新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承的制作方法
本發(fā)明涉及一種新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承。
背景技術：
軸承是用來支承軸類零件的重要機械部件。主要分滑動軸承和滾動軸承兩種。對于軸承有以下主要性能要求：支承精度、支承剛度、低摩擦系數(shù)和耐磨損。這就要求軸承是一種很精密的機械部件，還要求它有足夠大的承載能力。為了達到好的減摩和耐磨性能，還需要軸承具有較好的潤滑性能。發(fā)展至今，雖然軸承技術比較成熟，但均建立在傳統(tǒng)的潤滑理論基礎上。目前，滾動軸承和滑動軸承各應用于不同場合，各有其優(yōu)勢。由于本發(fā)明涉及的是滑動軸承，現(xiàn)將現(xiàn)有滑動軸承類型和技術歸納如下：
從潤滑機理上，滑動軸承分為混合摩擦滑動軸承和流體潤滑滑動軸承兩種。前者依靠邊界吸附膜和流體動壓效應實現(xiàn)潤滑，用于低速、輕載和不重要場合；后者依靠流體膜實現(xiàn)潤滑，用于重要場合，應用更為廣泛。流體潤滑滑動軸承是滑動軸承的主體，又分為流體動壓潤滑滑動軸承和流體靜壓潤滑滑動軸承兩種。流體靜壓潤滑滑動軸承依靠外界液壓系統(tǒng)供油，靠油壓支承載荷，靠液壓油進行潤滑，制造精度高、結構較復雜、成本較高，用于要求支承剛度大、支承精度高和承載能力大的重要場合。流體動壓潤滑滑動軸承依靠流體動壓效應實現(xiàn)潤滑，具有結構較簡單、成本較低、性能較好的優(yōu)點，是一種應用更為廣泛和常見的滑動軸承。它又分為流體動壓潤滑向心滑動軸承和流體動壓潤滑推力滑動軸承兩種。前者用于支承徑向載荷，后者用于支承軸向載荷。以下介紹現(xiàn)有主要流體動壓潤滑推力滑動軸承類型及其特點。
一、傾斜平面瓦塊軸承，這種軸承如圖1所示。它依靠上下兩表面間形成的收斂間隙和這兩個表面間的相對運動實現(xiàn)流體動壓效應，從而實現(xiàn)潤滑。這種軸承有較大承載能力，有較好減摩和耐磨性能。
這種軸承分成兩種，一種是上表面和下表面均不能繞支點轉動的固定瓦塊軸承，另一種是其中一個表面可繞支點轉動的可傾瓦塊軸承。在良好設計下，可傾瓦塊軸承比固定瓦塊軸承有更大的承載能力。
二、鋸齒形瓦塊軸承，這種軸承如圖2所示。它的工作和潤滑機理同上一種軸承。在相同條件下它的承載能力比上一種軸承低得多。
三、斜面平臺瓦塊軸承，這種軸承如圖3所示。它的工作和潤滑機理同上兩種軸承。在相同工況下它的最大承載量比傾斜平面固定瓦塊軸承的最大承載量高出20％。
四、瑞利階梯軸承，這種軸承如圖4所示。它的工作和潤滑機理同前面軸承。相比于前面三種軸承，在相同工況下它的最大承載量最高，比傾斜平面固定瓦塊軸承的最大承載量高出28％。
現(xiàn)有的圖3所示斜面平臺瓦塊軸承在界面無滑移條件下進行潤滑，其摩擦系數(shù)和承載能力均由傳統(tǒng)流體潤滑理論計算。這種軸承傳統(tǒng)節(jié)能方法是：選用合適潤滑油，降低潤滑油粘度、提高潤滑油粘度指數(shù)即粘溫穩(wěn)定性和使用潤滑劑添加劑改善摩擦性能。但需注意，這種節(jié)能方法是建立在界面無滑移的傳統(tǒng)流體潤滑理論基礎上的。當流體潤滑中出現(xiàn)界面滑移時，軸承的節(jié)能方法和技術就會發(fā)生改變。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承，運用界面滑移技術的新型節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承，使用低剪切強度的潤滑油-接觸表面界面并制造出界面滑移，以實現(xiàn)低的潤滑摩擦力，但軸承承載能力反而顯著提高。因此本發(fā)明并不排斥使用高粘度潤滑油，對潤滑油粘度指數(shù)即粘溫穩(wěn)定性和在潤滑劑中使用添加劑也并不提出要求，解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題。
