一种仿鲨鱼皮微结构高转速低功耗功能保持架

1.本发明属于轴承领域，尤其涉及一种仿鲨鱼皮微结构高转速低功耗功能保持架。


背景技术：

2.轴承是装备制造业的核心基础零部件，直接决定了装备的性能可靠性。在旋转机械系统中，如涡轮发动机，高速滚动轴承是支撑旋转轴和转子的重要部件，良好的润滑对轴承的运行的稳定性起到关键作用。鲨鱼皮表面的微结构具有减阻效果，部分学者将其鲨鱼皮表面微结构应用在飞机的机翼表面，据调研结果可节油3％；除此之外，类似鲨鱼皮微结构在输气管道以及水下探测器等得到了广泛的应用。然而，高端装备系统朝着高功率密度方向发展，转速越来越高，这对润滑的要求更加严格。当轴承的dmn值达到3
×
106mm
·
r/min,风阻和搅油损失将可能达到总损失的50％，现有的保持架对流场和流阻的控制还有不足，影响轴承的使用寿命。因此，亟需一种可以降低轴承在高转速下功耗损失并且能够调节流场、降低流动阻力的仿鲨鱼皮微结构高转速低功耗功能保持架。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种仿鲨鱼皮微结构高转速低功耗功能保持架，以解决上述问题，达到调节功能保持架附近流场，从而降低流动阻力的功能目的。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种仿鲨鱼皮微结构高转速低功耗功能保持架，包括功能保持架，所述功能保持架周向等间距开设有与滚动体相适配的若干兜孔，所述功能保持架的一端面设置为轴承进油侧，所述功能保持架的另一端面设置为轴承出油侧，靠近所述轴承进油侧外圈周向等间距设置有若干减阻区，靠近所述轴承进油侧内圈周向等间距设置有若干引流区，靠近所述轴承出油侧外圈周向等间距设置有若干降耗区，靠近所述轴承出油侧内圈周向等间距设置有若干疏油区。
5.优选的，若干所述兜孔沿所述功能保持架轴向分别与若干所述减阻区对应设置，相邻所述兜孔之间沿所述功能保持架轴向分别与若干所述减阻区对应设置；
6.相邻所述减阻区之间沿所述功能保持架轴向分别与若干所述引流区对应设置；
7.相邻所述兜孔之间沿所述功能保持架轴向分别与若干所述降耗区对应设置；
8.若干所述兜孔沿所述功能保持架轴向分别与若干所述疏油区对应设置。
9.优选的，所述减阻区包括开设在所述功能保持架外圈边部的若干减阻槽，所述减阻槽形状为三棱锥，所述减阻槽内的第一底面为直角三角形，所述减阻槽的棱边与所述第一底面之间的角度为30
°‑
60
°
。
10.优选的，所述减阻槽的数量设置为奇数。
11.优选的，所述引流区包括开设在所述功能保持架内圈边部的若干引流槽，所述引流槽形状为三棱柱，所述引流槽内相对设置的两组第二底面分别为直角三角形，所述第二底面的其中一角为15
°‑
45
°
。优选的，所述降耗区包括开设在所述功能保持架外圈边部的若干降耗槽，所述降耗槽形状为三棱锥，所述降耗槽内的第三底面为等腰三角形，所述降耗槽
的棱边与所述第三底面之间的角度为115
°‑
150
°
。
12.优选的，所述降耗槽的数量设置为奇数。
13.优选的，所述疏油区包括开设在所述功能保持架内圈边部的若干疏油槽，所述疏油槽为1/4球槽。
14.优选的，所述疏油槽的数量设置为奇数。
15.本发明具有如下技术效果：减阻区的主要作用：一方面可以降低功能保持架与轴承腔内的空气和油液之间的粘性阻力，另一方面可以通过减阻区将轴承进油侧的空气及油液引流到滚动体与轴承外圈的接触区，降低轴承球与外圈的发热量，降低轴承本体的温度；引流区的主要作用：轴承在高转速工况下，内圈的油液在离心力的作用下，使油液向外圈运动，使轴承内圈的油液相对较少，引流区可将进入轴承腔的空气和油液引流到滚动体与内圈接触区，增加此区域的润滑油液，降低轴承的温度，起到润滑和降温的作用；降耗区的主要作用：一方面可以降低功能保持架与轴承腔内的空气和油液之间的粘性损耗，降低功率损失，另一方面可以通过降耗区将经过滚动体与内外圈的高温流体引流出轴承腔，加速轴承腔内流体的流速，降低轴承本体温度；疏油区的主要作用是将经过滚动体与内外圈接触区的高温空气和流体输送到轴承腔外，具有一定的疏油作用，使轴承腔内的温度降低，加速流体的流速，起到降低轴承本体温度的功能；整体上，减阻区、引流区、降耗区与疏油区均有一定的减阻作用，还有相应的引流、调控流场、降低轴承本体温度的功能，从而有效增加轴承的使用寿命。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明功能保持架一端面结构示意图；
