还设有沿轴承内环周向的紧邻轴承内环输油槽的后集油环槽，所述后集油环槽能对准连通输油斜槽；后集油环槽可以沿周向将滑油连通，保证在某些轴承内环输油槽流通能力下降后滑油仍可以向后流动，同时后集油环槽的存在允许径向收油环和轴承内环有相对的周向位移；
轴承内环输油槽上设有贯通至轴承内部的径向油孔，滑油在径向油孔处受离心力作用被甩入轴承内部对轴承进行充分冷却和润滑。
具体的，所述轴承内环输油槽与后集油环槽之间设有环形挡油坝，前集油环槽内的滑油沿着输油斜槽被输送至后集油环槽内，由于输油斜槽结构和输油斜槽流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽内积累一定量的滑油流过挡油坝后均匀的进入各轴承内环输油槽，流至径向油孔处由于高速旋转产生的离心力作用下滑油被甩入轴承内部，对轴承内外环、保持架和滚动体进行润滑。
本发明还提供一种环下供油润滑方法，该方法采用所述的装置来实现，具体包括以下步骤：
供油喷嘴喷出的滑油射流经轴承腔内的空气场喷射至径向收油环的收油槽处，滑油射流冲击收油叶片后造成部分滑油反射和飞溅，经收油入口进入径向收油环的收油通道内部的滑油沿着收油叶片内表面流动，流过收油叶片上的叶片凸起后进入前集油环槽内；
收油叶片上的叶片凸起可以防止进入前集油环槽内的滑油被甩出收油通道，前集油环槽内的滑油沿着输油斜槽被输送至后集油环槽内，由于输油斜槽的斜向布设形式和输油斜槽流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽内积累一定量的滑油流过挡油坝后均匀的进入轴承内环输油槽，流至径向油孔处受高速旋转产生的离心力作用滑油被甩入轴承内部，对轴承内环、轴承外环、保持架和滚动体进行润滑和冷却；
集油环槽可以沿周向将滑油连通，保证在某些输油斜槽流通能力下降后滑油仍可以向后流动，同时后集油环槽的存在允许径向收油环和轴承内环有相对的周向位移；进入径向收油环内部的滑油经输油部输送至轴承内环处可全部进入轴承内，该润滑方式可以改善轴承的润滑和冷却效果，延长轴承的使用寿命。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明相同滑油流量条件下该润滑方式供入轴承内的有效润滑油量多于传统喷射润滑供入轴承内的有效润滑油量，可以改善高速滚动轴承的润滑和冷却效果。
本发明中供油喷嘴喷出的滑油射流经轴承腔内的空气场喷射至径向收油环处，滑油射流冲击收油叶片后造成部分滑油反射和飞溅，进入径向收油环收油通道内部的滑油沿着收油叶片表面流动，流过收油叶片上的叶片凸起后进入前集油环槽内，收油叶片上的叶片凸起可以防止进入前集油环槽内的滑油被甩出收油通道，前集油环槽内的滑油沿着输油斜槽被输送至后集油环槽内，由于输油斜槽的螺旋形式和输油斜槽流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽内积累一定量的滑油流过挡油坝后均匀的进入各轴向的轴承内环输油槽，流至径向油孔处由于高速旋转产生的离心力作用下滑油被甩入轴承内部，对轴承内外环、保持架和滚动体进行润滑。后集油环槽可以沿周向将滑油连通，保证在某些输油槽流通能力下降后滑油仍可以向后流动，同时后集油环槽的存在允许径向收油环和轴承内环有相对的周向位移。进入径向收油环内部的滑油经输油部输送至轴承内环处可全部进入轴承内，在供油喷嘴相同滑油流量条件下可提高轴承的润滑效率，改善轴承的润滑和冷却效果，延长轴承的使用寿命。
在高速条件下(DN>2.5×106mm·r/min)必须采用环下供油润滑，环下润滑是指滑油由供油喷嘴喷出，由与主轴同步旋转的收油环(轴向收油环或径向收油环)收集滑油，经过输油部将滑油输送至轴承内环处，通过轴承内环上的径向油孔，依靠主轴承高速旋转产生的离心力将滑油甩入轴承内部，只要轴承转速不低于一定值(DN＝0.3×106mm·r/min)，进入收油环的滑油即可全部供入轴承，该润滑方式可以使高速滚动轴承的润滑和冷却效果得到极大的改善。
