用于軸軸承裝置的可傾瓦塊和軸軸承裝置的制造方法
【專利摘要】用于軸軸承裝置的可傾瓦塊(12)，具有基體(15)，基體具有一個由在軸向上延伸的瓦塊前緣(17)，由同樣在軸向上延伸的瓦塊后緣(18)和由在周向上在瓦塊前緣和瓦塊后緣之間延伸的側緣邊(19，20)限制的滑動軸承面(16)，其中，一個位于比靠近瓦塊前緣(17)更靠近瓦塊后緣(18)處的、在軸向上延伸的槽(22)被引入到滑動軸承面(16)中。
【專利說明】用于軸軸承裝置的可傾瓦塊和軸軸承裝置
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的用于軸軸承裝置的可傾瓦塊。此外本發明涉及一種軸軸承裝置。
[0002]由US6，361，215B1已知一種用于滑動支承旋轉的軸的軸軸承裝置，其包括軸承基體和多個容納在軸承基體上的、在周向上相繼地定位的可傾瓦塊。可傾瓦塊中的每個具有一個滑動軸承面，其一方面由在軸向上延伸的瓦塊前緣以及同樣在軸向上延伸的瓦塊后緣和另一方面由在周向上在瓦塊前緣和瓦塊后緣之間延伸的側緣邊限制。由US6，361，215B1此外已知，在這種軸軸承裝置上可以使用所謂的受控潤滑或浸沒潤滑，其中，所謂的浸沒潤滑具有較好的減振的優點而受控潤滑具有較小的機油消耗并且因此具有較小的損失功率的優點。為了提供一種具有較小的損失功率和同時減小的振動特性的軸軸承裝置，按照US6，361，215B1在可傾瓦塊的開始處，與瓦塊前緣相鄰地，引入一個在軸向上延伸的槽，所謂的前緣槽(Leading Edge Groove)，經由該槽向可傾瓦塊供給機油。同樣在滑動軸承面中引入在周向上延伸的槽，該槽與側緣邊相鄰地延伸并且一直延伸到可傾瓦塊的瓦塊后緣的區域中。
[0003]從US6，361，215B1已知的可傾瓦塊的這些在周向上延伸的槽減少各個可傾瓦塊的機油的側邊流出。通過這種減少的機油側流，一個限定的機油量被輸送到在瓦塊端部處的擴散的潤滑縫隙中并且負責改善對所謂的同步的和所謂的次同步的振動的減振。
[0004]由US6，485，182B1已知另一個具有可傾瓦塊的軸軸承裝置，其中，按照現有技術該可傾瓦塊經由在相鄰的可傾瓦塊之間構成的縫隙被供給機油。
[0005]在從現有技術中已知的具有可傾瓦塊的軸軸承裝置中存在的問題是，尤其是在運行中相對較小承載的可傾瓦塊有出現所謂的瓦塊顫動的傾向。
[0006]所謂的瓦塊顫動在軸承本身中描述引起的次同步的振動。這些振動通過未承載的可傾瓦塊在兩個不同的平衡點之間的持續的振動產生。可傾瓦塊在此情況下不能夠占據穩定的位置并且因此是不穩定的。所謂的瓦塊顫動可以例如由于缺少潤滑而產生。當潤滑縫隙不能夠完全被充滿潤滑劑時是這種情況。在軸中心點和軸承中心點之間的偏心率變得非常大時可以出現這種情況。在此情況下，在未承載的和承載的可傾瓦塊之間的潤滑縫隙寬度可以許多倍地相互偏離，由此供給的潤滑劑的量不再能夠完全地充滿未承載的可傾瓦塊的強烈增大的潤滑縫隙。
[0007]在極端情況下，瓦塊顫動導致瓦塊滑動面與軸表面的固體接觸并且由此導致瓦塊的受損或甚至毀壞。
