一种应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承

摘要

本发明公开了一种应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承。本发明将鲨鱼皮织构化表面设置在轴承轴瓦的内表面，鲨鱼皮织构化表面在径向滑动轴承中织构的位置为周向织构位于0‑180°的区域内，轴向织构位于轴向两端，织构位于周向收敛区域内；织构无量纲深度为0.5，随着织构深度的增加，摩擦力先减小后增大，因此存在最优的织构深度使得减阻效果最明显。本发明有益于改善径向滑动轴承的静特性，在降低摩擦力的同时可以保证了承载力。在不同的偏心率下，鲨鱼皮织构始终有着良好的减阻效果。在不同的织构深度下，鲨鱼皮织构相比于无织构、圆柱坑织构和球坑织构始终表现着最好的减阻效果。

说明书

技术领域

本发明涉及机械配副摩擦学特性的技术领域，具体涉及一种应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承。

背景技术

径向滑动轴承结构简单，在保证液体润滑条件下可长时间高速运转，获得较高的运转精度，承受较大的载荷具有较好的吸振能力，可适用于承受振动、冲击载荷的情况。但是其性能受结构形式及结构参数的影响较大，使用不当时会造成系统失稳从而发生事故，明确径向滑动轴承的特性进行合理的选用非常重要。精密机械的逐步发展，对于滑动轴承的要求也越来越高。学者通过研究发现表面织构有利于降低摩擦力，在其他方面也可以起到积极作用。

鲨鱼皮肋条的尖顶处会有次级涡旋，同时肋条能够很好的防止浊流流体的动能从径向横向转换。而当阻力增加时鲨鱼皮肋条的尖顶产生的次级涡旋的运动强度要远高于减小阻力时次级横向涡旋的运动强度，所以次级涡旋本身引起阻力的影响较小。

鉴于鲨鱼皮盾鳞结构在减阻方面表现出的优越性，考虑将鲨鱼皮织构应用在滑动轴承轴瓦形面的设计上，来解决动压滑动轴承在高剪切下的摩擦损耗问题，希望起到减小摩擦阻力，降低摩擦损耗的作用。因此如何根据鲨鱼皮可以减阻的原理，设计用于径向滑动轴承的鲨鱼皮织构化表面，以期寻找最优织构形式，提升滑动轴承的润滑性能，成为急需解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有背景技术存在的不足，本发明的目的是提供一种应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承，在降低径向滑动轴承的摩擦力的同时可以保证径向滑动轴承的承载力，提升滑动轴承的润滑性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承，将鲨鱼皮织构化表面设置在径向滑动轴承轴瓦的内表面，构成鲨鱼皮盾鳞结构。

优选地，所述鲨鱼皮盾鳞结构：该织构的位置为周向织构位于0-180°，以进油口处为0°；轴向织构位于轴向两端即轴向0-33％以及66％-100％部位；织构位于周向收敛区域；无量纲织构深度为0.5±0.01。

优选地，所述鲨鱼皮盾鳞结构由一系列织构单元分布排列而成，织构单元由一组长度不同的细小的肋条排布组成，形成了非光滑表面的沟槽形式结构。优选在同一织构单元中，肋条按照长度逐渐增加、逐渐减小、先逐渐增加再逐渐减小或者先逐渐减小再逐渐增加的形式排布一系列平行设置的条状肋条。

优选地，所述的鲨鱼皮盾鳞结构中的肋条：W(1)＝1.75mm，W(2)＝3.25mm，W(3)＝4.75mm，W(4)＝6.25mm，其中W(1)为肋条的长度，且肋条的长度值呈等差数列，每个盾鳞由7根肋条构成而且关于W(4)肋条轴向对称，垂直方向相邻的两个盾鳞共用一根W(1)肋条。优选地，其中Rp＝0.5mm，为织构半径；Gw＝3mm，为水平方向相邻肋条的球心间距；Dw＝7mm，为水平相邻肋条的中心距；Dt＝2mm，为垂直方向肋条的中心距。

优选地，在周向布置织构时，考虑到织构的位置对于径向滑动轴承的性能影响非常大，织构位于发散区时会破坏承压区，导致油膜压力减小，承载力下降，同时摩擦力力也会大幅度增加；相比于其他周向织构位置，周向0-180°轴向全织构具有静特性，使摩擦力有降低同时也保证了承载力能力。

优选地，轴向位于轴向两端，即轴向0-33％以及66％-100％部位，相比于无织构的情况，应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承的轴向两端织构形成提升承载力的结构形式。有效提升了轴承承载力。

