本發(fā)明涉及一種圓錐螺旋槽軸承，尤其是涉及一種仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承。

背景技術(shù)：

如圖1所示，描述了徑向滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的過(guò)程，其中h表示最小油膜厚度，ω為軸徑轉(zhuǎn)速，F(xiàn)為軸徑所受徑向載荷。如圖1(a)所示，是軸徑靜止時(shí)軸徑與軸孔之間的相對(duì)位置，此時(shí)軸徑外表面和軸孔內(nèi)表面之間自然形成一收斂的楔形空間(最小油膜厚度h＝0)；當(dāng)軸徑開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度較低，帶入軸承間隙中的油量較少，這時(shí)軸孔對(duì)軸徑的摩擦力方向與軸徑表面圓周速度方向相反，迫使軸徑沿孔壁向右爬升(最小油膜厚度h≈0)如圖1(b)所示；隨著轉(zhuǎn)速增大，軸徑速度增大，帶入楔形間隙的油量也逐漸加多。由于楔形間隙中入口油量大于楔形間隙出口油量，此外潤(rùn)滑劑還具有一定粘度，使得右側(cè)楔形油膜產(chǎn)生了一定的動(dòng)壓力，將軸徑向左浮起。當(dāng)軸徑運(yùn)行到一定速度時(shí)，軸徑達(dá)到受力平衡狀態(tài)，軸徑便穩(wěn)定在一定的偏心位置，如圖1(c)所示，此時(shí)軸承處于動(dòng)壓潤(rùn)滑狀態(tài)，(最小油膜厚度h>0)。由此可見，流體動(dòng)壓潤(rùn)滑需要滿足一定的條件才能實(shí)現(xiàn)，流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的雷諾方程為：

圓錐螺旋槽軸承主要由軸承主軸、軸承座組成，為了減少摩擦在這兩者之間的間隙中往往施加了潤(rùn)滑脂或者潤(rùn)滑油或者空氣。在軸承轉(zhuǎn)速恰當(dāng)?shù)臈l件下，能夠在軸承間隙中形成動(dòng)壓潤(rùn)滑。而當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速較低時(shí)(例如機(jī)器啟動(dòng)或者停止時(shí))，動(dòng)壓潤(rùn)滑還未形成或者將要消失，軸承主軸與軸承座直接接觸的幾率將增加，這將導(dǎo)致軸承主軸與軸承座之間摩擦力矩過(guò)大，磨損嚴(yán)重，影響軸承工作壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承，它不僅能產(chǎn)生動(dòng)壓潤(rùn)滑，而且能同時(shí)產(chǎn)生靜壓潤(rùn)滑的仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承，流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的壓力與靜壓潤(rùn)滑的壓力疊加，提高了軸承承載的能力、改善了潤(rùn)滑性能；以解決現(xiàn)有圓錐螺旋槽軸承在工作時(shí)只存在動(dòng)壓潤(rùn)滑從而造成低速條件下圓錐螺旋槽軸承摩擦力矩大、磨損嚴(yán)重的問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一、一種仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承

本發(fā)明包括：軸承主軸和軸承座；軸承主軸與軸承座相配合的一端為圓錐體，在靠近圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上開有多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽；軸承座與軸承主軸之間充滿潤(rùn)滑劑。

所述多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽為變槽深螺旋槽，即螺旋槽槽深h_g1…h(huán)_gn沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的母線方向上是線性增加的；或變螺旋角螺旋槽，即多條螺旋槽螺旋角β₁…β_n沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的軸線方向上是線性增加的；或變槽寬螺旋槽，多條螺旋槽槽寬b_g1…b_gn沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的母線方向上是線性增加的；或螺旋槽槽深、螺旋角以及螺旋槽槽寬都按線性變化的組合排布。

所述軸承主軸上的螺旋槽數(shù)目為5～20。

所述軸承主軸上的多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽其橫截面形狀為矩形、三角形或圓弧形。