[0008]—種用于減小瓦塊顫動的可能性在于，為軸承配備浸沒潤滑，由此整個軸承被充滿潤滑劑。在此情況下通常在結構上在軸承殼的軸向軸承端上使用一個側邊密封，它限制經由可傾瓦塊加熱的潤滑油從軸承殼中出來的機油側流。由此，由于限制的從滑動軸承中的熱潤滑油的流出，潤滑膜溫度顯著較高并且此外由于增大的液體摩擦損失功率也較高。這種用于抑制或減小瓦塊顫動的機器調整是非常昂貴的。
[0009]迄今未知有借此可以借助于簡單的措施安全地和可靠地避免所謂的瓦塊顫動的解決方案。
[0010]從此處出發，本發明基于的任務是，創造一種新型的用于軸軸承裝置的可傾瓦塊和一種新型的軸軸承裝置。
[0011]這個任務通過一種按照權利要求1所述的可傾瓦塊解決。按照本發明，在滑動軸承面中引入一個比靠近瓦塊前緣更靠近瓦塊后緣的、在軸向上延伸的槽。通過本發明可以安全地和可靠地避免尤其是在軸軸承裝置的相對較小承載的可傾瓦塊處的所謂的瓦塊顫動。
[0012]在在軸向上延伸的槽的過渡部處，在從在軸向上延伸的槽的底部到滑動軸承面的垂直方向上，該滑動軸承面一直延伸到瓦塊后緣，形成一個在可傾瓦塊和通過這個軸軸承裝置支承的軸之間的縫隙高度的變窄部。由于這個縫隙變窄部，以及由于在軸和軸承之間的速度差和因為潤滑劑粘附在軸表面上，導致動液壓力的建立。
[0013]由于軸向延伸的槽在周向上比靠近瓦塊前緣更靠近瓦塊后緣，并且由此縫隙變窄部也比靠近瓦塊前緣更靠近瓦塊后緣，因此在軸和可傾瓦塊之間的擴散的區域中發生附加的動液壓力的建立。在擴散的區域中動液壓力的產生導致，在可傾瓦塊和軸之間的這個擴散的區域被填充潤滑劑。擴散的區域的完全的充滿否則僅僅通過浸沒軸承才有可能，浸沒軸承防止側面的潤滑劑流出。對擴散的縫隙的填充防止可傾瓦塊在現在被填充的擴散的縫隙的方向上運動，由此有效地克服瓦塊顫動。
[0014]建立的動液壓力導致在正是這個可傾瓦塊和這個軸之間的擴散的縫隙區域中潤滑劑被填充到可傾瓦塊和軸之間的縫隙中。由此在軸和可傾瓦塊之間的潤滑劑的不同熱度的層之間也發生熱交換。
[0015]在此情況下在軸表面的區域中的傳熱通過部分地轉變成具有相應的增大的努塞爾特數(Nu)的湍流的流態而得到極大的改善以及部分地產生也在軸的周向上指向的泰勒渦流，它同樣導致改善的傳熱和由此在總體上軸的溫度和軸承的溫度水平下降。
[0016]按照一個有利的擴展方案，在軸向上延伸的槽的縱向中心軸線被定位在滑動軸承面的一個部段中，該部段在滑動軸承面的在瓦塊前緣處以0%開始的和在瓦塊后緣處以100%結束的周向延伸Ul的方向上處在滑動軸承面的周向延伸Ul的60%和90%之間，優選在60%和80%之間，特別優選在70%和80%之間。由此可以特別有利地克服瓦塊顫動。
[0017]按照另一個有利的擴展方案，對于在在軸向上延伸的槽的在周向上延伸的槽寬U2和滑動軸承面的在瓦塊前緣和瓦塊后緣之間延伸的周向延伸Ul之間的比例VU=U2/U1，適用比例0.02彡VU彡0.20，優選比例0.05彡VU彡0.20，特別優選比例0.05彡VU彡0.10。這些措施也允許有效地抵制可傾瓦塊的瓦塊顫動。
[0018]按照另一個有利的擴展方案，對于在在軸向上延伸的槽的在軸向上延伸的槽長L2和在滑動軸承面的側緣邊之間延伸的軸向延伸LI之間的比例VL=L2/L1，適用比例0.5彡VL〈1.0，優選比例0.6彡VL〈1.0，特別優選比例0.7彡VL〈1.0。該措施也有利于抑制在軸軸承裝置的可傾瓦塊處的瓦塊顫動。