附图说明
图1是本发明的径向收油环的整体结构示意图；
图2是本发明的径向收油环的剖视图；
图3是本发明的环下供油润滑装置整体结构局部剖面图；
图4为本发明的图3的A-A剖面图；
图5为本发明的轴承剖面图；
图6为本发明的环下供油润滑装置整体结构***图。
图中各标号表示为：10-径向收油环，20-主轴，30-轴承，40-轴承座，50-供油喷嘴；
11-圆筒形壁，12-第一环形挡壁，13-第二环形挡壁，14-收油叶片，15-收油槽，16-收油入口，17-收油通道，18-叶片凸起；
111-前集油环槽，112-输油斜槽；141-叶尖，142-叶根；
31-轴承内环，32-轴承外环，33-保持架，34-滚动体；
311-轴承内环输油槽，312-后集油环槽，313-径向油孔，314-挡油坝。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种径向收油环，包括一体成型的：圆筒形壁11、设在圆筒形壁11端部且与圆筒形壁11同轴的第一环形挡壁12、与第一环形挡壁12平行相对的第二环形挡壁13以及连接在第一环形挡壁12和第二环形挡壁13之间的多个收油叶片14；第一环形挡壁12和第二环形挡壁13所在平面均与圆筒形壁11的中心轴线相互垂直，第一环形挡壁12、第二环形挡壁13以及收油叶片14共同围成收油槽15；每个收油槽15所对应的收油叶片14的一端为叶尖141，另一端为叶根142；从叶尖141至叶根142的收油槽15槽深逐渐增大，且在叶根142处开设有贯通的收油入口16；圆筒形壁11的内壁设有沿圆筒形壁11周向的前集油环槽111和多个沿圆筒形壁11周向均布的且与前集油环槽111连通的输油斜槽112；收油叶片14和输油斜槽112分别位于前集油环槽111的两侧。
多个输油斜槽112相对于圆筒形壁11的轴向的倾斜角度相同，多个输油斜槽112的倾斜方向相同。
位于收油入口16一侧的收油叶片14内壁为斜面，收油入口16的内开口处有四个边缘，其中三个边缘均能紧贴主轴以与主轴形成收油通道17，另一个边缘为斜面根部，该边缘与主轴之间不接触以形成收油通道17的出油口；滑油沿出油口进入圆筒形壁11的内壁并流入前集油环槽111，在流至各输油斜槽112。
出油口处设有叶片凸起18以防止进入前集油环槽111内的滑油被甩至收油通道17。
输油斜槽112相对于主轴轴线的倾斜角度为5°～20°。
优选的，输油斜槽112半径由前至后逐渐减小，由于输油斜槽的斜向形式和输油斜槽流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽内积累一定量的滑油流过挡油坝后均匀的进入各轴向的轴承内环输油槽，流至径向油孔处由于高速旋转产生的离心力作用下滑油被甩入轴承内部，对轴承内外环、保持架和滚动体进行润滑。
实施例2：
如图3至图6所示，本实施例提供一种环下供油润滑装置，包括实施例1中的径向收油环10，还包括：主轴20、套在主轴20外的轴承30、套在轴承30外的轴承座40以及设在轴承座40上并与供油路相连的供油喷嘴50；供油喷嘴50贯穿进轴承座40内并对准收油槽15；径向收油环10套在主轴20上并能与主轴20同步转动，且设有输油斜槽112的一端与轴承30紧贴。
轴承30包括与主轴20接触的轴承内环31、轴承外环32以及由保持架33保持的设在轴承内环31和轴承外环32之间的滚动体34。