18.图2为本发明功能保持架另一端面结构示意图；
19.图3为图1中的a局部放大图；
20.图4为图1中的b局部放大图；
21.图5为图2中的c局部放大图；
22.图6为本发明功能保持架所在轴承示意图；
23.其中，1、功能保持架；2、滚动体；3、兜孔；4、轴承进油侧；5、引流槽；6、减阻槽；7、轴承出油侧；8、疏油槽；9、降耗槽；10、第一底面；11、棱边；12、第二底面；13、第三底面；14、棱边。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.参照图1-6所示，本发明提供了一种仿鲨鱼皮微结构高转速低功耗功能保持架，包括功能保持架1，功能保持架1周向等间距开设有与滚动体2相适配的若干兜孔3，功能保持架1的一端面设置为轴承进油侧4，功能保持架1的另一端面设置为轴承出油侧7，靠近轴承进油侧4外圈周向等间距设置有若干减阻区，靠近轴承进油侧4内圈周向等间距设置有若干引流区，靠近轴承出油侧7外圈周向等间距设置有若干降耗区，靠近轴承出油侧7内圈周向等间距设置有若干疏油区。
27.减阻区的主要作用：一方面可以降低功能保持架1与轴承腔内的空气和油液之间的粘性阻力，另一方面可以通过减阻区将轴承进油侧4的空气及油液引流到滚动体2与轴承外圈的接触区，降低轴承球与外圈的发热量，降低轴承本体的温度；引流区的主要作用：轴承在高转速工况下，内圈的油液在离心力的作用下，使油液向外圈运动，使轴承内圈的油液相对较少，引流区可将进入轴承腔的空气和油液引流到滚动体2与内圈接触区，增加此区域的润滑油液，降低轴承的温度，起到润滑和降温的作用；降耗区的主要作用：一方面可以降低功能保持架1与轴承腔内的空气和油液之间的粘性损耗，降低功率损失，另一方面可以通过降耗区将经过滚动体2与内外圈的高温流体引流出轴承腔，加速轴承腔内流体的流速，降低轴承本体温度；疏油区的主要作用是将经过滚动体2与内外圈接触区的高温空气和流体输送到轴承腔外，具有一定的疏油作用，使轴承腔内的温度降低，加速流体的流速，起到降低轴承本体温度的功能；整体上，减阻区、引流区、降耗区与疏油区均有一定的减阻作用，但还有相应的引流，调控流场，降低轴承本体温度的功能，增加轴承的使用寿命。
28.进一步优化方案，若干兜孔3沿功能保持架1轴向分别与若干减阻区对应设置，相邻兜孔3之间沿功能保持架1轴向分别与若干减阻区对应设置；减阻区包括开设在功能保持架1外圈边部的若干减阻槽6；当轴承极限转速相对较低时，减阻区中间减阻槽6与兜孔3孔心在同一轴线上。由于轴承保持架转速随着轴承转速的增大而增大，当轴承极限转速相对较高时，进入到轴承腔内的油液和空气与减阻区接触，为了使油液和空气进入滚动体2与轴承外圈接触区，减阻区在相邻两兜孔3之间沿旋转方向移动一定角度。轴承极限转速越高，旋转角度越大。
29.进一步优化方案，相邻减阻槽6之间的距离相同，减阻槽6形状为三棱锥，减阻槽6内的第一底面10为直角三角形，减阻槽6的棱边11与第一底面10之间的角度为45
°
；棱边11与第一底面10之间的角度根据轴承的旋转方向以及轴承极限转速的变化而设计；当轴承极限转速较高时，由于随着轴承极限转速的增加，进入到轴承腔内的油液和空气受到的离心力增大，流速也增加，为了引导油液和空气进入到球与外圈之间的接触区，带走轴承产生的热量。第一底面10的直角三角形斜边与直角边所夹的锐角应适当减小。同时适当增加减阻槽6的棱边11与第一底面10之间的角度。减阻槽6内第一底面10的直角三角形斜边与旋转圆周方向为锐角。减阻槽6的数量根据减阻槽6的尺寸与功能保持架1的结构尺寸设计。相邻兜孔3之间的减阻区沿圆周方向的尺寸一般为相邻兜孔3距离的1/4-1/3。
30.进一步优化方案，相邻减阻区之间沿功能保持架1轴向分别与若干引流区对应设置；引流区包括开设在功能保持架1内圈边部的若干引流槽5；同样的，当轴承极限转速相对较低时，引流区中间引流槽5与相邻减阻区中间位置在同一轴线上。当轴承极限转速相对较
高时，为了将油液引入到球与轴承内圈的接触区，引流区随着减阻区在相邻两兜孔3之间沿旋转方向移动相同角度。
31.进一步优化方案，相邻引流槽5之间的距离相同，引流槽5形状为三棱柱，引流槽5内相对设置的两组第二底面12分别为直角三角形，第二底面12的其中一角为30