[0019]最好在滑動軸承面中引入一個在周向上延伸的槽，它從瓦塊前緣出發，延伸到在軸向上延伸的槽中。通過在周向上延伸的槽，可以從瓦塊前緣出發將油輸送到在軸向上延伸的槽中。輸送到這個在軸向延伸的槽中的油此時比從瓦塊前緣在周向上輸送到滑動面上的油經歷較小的受熱。通過由于動液壓力對油產生的附加的攔截，因此在擴散的縫隙區域中發生不同加熱的油流的熱交換。這同樣導致軸表面的冷卻和在整體上在軸軸承裝置中的溫度水平的降低。如已描述的那樣，通過形成的動液壓力環境，可以不僅抑制瓦塊顫動，而且此外可以使位于軸表面上的、層狀特征的熱油層(油膜)裂開。
[0020]與US6，361，215B1不同，在本發明中，槽不是用于攔阻在滑動軸承中的熱油，以填充擴散的縫隙，而是借助于按照本發明的可傾瓦塊實現，熱油可以從滑動軸承流出并且在軸承中的溫度水平可以被降低。
[0021 ]針對在周向上延伸的槽附加地或最好備選地，在軸向上延伸的槽可以具有一個斜面并且是這樣的，即在周向上看在軸向上延伸的槽的槽深在瓦塊后緣的方向上增大。由此也可以使層狀特征的熱油層裂開并且產生湍流的油流動以及在軸的旋轉方向分布的泰勒禍流，以改善軸的排熱。
[0022]本發明的優選的擴展方案由從屬權利要求和以下的描述中得到。本發明的實施例借助于附圖進行詳細解釋，而本發明不限于這些實施例。在此示出:
圖1:軸軸承裝置在軸向視線方向上的示意圖；
圖2:按照本發明的用于軸軸承裝置的第一可傾瓦塊的透視圖；
圖3:按照本發明的用于軸軸承裝置的第二可傾瓦塊的透視圖；
圖4:按照本發明的用于軸軸承裝置的第三可傾瓦塊的透視圖；和圖5:按照本發明的用于軸軸承裝置的第四可傾瓦塊的透視圖。
[0023]在此處的本發明涉及一種用于滑動支承旋轉的軸的軸軸承裝置以及一種用于這種軸軸承裝置的可傾瓦塊。
[0024]圖1強烈示意地在軸向視線方向上示出用于滑動支承旋轉的軸13的軸軸承裝置10，其中，軸軸承裝置10具有由兩個分環I Ia，I Ib構成的軸承基體11，在周向上看多個可傾瓦塊12相繼地容納在軸承基體中。可傾瓦塊12在周向上在徑向外部地圍繞要支承的軸13布置，其中，在相鄰的可傾瓦塊12之間各形成一個縫隙14，用于在可傾瓦塊12的流入棱邊，SP在軸的旋轉方向上的前緣，的方向上輸入潤滑油以及從可傾瓦塊12的流出棱邊，即在軸的旋轉方向上的后緣，排出熱油。
[0025]圖2示出按照本發明的第一變型的用于這種軸軸承裝置10的可傾瓦塊12的實施方式的透視圖。
[0026]可傾瓦塊12具有基體15，基體形成滑動軸承面16，其中，滑動軸承面16由在軸向上延伸的瓦塊前緣17，同樣在軸向上延伸的瓦塊后緣18以及在周向上在瓦塊前緣17和瓦塊后緣18之間延伸的側緣邊19，20限制。
[0027]瓦塊前緣17是可傾瓦塊12的基體15的那個在軸向上延伸的棱邊，該棱邊在要支承的軸13的旋轉方向上看被定位在前面。瓦塊后緣18在要支承的軸13的旋轉方向上看被定位在后面。要支承的軸的旋轉方向在圖2中通過箭頭21表示。
