CN114483767A - 一种重载水润滑推力轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重载水润滑推力轴承，包括静止支撑环和旋转推力盘；静止支撑环包括若干承载瓦、若干承载瓦座、承载瓦座安装环、弹性垫和轴承安装环，所述承载瓦固定于承载瓦座的凹槽内；承载瓦座周向均布于承载瓦座安装环上，承载瓦座安装环的底部依次安装有弹性垫和轴承安装环，轴承安装环与固定基座相连；所述旋转推力盘的工作面与承载瓦的表面接触形成承载摩擦面。本发明的有益效果为：将高硬度或超高硬度的推力瓦和承载瓦安装在单独的瓦座上，便于通过加工金属瓦座底面以保证轴承工作面的形位公差，大大降低了轴承的研制难度；同时可以调整弹性垫预压紧力灵活调整静止支撑环的平面度、平行度、总高度及刚度。

Description

一种重载水润滑推力轴承
技术领域
本发明涉及推力轴承，具体涉及一种重载水润滑推力轴承。
背景技术
目前，现有的水润滑推力轴承普遍采用高分子聚合物、尼龙、层压板等材料制作推力瓦的摩擦副，这些材料制作的摩擦副承载比压低，且在泥沙水润滑环境下很快会因磨损而失效，大规模应用受到限制。因此，开发或选择具有高承载能力和耐磨性的水润滑材料，是解决轴承承载性能和耐磨性等问题的关键。
研究发现，提高水润滑推力轴承摩擦副材料的硬度，可以显著提升轴承的承载性能和耐磨性，这类摩擦副材料包括聚晶金刚石、立方氮化硼、硬质合金、陶瓷等。聚晶金刚石已在水润滑推力轴承方面有应用。目前，已经授权或公开的采用聚晶金刚石材料研制的滑动推力轴承相关中国专利包括《金刚石滑动推力轴承》(公告号：CN203835953U)；《一种超重载水润滑滑动推力轴承及其制造方法》(公布号：CN 112727919 A)；外国专利包括《BEARINGASSEMBLIES INCLUDING THICK SUPERHARD TABLES AND/OR SELECTED EXPOSURES,BEARINGAPPARATUSES,AND METHODS OF USE》(US10422379B2)等。
然而，以上这些推力轴承的旋转推力盘或静止支撑环上的推力瓦大多均为固定瓦结构，固定瓦通过焊接工艺直接安装在其底部支撑环上。高温焊接过程中，这些支撑环会产生翘曲变形，焊接后旋转推力盘或静止支撑环上周向均布的瓦块高度差较大，难以保证摩擦面的平面度和平行度要求，故在焊接完成后需要对推力瓦或承载瓦形成的整个摩擦面进行后处理。由于这些瓦块均采用硬材料或超硬材料研制，后处理难度极大，轴承研制工艺复杂；且在使用过程中，若有推力瓦块损坏，轴承必须换新，会造成较大的资源浪费，轴承维护成本高昂。
此外，由于旋转推力盘和静止支撑环摩擦面为非连续面，在摩擦过程中会产生一定的摩擦振动并向外传递。针对这一问题虽可在静止支撑环上设计相应的弹性吸振材料降低振动传递特性，但弹性材料厚度的一致性较差，会影响轴承两摩擦面的平面度和平行面；且在载荷变化较大时，弹性材料的受力大变形也将影响轴承轴向刚度，进而影响轴承的使用性能。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种重载水润滑推力轴承，解决现有基于硬材料和/或超硬材料摩擦副的水润滑推力轴承承载摩擦面平面度难以保证、轴承研制加工困难以及轴承使用维护成本高等问题。
本发明采用的技术方案为：一种重载水润滑推力轴承，包括静止支撑环和旋转推力盘；所述静止支撑环与固定基座相连，静止支撑环包括若干承载瓦、若干承载瓦座、承载瓦座安装环、弹性垫和轴承安装环，所述承载瓦固定于承载瓦座的凹槽内，二者形成复合体；承载瓦座周向均布于承载瓦座安装环上，其上若干承载瓦上表面所形成的环形表面为静止支撑环的工作面，承载瓦座安装环的底部依次安装有弹性垫和轴承安装环，轴承安装环与固定基座相连，构成轴承的非旋转部分；所述旋转推力盘为轴承的旋转部分，与旋转机械相连；所述旋转推力盘与静止支撑环同心且正对布置，旋转推力盘的工作面与承载瓦的表面接触形成轴承承载摩擦面。