优选地，织构无量纲深度为0.5±0.01，摩擦力是随着织构的无量纲深度呈现先减小后增大的形式进行设置，存在最优的织构深度使得摩擦力最小。相比于球坑织构、圆柱坑织构以及光滑轴承，鲨鱼皮织构在减小摩擦力上始终表现出最好的效果，说明了鲨鱼皮织构在减小摩擦力方面有着更为积极的作用。

优选地，在不同偏心率下，鲨鱼皮织构始终有着良好的减阻效果；在小偏心率下，鲨鱼皮织构具有更好的减阻效果。在小偏心率下，鲨鱼皮织构体现了更好的减阻效果，相比于球坑织构、圆柱坑织构以及光滑轴承摩擦力有着较大的减小，充分体现了鲨鱼皮织构可以减阻的作用。

优选地，所述的鲨鱼皮织构化表面，在形成鲨鱼皮织构时，首先计算轴向织构的数目，并确定每个织构单元的中心点位置,保证可以形成完整的织构。然后确定周向织构的数目，并确定织构单元中心点所在的位置。再确定单元内点的轴向以及周向的起始点以及终止点的位置，最后判断该点是否在织构区域内，计算油膜的厚度。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的优点：

1.本发明有益于改善径向滑动轴承的静特性，在降低径向滑动轴承的摩擦力的同时可以保证径向滑动轴承的承载力；

2.在不同的偏心率下，本发明的鲨鱼皮织构体现了更好的减阻效果，相比于球坑织构、圆柱坑织构以及光滑轴承摩擦力有着较大的减小；

2.在不同的织构深度下，本发明的鲨鱼皮织构相比于无织构、圆柱坑织构和球坑织构始终表现着最好的减阻效果。

附图说明

图1为本发明鲨鱼皮织构径向滑动轴承示意图。

图2为本发明的鲨鱼皮织构整体分布示意图。

图3为本发明的鲨鱼皮肋条截面示意图。

图4为本发明的周向织构0-180°轴向织构0-33％以及66％-100％分布示意图。

图5为本发明的织构深度对滑动轴承摩擦力的影响示意图。

图6为本发明的鲨鱼皮织构径向滑动轴承的偏心率对滑动轴承摩擦力的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施例做进一步的说明。

实施例一：

参见图1，一种应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承，将鲨鱼皮织构化表面设置在轴承轴瓦的内表面，构成鲨鱼皮盾鳞结构。

本实施例在降低径向滑动轴承的摩擦力的同时可以保证径向滑动轴承的承载力，提升滑动轴承的润滑性能。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

在本实施例中，所述鲨鱼皮盾鳞结构：该织构的位置为周向织构位于0-180°，以进油口处为0°；轴向织构位于轴向两端即轴向0-33％以及66％-100％部位；织构位于周向收敛区域；无量纲织构深度为0.5±0.01。

在本实施例中，所述鲨鱼皮织构中的肋条长度W(1)＝1.75mm，W(2)＝3.25mm，W(3)＝4.75mm，W(4)＝6.25mm，其中W(1、2、3、4)为肋条的长度，且肋条的长度值呈等差数列，每个盾鳞由7根肋条构成而且关于W(4)肋条轴向对称，垂直方向相邻的两个盾鳞共用一根W(1)肋条。

在本实施例中，在周向布置织构时，织构的位置对于径向滑动轴承的性能影响非常大，织构位于发散区时会破坏承压区，导致油膜压力减小，承载力下降，同时摩擦力力也会大幅度增加；相比于其他周向织构位置，周向0-180°轴向全织构表现了最好的静特性，不仅摩擦力有很大的降低同时也保证了承载力。

在本实施例中，轴向位于轴向两端，即轴向0-33％以及66％-100％部位，相比于无织构的情况，轴向两端织构对于提升承载力是积极的。

在本实施例中，织构无量纲深度为0.5±0.01，摩擦力是随着织构的无量纲深度出现了先减小后增大的效果，说明了存在最优的织构深度使得摩擦力最小。相比于球坑织构、圆柱坑织构以及光滑轴承，鲨鱼皮织构在减小摩擦力上始终表现出最好的效果，说明了鲨鱼皮织构在减小摩擦力方面有着更为积极的作用。

在本实施例中，不同偏心率下，鲨鱼皮织构始终有着良好的减阻效果；在小偏心率下，鲨鱼皮织构体现了更好的减阻效果，相比于球坑织构、圆柱坑织构以及光滑轴承摩擦力有着较大的减小，充分体现了鲨鱼皮织构可以减阻的作用。