所述每條螺旋槽槽深h_g1…h(huán)_gn分別和軸承間隙h₀相加除以軸承間隙h₀之比為1.3～6.4，即：

所述每條螺旋槽螺旋角β的取值范圍為2°～70°。

所述每條螺旋槽槽寬b_g1…b_gn除以各自槽寬b_g1…b_gn加臺(tái)寬b_r之和之比為0.1～0.9，即：

二、另一種仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承

本發(fā)明包括：軸承主軸和軸承座；所述軸承主軸為雙錐形軸承主軸，所述軸承座為雙錐形軸承座，雙錐孔軸承座中心自內(nèi)至外的兩側(cè)分別設(shè)置結(jié)構(gòu)相同、且對(duì)稱布置的一根雙錐形軸承主軸，雙錐形軸承主軸與雙錐孔軸承座相配合的一端為圓錐體，在靠近兩側(cè)圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上分別開有多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽；雙錐孔軸承座與雙錐形軸承主軸之間充滿潤(rùn)滑劑。

所述在靠近兩側(cè)圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上分別開有多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽的結(jié)構(gòu)必需相同，是變槽深螺旋槽，或變螺旋角螺旋槽，或變槽寬螺旋槽，或螺旋槽槽深、螺旋角以及螺旋槽槽寬都按線性變化的組合排布。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1)將軸承主軸上的螺旋槽按照槽深線性增加排布，或者螺旋角線性增加排布，或者螺旋槽寬度線性增加排布，或螺旋槽的槽深、螺旋角以及槽寬線性變化組合的排布；使得圓錐螺旋槽軸承在工作時(shí)既能產(chǎn)生動(dòng)壓潤(rùn)滑也能產(chǎn)生靜壓潤(rùn)滑，解決傳統(tǒng)圓錐螺旋槽軸承在低速條件下動(dòng)壓潤(rùn)滑還未形成或者將要消失而導(dǎo)致的摩擦力矩大、磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。

2)減少了軸承主軸與軸承座在工作時(shí)的直接接觸，能長(zhǎng)期保持精度，延長(zhǎng)軸承的工作壽命。

3)本發(fā)明中的圓錐螺旋槽軸承也可以在兩側(cè)開設(shè)對(duì)稱的多條螺旋槽，使得軸承在工作時(shí)既可以承受徑向載荷也可以承受不同方向上的軸向載荷。

附圖說(shuō)明

圖1是動(dòng)壓潤(rùn)滑形成過(guò)程圖。

圖2是盤羊角圖。

圖3是普通圓錐螺旋槽軸承示意圖。

圖4是圖3的A放大圖。

圖5是(a)、(b)、(c)分別為矩形橫截面螺旋槽、三角形橫截面螺旋槽、圓弧形橫截面螺旋槽。

圖6是本發(fā)明的變槽深仿生圓錐螺旋槽軸承示意圖。

圖7是圖6的B放大圖。

圖8是本發(fā)明的變螺旋角仿生圓錐螺旋槽軸承示意圖。

圖9是本發(fā)明的變槽寬仿生圓錐螺旋槽軸承示意圖。

圖10是圖9的C放大圖。

圖11是本發(fā)明實(shí)施例4的兩側(cè)對(duì)稱變槽深仿生圓錐螺旋槽軸承的示意圖。

其中：1、軸承主軸，2、軸承座，3、潤(rùn)滑劑，4、變槽深的軸承主軸，5、變螺旋角的軸承主軸，6、變槽寬的軸承主軸，7、雙錐形軸承主軸，8、雙錐孔軸承座；h為最小油膜厚度，h₀為軸承間隙，h_g為螺旋槽槽深，β為螺旋槽螺旋角，b_g為螺旋槽槽寬，b_r為螺旋槽臺(tái)寬，l_p為無(wú)槽區(qū)軸向長(zhǎng)度，l為有槽區(qū)軸向長(zhǎng)度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖2所示，盤羊的羊角上分布有許多螺旋槽結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)螺旋槽從羊角尖端開始向羊角根部依次具有由密集到稀疏的分布規(guī)律。這種不均勻的螺旋結(jié)構(gòu)分布規(guī)律給本發(fā)明啟示，將圓錐螺旋槽軸承上的螺旋槽設(shè)計(jì)成一種非均勻分布的排列形式，具體為螺旋槽螺旋角β、螺旋槽臺(tái)寬b_r、螺旋槽槽深h_g都是可以變化的，這些參數(shù)的變化規(guī)律可以是線性的，也可以是非線性的關(guān)系。