按上述方案，所述旋转推力盘包括若干推力瓦、若干推力瓦座和推力瓦座安装环，所述推力瓦固定于推力瓦座的凹槽内，二者形成复合体；推力瓦座周向均布于推力瓦座安装环上；若干推力瓦所形成的环形表面为旋转支撑环的工作面。
按上述方案，所述弹性垫将承载瓦座安装环和轴承安装环连接于一体；所述承载瓦座安装环、弹性垫和轴承安装环通过预压紧调节螺栓压紧，弹性垫通过预压紧螺栓调整预紧力。
按上述方案，所述推力瓦和/或承载瓦为为扇形、圆形、椭圆形、梯形、矩形中的一种。
按上述方案，所述推力瓦和/或承载瓦采用耐磨材料制作，耐磨材料可以为聚晶金刚石、立方氮化硼、陶瓷和硬质合金中的一种。
按上述方案，承载瓦粘接或焊接于承载瓦座的凹槽内。
按上述方案，所述弹性垫通过粘接或硫化工艺将承载瓦座安装环和轴承安装环连接于一体。
按上述方案，所述承载瓦和承载瓦座形成的复合体或推力瓦和推力瓦座所形成的形成复合体，当复合体厚度误差超过10μm时，可通过研磨承载瓦座或推力瓦座底面的方式减小复合体的厚度。
本发明的有益效果为：
1、本发明将高硬度推力瓦(或承载瓦)焊接或粘接在推力瓦座(或承载瓦座)上形成复合体，当其厚度和平面度尺寸公差满足设计要求时，可以安装在相应的推力瓦座(承载瓦座)安装环上；对于尺寸公差不满足要求的复合体，可以通过加工推力瓦座(或承载瓦座)底面的方式，使其尺寸公差满足要求。与传统加工方式(当前将推力瓦(或承载瓦)直接焊接或粘接在支撑圆环之后，再对高硬度推力瓦(或承载瓦)承载面进行研磨加工以保证平面度的方法)相比，本发明所述技术方案大大简化了轴承加工工艺，降低了轴承加工难度。
2、本发明中的推力瓦(或承载瓦)与推力瓦座(承载瓦座)安装环相互独立，使用过程中，若某块瓦出现损伤甚至破裂时，可以直接将其连同瓦座一起拆下，换装新的满足尺寸公差要求的推力瓦(或承载瓦)和推力瓦座(或承载瓦座)复合体，恢复轴承的使用功能。与现有的同类轴承结构相比，同类轴承任意一块推力瓦(或承载瓦)出现破损，均需对整个轴承进行更换。由于高硬度推力瓦(或承载瓦)的研制成本极高，这无疑增加了轴承使用和维护成本。本发明所述技术方案降低了轴承的使用和维护成本。
3、本发明中的弹性垫夹装在轴承安装环和承载瓦座安装环之间，改善了轴承振动传递性能。由于弹性垫在研制过程中，其厚度的尺寸精度和一致性通常很难保证，安装后静止支撑环的承载瓦摩擦面和轴承安装环的底面平行度、平面度误差较大，且轴承的厚度有可能超过设计误差限，基于此，本发明增设了可以调整弹性垫初始预压紧力的调节螺栓，以灵活调整承载瓦摩擦面和轴承安装环的底面平行度以及静止支撑环的总高度，使上述两个重要的设计参数维持在设计公差范围内；且这种调节也可以改变轴承的支撑刚度，可以根据需要改变轴承的阻尼特性，适用于不同的工况条件，具有多重有益效果。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的剖视图。
图2为本实施例中一个旋转推力盘的俯视图。
图3为图2中A-A剖面视图。
图4为本实施例中一个静止支撑环的俯视图。
图5为图2中B-B剖面视图。
图6为本实施例中推力瓦座示意图。
图中：100、旋转推力盘；101、推力瓦；102、推力瓦座；103、推力瓦座安装环；104、螺栓A；105、螺栓孔A；200、静止支撑环；201、承载瓦；202、承载瓦座；203、承载瓦座安装环；204、弹性垫；205、轴承安装环；206、预压紧调节螺栓；207、定位锁紧螺栓；208、螺栓孔B。