°
；第二底面12与功能保持架1径向方向之间设置有倾斜角，倾斜角根据轴承的旋转方向以及轴承极限转速变化而设计；当轴承极限转速较高时，随着轴承转速的增加，进入轴承腔内的油液和空气所受到的离心力增大，为了让油液和空气更多的进入滚动体2与内圈之间的接触区，带走热量。第二底面12与功能保持架1径向方向之间的倾斜角应适当增大，即倾斜角与旋转圆周方向之间夹角适当减小。同时，增加引流槽5之间的距离。引流槽5的数量根据引流槽5的尺寸与功能保持架1的结构尺寸设计。相邻减阻区之间的引流区沿圆周方向的尺寸一般为相邻兜孔3距离的1/5-1/4。随着转速的增大第二底面12尽可能的小，使油液引入到滚动体2与内圈的接触区。引流槽5为三棱柱形状，易于加工，其同样可以起到减阻的作用。
32.进一步优化方案，相邻兜孔3之间沿功能保持架1轴向分别与若干降耗区对应设置；降耗区包括开设在功能保持架1外圈边部的若干降耗槽9；当轴承极限转速相对较低时，降耗区中间降耗槽9与相邻兜孔3中间位置在同一轴线上。当轴承极限转速相对较高时，由于进入到轴承腔内的高速油液和空气受到滚动体2和功能保持架1的作用后，速度有一定的降低。因此，为了使高温的油液快速的离开轴承腔，降耗区在相邻两兜孔3之间沿与旋转方向相反方向移动一定角度。轴承极限转速越高，旋转角度越大。
33.进一步优化方案，相邻降耗槽9之间的距离相同，降耗槽9形状为三棱锥，降耗槽9内的第三底面13为等腰三角形，降耗槽9的棱边14与第三底面13之间的角度为135
°
；第三底面13与功能保持架1径向方向之间设置有倾斜角，倾斜角根据轴承的旋转方向以及轴承极限转速变化而设计；当轴承极限转速较高时，随着轴承转速的增加，进入轴承腔内的油液和空气所受到的离心力增大，为了让经过滚动体2与内外圈接触后的高温油液和空气更快的流出轴承腔，带走热量。同时，降低功能保持架1与油液和空气之间的功率损耗。第二底面12与功能保持架1径向方向之间的倾斜角应适当增大，即倾斜角与旋转圆周方向之间夹角适当减小。同时，增加第三底面13等腰三角形的底边长度。降耗槽9的数量根据降耗槽9的尺寸与功能保持架1的结构尺寸设计。相邻兜孔3之间的降耗区沿圆周方向的尺寸一般为相邻兜孔3距离的1/3-1/2。随着转速的增大，棱边14与第三底面13之间的角度尽可能增大，可降低油液不保持架之间的粘性阻力。
34.进一步优化方案，若干兜孔3沿功能保持架1轴向分别与若干疏油区对应设置；疏油区包括开设在功能保持架1内圈边部的若干疏油槽8。当轴承为相对转速较低时，疏油区中间疏油槽8与兜孔3孔心在同一轴线上。当轴承极限转速相对较高时，油液和空气受到的离心力较大。因此，为了使流经功能保持架1与内圈之间的高温油液和空气快速的离开轴承腔，疏油区在相邻降耗区之间沿与旋转方向相反方向移动相同角度。
35.进一步优化方案，相邻疏油槽8之间的距离相同，疏油槽8为1/4球槽；1/4球槽具有一定的倾斜角度，倾斜角度根据轴承转速的不同而设计，当轴承极限转速相对较低时，倾斜角度与内圈旋转方向一致，倾斜角度优先选择0
°
。当轴承极限转速较高时，由于随着轴承极限转速的增加，进入到轴承腔内的油液和空气受到的离心力增大，流速也增加，为了引导流经功能保持架1和内圈之间的油液和空气流出轴承腔，带走轴承产生的热量。疏油槽8的1/4
球槽与圆周旋转方向之间所夹的锐角，即倾斜角度适当减小。同时适当增加疏油槽8的半径。疏油槽8的数量根据滚动体2的数量不同而不同，疏油槽8的数量还要根据疏油槽8的尺寸与功能保持架1的结构尺寸设计；相邻降耗区之间的疏油区沿圆周方向的尺寸一般为相邻兜孔3距离的1/3-1/2。降耗区的降耗槽9数量一般为滚动体2的1/3-1/2。随着转速的增大，应使1/4球槽的开口增大，使轴承具有更好的疏油性。
36.进一步优化方案，减阻槽6的数量设置为奇数。
37.进一步优化方案，降耗槽9的数量设置为奇数。
38.进一步优化方案，疏油槽8的数量设置为奇数；疏油槽8的数量至少为3组。
39.进一步优化方案，功能保持架1可应用于深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承等高转速轴承中。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。