本發(fā)明的技術解決方案是：
一種新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承，包括靜止板塊和運動平板，靜止板塊包括平臺面和斜面，在靜止板塊的斜面上涂覆以一涂層材料，潤滑油與靜止板塊斜面上涂層材料間的無量綱界面剪切強度
其中，hi＝hi/ho，
工作中潤滑油在涂層材料表面上發(fā)生界面滑移，潤滑油在靜止板塊的其余工作表面即平臺面上和運動平板整個表面上均不發(fā)生滑移，將靜止板塊的發(fā)生滑移表面作為潤滑入口區(qū)工作表面，使靜止板塊和運動平板配對，使靜止板塊的平臺面與運動平板的工作表面相互平行，在靜止板塊和運動平板之間的間隙中充滿潤滑油，運動平板相對于靜止板塊的運動方向為從靜止板塊的斜面一端指向靜止板塊的平臺面一端，這樣就形成新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承。
進一步地，涂層材料為氟碳涂層。
進一步地，該新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承的最優(yōu)工作條件是：
此處，hi,opt是hi的最優(yōu)值，而hi＝hi/ho，ψ＝l1/l2，
根據(jù)式(4)，針對不同的ψ和
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明運用界面滑移技術，采用表面涂層方法設計出新型節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承。相比于傳統(tǒng)(無界面滑移)斜面平臺推力滑動軸承，本發(fā)明軸承不僅在承載能力上得到顯著提高，還在減摩和節(jié)能性能上得到顯著改善，具有重要應用價值。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
(1)相比于傳統(tǒng)斜面平臺推力滑動軸承，相同條件下本發(fā)明軸承的摩擦系數(shù)可減小60％，而其承載能力可提高90％。
(2)本發(fā)明軸承具有良好的減摩和節(jié)能性能，且具有較高的承載能力。
(3)本發(fā)明軸承只需采用涂層和界面滑移技術即可實現(xiàn)以上性能，因此本發(fā)明技術性能實現(xiàn)簡單，成本低廉。
(4)相比于傳統(tǒng)斜面平臺推力滑動軸承，本發(fā)明軸承具有更大的技術優(yōu)勢和應用價值。
(5)本發(fā)明軸承技術效果顯著。它具有更大的承載量、更低的摩擦系數(shù)和優(yōu)良的節(jié)能性能。本發(fā)明軸承技術性能突出，實現(xiàn)簡單，成本低廉，具有較大實用價值。
附圖說明
圖1是現(xiàn)有傾斜平面瓦塊軸承的結構示意圖；
圖2是現(xiàn)有鋸齒形瓦塊軸承的結構示意圖；
圖3是現(xiàn)有斜面平臺瓦塊軸承的結構示意圖；
圖4是現(xiàn)有瑞利階梯軸承的結構示意圖；
圖5是本發(fā)明實施例新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承的結構示意圖；
圖6是ψ＝1.0時不同
圖7是相比于傳統(tǒng)斜面平臺推力滑動軸承本發(fā)明軸承承載量增加量iw的示意圖。
圖8是ψ＝3.0時本發(fā)明軸承靜止板塊工作面上摩擦系數(shù)fa,slip、運動平板工作面上摩擦系數(shù)fb,slip與