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示的一种重载水润滑推力轴承，包括静止支撑环200和旋转推力盘100；所述静止支撑环200与固定基座相连，静止支撑环200包括若干承载瓦201、若干承载瓦座202、承载瓦座安装环203、弹性垫204、轴承安装环205，所述承载瓦201固定于(可为粘接或焊接)承载瓦座202的凹槽内，二者形成复合体；承载瓦座202周向均布于承载瓦座安装环203上，其上若干承载瓦201上表面所形成的环形表面为静止支撑环200的工作面，承载瓦座安装环203的底部依次向外安装有弹性垫204和轴承安装环205，轴承安装环205与固定基座相连，构成轴承的非旋转部分；所述旋转推力盘100为轴承的旋转部分，与旋转机械相连；所述旋转推力盘100与静止支撑环200同心且正对布置，旋转推力盘100的工作面与承载瓦201表面接触形成轴承承载摩擦面。工作时旋转推力盘100随其安装结构一起旋转，而静止支撑环200则随其安装结构固定不动，用于承载水环境下来自旋转推力盘100的轴向力。
优选地，所述弹性垫204通过粘接或硫化工艺将承载瓦座安装环203和轴承安装环205连接于一体；所述承载瓦座安装环203、弹性垫204和轴承安装环205通过预压紧调节螺栓206压紧。
优选地，所述旋转推力盘100包括若干推力瓦101、若干推力瓦座102和推力瓦座安装环103，所述推力瓦101固定于(可为粘接或焊接)推力瓦座102的凹槽内，二者形成复合体；推力瓦座102周向均布于推力瓦座安装环103上，若干推力瓦101所形成的环形表面为旋转支撑环1的工作面；所述推力瓦101的表面与承载瓦201表面接触形成承载摩擦面，具体地，推力瓦101的瓦面耐磨层与承载瓦201的瓦面耐磨层接触。所述推力瓦101和/或承载瓦201为扇形、圆形、椭圆形、梯形、矩形中的一种，推力瓦座102的凹槽为与推力瓦201适配的形状，承载瓦座202的凹槽为与承载瓦201适配。
优选地，所述推力瓦101和/或承载瓦201采用高硬度(大于HRC60)的耐磨材料制作，可为聚晶金刚石、立方氮化硼、陶瓷和硬质合金中的一种。
本实施例中旋转推力盘100结构如图2～3所示，若干个焊接或粘接有推力瓦101的推力瓦座102沿周向密排均布在推力瓦座安装环103上，推力瓦座102通过定位锁紧螺栓104安装在推力瓦座安装环103上，而推力瓦座安装环103则通过螺栓A104(螺栓A104穿过推力瓦座安装环103上的螺栓孔A105)锁紧安装在旋转机械上。所述推力瓦101为扇形块结构，推力瓦座(如图6)上加工有与推力瓦101适配的扇形凹槽，每个推力瓦座102上加工有至少一个用于安装推力瓦101的凹槽。推力瓦101和推力瓦座102焊接或粘接完成后，应测量推力瓦101上表面和推力瓦座102下表面间的厚度和平行度，只有两者均满足设计要求时，才能安装于推力瓦座安装环103上，否则，应在安装前机械加工推力瓦座102的底面，使其满足尺寸和形位公差精度。
本实施例中静止支撑环200的结构如图4～5所示，若干个焊接或粘接有承载瓦201的承载瓦座202沿周向密排均布在承载瓦座安装环203上，承载瓦座202通过定位锁紧螺栓207安装在承载瓦座安装环203上，承载瓦座安装环203底部依次安装有弹性垫204和轴承安装环205，弹性垫204通过粘接或硫化工艺将承载瓦座安装环203和轴承安装环205连接于一体；同时，在轴承安装环205上加工有与预压紧调节螺栓206适配的预压紧螺栓孔，弹性垫204可通过预压紧调节螺栓206压紧在承载瓦座安装环203和轴承安装环205之间，弹性垫204通过预压紧螺栓206调整预紧力，预压紧调节螺栓206还能起到调整静止支撑环200总高度和其摩擦工作面与轴承安装环205底面平行度的功能。此外，预压紧调节螺栓206还能有效防止弹性垫204脱胶造成与之粘接零件脱落等风险。本实施例中，承载瓦201为扇形结构，其也可与推力瓦101一致，为圆形或椭圆形等形状；每个承载瓦座202上可以安装多块承载瓦201。承载瓦201和承载瓦座202的尺寸和形位公差的保证方法和前述推力瓦101与推力瓦座102复合体相同。静止支撑环200与轴承安装环205通过螺栓B(螺栓B穿过轴承安装环205上的螺栓孔B208)锁紧安装在固定结构上。