轴承内环31的内壁设有多个均沿轴承内环31轴向的轴承内环输油槽311，且多个轴承内环输油槽311沿轴承内环31的周向排布；在轴承内环31的内壁上还设有沿轴承内环31周向的紧邻轴承内环输油槽311的后集油环槽312，后集油环槽312能对准连通输油斜槽112；后集油环槽312可以沿周向将滑油连通，保证在某些轴承内环输油槽311流通能力下降后滑油仍可以向后流动，同时后集油环槽312的存在允许径向收油环10和轴承内环31有相对的周向位移；轴承内环输油槽311上设有贯通至轴承30内部的径向油孔313，滑油在径向油孔313处受离心力作用被甩入轴承30内部对轴承30进行充分冷却和润滑。具体的，在本实施例中，轴承内环上的轴承内环输油槽311长短不一，各轴承内环输油槽311均与后集油环槽连通，每一个轴承内环输油槽311均与一个径向油孔相通，轴承内环输油槽311和径向油孔沿周向均匀分布于轴承内环上。
轴承内环输油槽311与后集油环槽312之间设有环形挡油坝314，前集油环槽111内的滑油沿着输油斜槽112被输送至后集油环槽312内，由于输油斜槽112结构和输油斜槽112流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽312内积累一定量的滑油流过挡油坝314后均匀的进入各轴承内环输油槽311，流至径向油孔313处由于高速旋转产生的离心力作用下滑油被甩入轴承30内部，对轴承内环31、轴承外环32、保持架33和滚动体34进行润滑。
实施例3：
本实施例提供一种环下供油润滑方法，该方法采用实施例2中的装置来实现，具体包括以下步骤：
供油喷嘴喷出的滑油射流经轴承腔内的空气场喷射至径向收油环的收油槽处，滑油射流冲击收油叶片后造成部分滑油反射和飞溅，经收油入口进入径向收油环的收油通道内部的滑油沿着收油叶片内表面流动，流过收油叶片上的叶片凸起后进入前集油环槽内；
收油叶片上的叶片凸起可以防止进入前集油环槽内的滑油被甩出收油通道，前集油环槽内的滑油沿着输油斜槽被输送至后集油环槽内，由于输油斜槽的斜向布设形式和输油斜槽流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽内积累一定量的滑油流过挡油坝后均匀的进入轴承内环输油槽，流至径向油孔处受高速旋转产生的离心力作用滑油被甩入轴承内部，对轴承内环、轴承外环、保持架和滚动体进行润滑和冷却；
集油环槽可以沿周向将滑油连通，保证在某些输油斜槽流通能力下降后滑油仍可以向后流动，同时后集油环槽的存在允许径向收油环和轴承内环有相对的周向位移；进入径向收油环内部的滑油经输油部输送至轴承内环处可全部进入轴承内，该润滑方式可以改善轴承的润滑和冷却效果，延长轴承的使用寿命。

Claims (3)

1.一种径向收油环，其特征在于，包括一体成型的：圆筒形壁(11)、设在圆筒形壁(11)端部且与圆筒形壁(11)同轴的第一环形挡壁(12)、与第一环形挡壁(12)平行相对的第二环形挡壁(13)以及连接在第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)之间的多个收油叶片(14)；
所述第一环形挡壁(12)和第二环形挡壁(13)所在平面均与圆筒形壁(11)的中心轴线相互垂直，第一环形挡壁(12)、第二环形挡壁(13)以及收油叶片(14)共同围成收油槽(15)；
每个收油槽(15)所对应的收油叶片(14)的一端为叶尖(141)，另一端为叶根(142)；从叶尖(141)至叶根(142)的收油槽(15)槽深逐渐增大，且在叶根(142)处开设有贯通的收油入口(16)；
所述圆筒形壁(11)的内壁设有沿圆筒形壁(11)周向的前集油环槽(111)和多个沿圆筒形壁(11)周向均布的且与前集油环槽(111)连通的输油斜槽(112)；所述收油叶片(14)和输油斜槽(112)分别位于前集油环槽(111)的两侧；