实施例三：

在本实施例中，如图1为本发明的鲨鱼皮织构径向滑动轴承示意图，图2为本发明的鲨鱼皮织构整体分布示意图，图3为本发明的鲨鱼皮肋条截面示意图。

本实施例的鲨鱼皮织构化表面特征在于：由鲨鱼皮盾鳞结构组成的鲨鱼皮织构，W(1)为肋条的长度，且肋条的长度值呈等差数列，每个盾鳞由7根肋条构成而且关于W(4)肋条轴向对称，垂直方向相邻的两个盾鳞共用一根W(1)肋条。盾鳞能够防止流体分离，从而压差阻力减小，以及盾鳞紧密有序的排列同样可以起到减阻的作用,同时盾鳞肋条也使得盾鳞的厚度下降。

本实施例的鲨鱼皮织构化表面中各表面织构单元尺寸：W(1)＝1.75mm，W(2)＝3.25mm，W(3)＝4.75mm，W(4)＝6.25mm。其中Rp＝0.5mm，为织构半径；Gw＝3mm，为水平方向相邻肋条的球心间距；Dw＝7mm，为水平相邻肋条的中心距；Dt＝2mm，为垂直方向肋条的中心距。鲨鱼皮织构整体分布如图2所示，单个鲨鱼皮肋条的截面图如图3所示。鲨鱼皮盾鳞结构在减阻方面表现出的优越性，在降低径向滑动轴承的摩擦力的同时可以保证径向滑动轴承的承载力，提升滑动轴承的润滑性能。

实施例四：

在本实施例中，图4为本发明的周向织构0-180°轴向织构0-33％以及66％-100％分布示意图。

本实施例的鲨鱼皮织构化表面特征在于：周向织构分布在0-180°的区域内(以进油口为0°)，轴向织构分布在轴向两端(0-33％以及66％-100％)，并且织构是分布在周向收敛区域内的。当织构位于周向收敛区时，不仅径向滑动轴承的摩擦力减小最为明显，而且可以保证径向滑动轴承的承载力。

实施例五：

在本实施例中，图5为本发明的织构深度对滑动轴承摩擦力的影响示意图。

本实施例的鲨鱼皮织构化表面特征在于：鲨鱼皮织构化表面的织构无量纲深度Hp是0.5。参见5，摩擦力是随着织构的无量纲深度出现了先减小后增大的效果，说明了存在最优的织构深度使得摩擦力最小。相比于球坑织构、圆柱坑织构以及光滑轴承，鲨鱼皮织构在减小摩擦力上始终表现出最好的效果，说明了鲨鱼皮织构在减小摩擦力方面有着更为积极的作用。

实施例六：

图6为本发明的偏心率对滑动轴承摩擦力的影响示意图。

本实施例的应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承特征在于：在不同偏心率下，鲨鱼皮织构始终有着良好的减阻效果。但是在小偏心率下，鲨鱼皮织构体现了更好的减阻效果，相比于球坑织构、圆柱坑织构以及光滑轴承摩擦力有着较大的减小，充分体现了鲨鱼皮织构可以减阻的作用。

实施例七：

在本实施例中，所述鲨鱼皮盾鳞结构由一系列织构单元分布排列而成，织构单元由一组长度不同的细小的肋条排布组成，形成了非光滑表面的沟槽形式结构。在同一织构单元中，肋条按照长度逐渐增加、逐渐减小、先逐渐增加再逐渐减小或者先逐渐减小再逐渐增加的形式排布一系列平行设置的条状肋条。

本实施例有益于改善径向滑动轴承的静特性，在降低径向滑动轴承的摩擦力的同时可以保证径向滑动轴承的承载力。

综上所述，上述实施例应用鲨鱼皮织构化表面的径向滑动轴承，将鲨鱼皮织构化表面设置在轴承轴瓦的内表面，鲨鱼皮织构化表面在径向滑动轴承中织构的位置为周向织构位于0-180°的区域内，轴向织构位于轴向两端，轴向织构位于轴向两端即轴向0-33％以及66％-100％部位，织构位于周向收敛区域内；优选织构无量纲深度为0.5，随着织构深度的增加，摩擦力先减小后增大，因此存在最优的织构深度使得减阻效果最明显。本发明上述实施例有益于改善径向滑动轴承的静特性，在降低摩擦力的同时可以保证了承载力。在不同的偏心率下，鲨鱼皮织构始终有着良好的减阻效果。在不同的织构深度下，鲨鱼皮织构相比于无织构、圆柱坑织构和球坑织构始终表现着最好的减阻效果。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。