本发明的工作原理如下：
旋转推力盘100直接安装在旋转结构上，随旋转结构的旋转轴旋转；轴承安装环205直接安装在固定基座上。工作时，旋转推力盘100旋转并通过推力瓦101的瓦面耐磨层将轴向力传递给静止支撑环200上的承载瓦201瓦面耐磨层，承载瓦201再将轴向力传递给固定基座，完成轴向力由旋转件向静止件的传递。冷却水通过推力瓦101和承载瓦201周围的空隙自由流动，对摩擦工作面进行润滑，并带走摩擦热。当旋转推力盘100的旋转轴线相对于静止支撑环200发生倾斜时，推力轴承可能会由两摩擦面接触承载变为局部点接触承载，造成局部应力过大，轴承损坏，此时弹性垫204发挥作用，使静止支撑环200的摩擦面自适应随旋转推力盘100倾斜一定角度，以降低局部较大的接触应力，保证较大的承载面积。此外，当旋转推力盘100上有冲击载荷时，弹性垫204由于具有一定的阻尼，可以吸收部分振动能量，减小振动传递，起减振隔振作用。
本发明中，所述承载瓦201和承载瓦座202形成的复合体或推力瓦101和推力瓦座102所形成的形成复合体，当复合体厚度误差超过10μm时，可通过研磨承载瓦座202或推力瓦座202底面的方式减小对应复合体的厚度。
本发明所述重载水润滑推力轴承简化了基于超硬材料水润滑轴承的研制工艺和研制难度，经试验，可将推力瓦或承载瓦平面度和平行度限制在5～10μm的高精度范围内，且便捷进行破损瓦块的更换，极大地提升了轴承的可维护性，降低了轴承的使用和维护成本；在水润滑环境下该轴承的最大承载比压超过20MPa，根据磨损量计算的使用寿命大于3万小时，承载能力和寿命均远超现有水润滑滑动推力轴承。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种重载水润滑推力轴承，其特征在于，包括静止支撑环和旋转推力盘；所述静止支撑环与固定基座相连，静止支撑环包括若干承载瓦、若干承载瓦座、承载瓦座安装环、弹性垫和轴承安装环，所述承载瓦固定于承载瓦座的凹槽内，二者形成复合体；承载瓦座周向均布于承载瓦座安装环上，其上若干承载瓦上表面所形成的环形表面为静止支撑环的工作面，承载瓦座安装环的底部依次安装有弹性垫和轴承安装环，轴承安装环与固定基座相连，构成轴承的非旋转部分；所述旋转推力盘为轴承的旋转部分，与旋转机械相连；所述旋转推力盘与静止支撑环同心且正对布置，旋转推力盘的工作面与承载瓦的表面接触形成轴承承载摩擦面。
2.如权利要求1所述的重载水润滑推力轴承，其特征在于，所述旋转推力盘包括若干推力瓦、若干推力瓦座和推力瓦座安装环，所述推力瓦固定于推力瓦座的凹槽内，二者形成复合体；推力瓦座周向均布于推力瓦座安装环上；若干推力瓦所形成的环形表面为旋转支撑环的工作面。
3.如权利要求1所述的重载水润滑推力轴承，其特征在于，所述弹性垫将承载瓦座安装环和轴承安装环连接于一体；所述承载瓦座安装环、弹性垫和轴承安装环通过预压紧调节螺栓压紧，弹性垫通过预压紧螺栓调整预紧力。
4.如权利要求3所述的重载水润滑推力轴承，其特征在于，所述推力瓦和/或承载瓦为为扇形、圆形、椭圆形、梯形、矩形中的一种。
5.如权利要求3所述的重载水润滑推力轴承，其特征在于，所述推力瓦和/或承载瓦采用耐磨材料制作，耐磨材料为聚晶金刚石、立方氮化硼、陶瓷和硬质合金中的一种。
6.如权利要求1所述的重载水润滑推力轴承，其特征在于，承载瓦粘接或焊接于承载瓦座的凹槽内。
7.如权利要求1所述的重载水润滑推力轴承，其特征在于，所述弹性垫通过粘接或硫化工艺将承载瓦座安装环和轴承安装环连接于一体。
8.如权利要求2所述的重载水润滑推力轴承，其特征在于，所述承载瓦和承载瓦座形成的复合体或推力瓦和推力瓦座所形成的形成复合体，当复合体厚度误差超过10μm时，可通过研磨承载瓦座或推力瓦座底面的方式减小复合体的厚度。
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