如圖3、圖4所示，是普通傳統(tǒng)圓錐螺旋槽軸承示意圖，包括軸承主軸1、軸承座2和潤(rùn)滑劑3。其中，軸承主軸1與軸承座2配合的一端設(shè)計(jì)成圓錐體，無(wú)槽區(qū)軸向長(zhǎng)度l_p，在圓錐體的有槽區(qū)軸向長(zhǎng)度l上，即：在圓錐體靠近圓錐大端面的一側(cè)的圓錐面上開設(shè)有等螺距、等槽深、等槽寬分布的多條螺旋槽，多條螺旋槽螺旋角β是固定的，螺旋槽槽寬b_g和螺旋槽槽深h_g也是固定的。軸承座2上有與軸承相配合的圓錐孔。在軸承主軸1和軸承座2之間的軸承間隙h₀中施加有潤(rùn)滑劑3。

如圖6所示，本發(fā)明包括變槽深的軸承主軸4和軸承座2；變槽深的軸承主軸4與軸承座2相配合的一端為圓錐體，在靠近圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上開有多條變槽深螺旋槽；軸承座2與變槽深的軸承主軸4之間充滿潤(rùn)滑劑3。

如圖8所示，本發(fā)明包括變螺旋角的軸承主軸5和軸承座2；變螺旋角的軸承主軸5與軸承座2相配合的一端為圓錐體，在靠近圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上開有多條變螺旋角螺旋槽；軸承座2與變螺旋角的軸承主軸5之間充滿潤(rùn)滑劑3。

如圖9所示，本發(fā)明包括變槽寬的軸承主軸6和軸承座2；變槽寬的軸承主軸6與軸承座2相配合的一端為圓錐體，在靠近圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上開有多條變槽寬螺旋槽；軸承座2與變槽寬的軸承主軸6之間充滿潤(rùn)滑劑3。

所述多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽為變槽深的螺旋槽，即槽深h_g1…h(huán)_gn沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的母線方向上是線性增加的(如圖7所示)；或變螺旋角的螺旋槽，即多條螺旋槽的螺旋角β₁…β_n沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的軸線方向上是線性增加的(如圖8所示)；或變槽寬的螺旋槽，多條螺旋槽的槽寬b_g1…b_gn沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的母線方向上是線性增加的(如圖10所示)；或螺旋槽的槽深、螺旋角以及槽寬線性變化的組合排布。

所述軸承主軸上的螺旋槽數(shù)目N_g為5～20。

所述軸承主軸上的多條螺旋槽其橫截面形狀為矩形、三角形或圓弧形。

所述每條螺旋槽的槽深h_g1…h(huán)_gn分別和軸承間隙h₀相加除以軸承間隙h₀之比為1.3～6.4，即：

所述每條螺旋槽的螺旋角β的取值范圍為2°～70°。

所述每條螺旋槽的槽寬b_g1…b_gn除以各自槽寬b_g1…b_gn加臺(tái)寬b_r之和之比為0.1～0.9，即：

如圖11所示，是另一種仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承，包括軸承主軸和軸承座；所述軸承主軸為雙錐形軸承主軸7，所述軸承座為雙錐形軸承座8，雙錐孔軸承座8中心自內(nèi)至外的兩側(cè)分別設(shè)置結(jié)構(gòu)相同、且對(duì)稱布置的一根雙錐形軸承主軸7，雙錐形軸承主軸7與雙錐孔軸承座8相配合的一端為圓錐體，在靠近兩側(cè)圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上分別開有多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽；雙錐孔軸承座8與雙錐形軸承主軸7之間充滿潤(rùn)滑劑3。

所述在靠近兩側(cè)圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上分別開有多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽的結(jié)構(gòu)必需相同。是變槽深的螺旋槽，即槽深沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的母線方向上是線性增加的；或變螺旋角的螺旋槽，即多條螺旋槽的螺旋角沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的軸線方向上是線性增加的；或變槽寬的螺旋槽，多條螺旋槽的槽寬沿圓錐體小端面到圓錐體大端面的母線方向上是線性增加的；或螺旋槽的槽深、螺旋角以及槽寬線性變化的組合排布。

其螺旋槽數(shù)目、螺旋槽橫截面形狀、螺旋槽的螺旋角等的取值范圍均與前一種仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承完全相同。這種對(duì)稱設(shè)計(jì)時(shí)，軸承不僅可以承受徑載荷還可以使其承受雙向的軸向載荷。

上述具體實(shí)施方式用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。