所述多个输油斜槽(112)相对于圆筒形壁(11)的轴向的倾斜角度相同，多个输油斜槽(112)的倾斜方向相同；
位于所述收油入口(16)一侧的收油叶片(14)内壁为斜面，收油入口(16)的内开口处有四个边缘，其中三个边缘均能紧贴主轴以与主轴形成收油通道(17)，另一个边缘为所述斜面根部，该边缘与主轴之间不接触以形成收油通道(17)的出油口；滑油沿出油口进入圆筒形壁(11)的内壁并流入前集油环槽(111)，在流至各输油斜槽(112)；
所述出油口处设有叶片凸起(18)以防止进入前集油环槽(111)内的滑油被甩至收油通道(17)；
所述输油斜槽(112)相对于主轴轴线的倾斜角度为5°～20°。
2.一种环下供油润滑装置，其特征在于，包括权利要求1所述的径向收油环(10)，还包括：主轴(20)、套在主轴(20)外的轴承(30)、套在轴承(30)外的轴承座(40)以及设在轴承座(40)上并与供油路相连的供油喷嘴(50)；所述供油喷嘴(50)贯穿进轴承座(40)内并对准收油槽(15)；
所述径向收油环(10)套在主轴(20)上并能与主轴(20)同步转动，且设有输油斜槽(112)的一端与轴承(30)紧贴；
所述轴承(30)包括与主轴(20)接触的轴承内环(31)、轴承外环(32)以及由保持架(33)保持的设在轴承内环(31)和轴承外环(32)之间的滚动体(34)；
所述轴承内环(31)的内壁设有多个均沿轴承内环(31)轴向的轴承内环输油槽(311)，且多个轴承内环输油槽(311)沿轴承内环(31)的周向排布；
在轴承内环(31)的内壁上还设有沿轴承内环(31)周向的紧邻轴承内环输油槽(311)的后集油环槽(312)，所述后集油环槽(312)能对准连通输油斜槽(112)；后集油环槽(312)可以沿周向将滑油连通，保证在某些轴承内环输油槽(311)流通能力下降后滑油仍可以向后流动，同时后集油环槽(312)的存在允许径向收油环(10)和轴承内环(31)有相对的周向位移；
轴承内环输油槽(311)上设有贯通至轴承(30)内部的径向油孔(313)，滑油在径向油孔(313)处受离心力作用被甩入轴承(30)内部对轴承(30)进行充分冷却和润滑；
所述轴承内环输油槽(311)与后集油环槽(312)之间设有环形挡油坝(314)，前集油环槽(111)内的滑油沿着输油斜槽(112)被输送至后集油环槽(312)内，由于输油斜槽(112)结构和输油斜槽(112)流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽(312)内积累一定量的滑油流过挡油坝(314)后均匀的进入各轴承内环输油槽(311)，流至径向油孔(313)处由于高速旋转产生的离心力作用下滑油被甩入轴承(30)内部，对轴承内环(31)、轴承外环(32)、保持架(33)和滚动体(34)进行润滑。
3.一种环下供油润滑方法，其特征在于，该方法采用权利要求2所述的装置来实现，具体包括以下步骤：
供油喷嘴喷出的滑油射流经轴承腔内的空气场喷射至径向收油环的收油槽处，滑油射流冲击收油叶片后造成部分滑油反射和飞溅，经收油入口进入径向收油环的收油通道内部的滑油沿着收油叶片内表面流动，流过收油叶片上的叶片凸起后进入前集油环槽内；
收油叶片上的叶片凸起可以防止进入前集油环槽内的滑油被甩出收油通道，前集油环槽内的滑油沿着输油斜槽被输送至后集油环槽内，由于输油斜槽的斜向布设形式和输油斜槽流通面积逐渐减小，滑油流速增加，后集油环槽内积累一定量的滑油流过挡油坝后均匀的进入轴承内环输油槽，流至径向油孔处受高速旋转产生的离心力作用滑油被甩入轴承内部，对轴承内环、轴承外环、保持架和滚动体进行润滑和冷却。
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