其中：u：運動平板相對于靜止板塊的運動速度，w：軸承支承載荷，l1：軸承的出口區(qū)寬度，l2：軸承的入口區(qū)寬度，l：軸承的總寬度，l＝l1+l2，θ：靜止板塊斜面的傾斜角，τsa：潤滑油和靜止板塊斜面上涂層間的界面剪切強度，hi：軸承入口處兩板塊間的間隙，ho：軸承出口處兩板塊間的間隙。兩板塊間充滿潤滑油，潤滑油和靜止板塊斜面上涂層間界面吸附強度和剪切強度較低，工作時潤滑油在靜止板塊斜面的涂層上滑移。
圖5中：1-靜止板塊，2-平臺面，3-斜面，4-運動平板，5-潤滑油。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
實施例
一種新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承，如圖5，包括靜止板塊1和運動平板4，靜止板塊1包括平臺面2和斜面3，在靜止板塊1的斜面3上涂覆以一涂層材料，潤滑油5和該涂層材料界面間具有較低的吸附強度和剪切強度，潤滑油5與靜止板塊1斜面3上涂層材料間的無量綱界面剪切強度
其中，hi＝hi/ho，
工作中潤滑油5在涂層材料表面上發(fā)生界面滑移，潤滑油5在靜止板塊1的其余工作表面即平臺面2上和運動平板4整個表面上均不發(fā)生滑移，將靜止板塊1的發(fā)生滑移表面作為潤滑入口區(qū)工作表面，使靜止板塊1和運動平板4配對，使靜止板塊1的平臺面2與運動平板4的工作表面相互平行，在靜止板塊1和運動平板4之間的間隙中充滿潤滑油5，運動平板4相對于靜止板塊1的運動方向為從靜止板塊1的斜面3一端指向靜止板塊1的平臺面2一端，這樣就形成新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承。本發(fā)明軸承比常規(guī)無界面滑移的斜面3平臺推力滑動軸承具有更大的承載能力。由于潤滑膜在軸承部分表面發(fā)生滑移，因此它比常規(guī)無界面滑移斜面平臺推力滑動軸承具有更低的摩擦系數(shù)。
實施例中，該種新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承，由一塊平板和另一塊具有斜面3和平臺面2的板塊組成本軸承，兩塊板塊可由各種牌號鋼材制成，但不排除使用其它材料制成。該種新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承，具有斜面3和平臺面2的板塊靜止，而運動平板4的運動如圖5，靜止板塊1斜面3一端作為軸承入口端，在靜止板塊1整個斜面3上涂覆憎油涂層，潤滑油5和該涂層材料界面間具有較低的吸附強度和剪切強度，工作中潤滑油5在該涂層材料表面上發(fā)生滑移。潤滑油5在靜止板塊1的其余工作表面上即靜止板塊1的平臺面2上不發(fā)生滑移。
圖5給出實施例軸承的結構示意圖。圖5中，u：運動平板相對于靜止板塊1的運動速度，w：軸承支承載荷,l1：軸承的出口區(qū)寬度，l2：軸承的入口區(qū)寬度，l：軸承的總寬度，l＝l1+l2，θ：靜止板塊1的斜面3的傾斜角，τsa：潤滑油和靜止板塊1的斜面3上涂層間的界面剪切強度，hi：軸承入口處兩板塊間的間隙，ho：軸承出口處兩板塊間的間隙。
該種新型的節(jié)能斜面平臺推力滑動軸承，靜止板塊1的平臺面2一端作為本軸承出口端，靜止板塊1的斜面3一端作為本軸承入口端。使運動平板4的工作表面與靜止板塊1的平臺面2相互平行。運動平板4以速度u相對于靜止板塊1滑動，速度u的方向為由軸承的入口端指向軸承的出口端，如圖5。潤滑油5在運動平板4的整個工作表面上均不發(fā)生滑移。在兩塊板塊工作表面之間充滿潤滑油5。
與傳統(tǒng)(無界面滑移)流體動壓潤滑斜面平臺推力滑動軸承相比，本發(fā)明設計的軸承潤滑機理有進一步實質改進。它運用界面滑移技術減小了軸承摩擦系數(shù)，卻反而提高了軸承承載能力。在最佳設計條件下，在相同條件下本發(fā)明軸承摩擦系數(shù)比傳統(tǒng)類型軸承摩擦系數(shù)低60％，而其承載能力卻比傳統(tǒng)類型軸承承載能力高出90％。因此，本發(fā)明軸承的技術優(yōu)勢和應用價值是十分明顯的。
實施例中，對于兩塊鋼制板塊，涂層可為氟碳涂層，這種涂層具有很強的憎油性。當潤滑油5為普通石蠟油時，在常溫常壓下潤滑油5和氟碳涂層間界面剪切強度τsa約為0.05mpa。
(1)當hi/ho＝1.5，ho/(l1+l2)＝2.5×10-4，l1/l2＝3.0，ηa＝0.1pa·s，ηa為潤滑油5常溫常壓下動力粘度，τsaho/(uηa)＝0.1，l1＝6mm，l2＝2mm，u＝10m/s，h0＝2.0μm，θ＝5×10-4弧度時，得到的本發(fā)明軸承單位長度量綱承載量w為相同條件下傳統(tǒng)(無界面滑移)斜面平臺推力滑動軸承單位長度量綱承載量wconv的1.72倍。
(2)其它條件不變，當τsaho/(uηa)＝0.15，u＝6.67m/s時，得到的本發(fā)明軸承單位長度量綱承載量w為相同條件下傳統(tǒng)(無界面滑移)斜面平臺推力滑動軸承單位長度量綱承載量wconv的1.63倍。
(3)其它條件不變，當τsaho/(uηa)＝0.2，u＝5m/s時，得到的本發(fā)明軸承單位長度量綱承載量w為相同條件下傳統(tǒng)(無界面滑移)斜面平臺推力滑動軸承單位長度量綱承載量wconv的1.52倍。
(4)其它條件不變，當τsaho/(uηa)＝0.3，u＝3.33m/s時，得到的本發(fā)明軸承單位長度量綱承載量w為相同條件下傳統(tǒng)(無界面滑移)斜面平臺推力滑動軸承單位長度量綱承載量wconv的1.32倍。
如圖5所示，本發(fā)明軸承的無量綱承載量為：
此處，wslip＝w/(uηa)，w為本發(fā)明軸承單位長度量綱承載量，k＝tan(θ)，ψ＝l1/l2，α＝ho/(l1+l2)，hi＝hi/ho，
其中，hi＝hi/ho，
實施例軸承最優(yōu)工作條件是：
此處，hi,opt是hi的最優(yōu)值，而hi＝hi/ho，ψ＝l1/l2，
根據(jù)式(4)，針對不同的ψ和
本發(fā)明原理說明如下：
根據(jù)已往建立的界面滑移理論，在本發(fā)明設計的軸承中，由于靜止板塊1斜面3上涂層與潤滑油5間的界面滑移(由該界面處剪應力達到該界面剪切強度引起)，靜止板塊1的斜面3上涂層與運動平板4間的潤滑油5流量進一步增大，如果軸承內壓力不發(fā)生改變，則它大于靜止板塊1上未涂覆涂層的工作表面即靜止板塊1的平臺面2與運動平板4間的潤滑油5流量。這樣，軸承內的流體流動的流量平衡條件就被打破。這就要求軸承內壓力增大而使軸承入口區(qū)(見圖5)的潤滑油5流量減小(由于壓力梯度流動)，使軸承出口區(qū)(見圖5)的潤滑油5流量增大(由于壓力梯度流動)，從而使軸承內的流體流量最終維持平衡(即：使通過軸承橫截面的潤滑油5流量處處相等)。這樣，設置的涂層和由之產(chǎn)生的界面滑移就使本軸承的承載能力得到提高。由于涂層表面剪切強度低、摩擦阻力小，因此設置的涂層和由之產(chǎn)生的界面滑移反而使本軸承的摩擦系數(shù)減小，從而使本軸承具有減摩、節(jié)能、高承載能力的優(yōu)點。這就是本軸承的工作原理。
圖6是ψ＝1.0時不同
圖7給出相比于傳統(tǒng)斜面平臺推力滑動軸承本發(fā)明軸承承載量增加量iw：iw＝(w-wconv)/wconv，w和wconv分別為本發(fā)明軸承承載量和傳統(tǒng)斜面平臺推力滑動軸承承載量。從圖7看出，iw隨
圖8是ψ＝3.0時本發(fā)明軸承靜止板塊1工作面上摩擦系數(shù)fa,slip、運動平板4工作面上摩擦系數(shù)fb,slip與
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