[0028]在此處的本發明的意義上，在滑動軸承面16的一個處于比靠近瓦塊前緣17更靠近瓦塊后緣18的部段中將一個在軸向上延伸的槽22引入到滑動軸承面16中。
[0029]可傾瓦塊12在運行中通過作用力被加載，其中，可傾瓦塊12的滑動軸承面16的那個部段，在該部段中在運行中最大的作用力在相應的可傾瓦塊12上出現，被稱為相應的可傾瓦塊12的主承載區。在軸向上延伸的槽22在此在周向上看被定位在這個主承載區和瓦塊后緣18之間。
[0030]在運行中，在在軸向上延伸的槽22中，該槽相對于瓦塊前緣17更靠近瓦塊后緣18定位，聚積機油，由此然后在運行中建立一個附加的動液壓力，它產生用于相應的可傾瓦塊12的預張力。由此可以抑制在該相應的可傾瓦塊12上的所謂的瓦塊顫動。
[0031]如已經描述的，被引入到滑動軸承面16中的、在軸向上延伸的槽22比靠近瓦塊前緣17更靠近瓦塊后緣18地定位，即在可傾瓦塊12的所謂的主承載區和可傾瓦塊12的瓦塊后緣18之間。在軸向上延伸的槽22的縱向中心軸線定位在滑動軸承面16的一個部段中，該部段在滑動軸承面16的、在瓦塊前緣17處以0%開始的和在瓦塊后緣18處以100%結束的周向延伸Ul的方向上處在滑動軸承面16的周向延伸Ul的60%和90%之間，優選在60%和80%之間，特別優選在70%和80%之間。
[0032]當在軸向上延伸的槽22的縱向中心軸線和由此槽22被設置在滑動軸承面16的一個這樣地定位的部段中時，則可以特別有效地克服瓦塊顫動。
[0033]對于在在軸向上延伸的槽22的在周向上延伸的槽寬U2和在相應的可傾瓦塊12的滑動軸承面16的在瓦塊前緣17和瓦塊后緣18之間延伸的周向延伸Ul之間的比例VU=U2/U1，適用以下的比例0.02彡VU彡0.20，優選適用比例0.05彡VU彡0.20，特別優選適用比例0.05彡VU彡0.10。
[0034]具有這種槽寬U2的槽22證明特別有利于抑制瓦塊顫動。
[0035]在軸向上延伸的槽22在圖2的實施例中由四個槽壁限制，即由在軸向上延伸的、與瓦塊后緣18面對的第一槽壁23，同樣在軸向上延伸的、與瓦塊后緣18相背的第二槽壁24和由在第一槽壁23和第二槽壁24之間延伸的兩個側面的槽壁25，26限制。在分別在軸向上延伸的第一槽壁23和第二槽壁24之間的間距確定槽22的槽寬U2，其中，在側面的槽壁25，26之間的間距確定在軸向上延伸的槽22的在軸向上延伸的槽長L2。對于在在軸向上延伸的槽22的在軸向上延伸的槽長L2和滑動軸承面16的在側緣邊19，20之間延伸的軸向延伸LI之間的比例VL=L2/L I，適用比例0.5彡VL〈 1.0，優選適用比例0.6彡VL〈 1.0，特別優選適用比例0.7彡VL〈1.0o
[0036]在圖2的變型中，在軸向上延伸的槽22，其在可傾瓦塊12的滑動軸承面16上形成，由槽壁23，24，25和26四周地限制，其中，槽22在徑向上看具有恒定的槽深。
[0037]圖3示出圖2的可傾瓦塊12的一個擴展方案，其中，圖3的變型與圖2的變型的區別在于，在可傾瓦塊12的滑動軸承面16中引入另一個槽27，即在周向上延伸的槽27，它從瓦塊前緣17出發延伸到在軸向上延伸的槽22中。通過這個在周向上延伸的槽27，可以從瓦塊前緣17出發將機油輸送到在軸向上延伸的槽22中。由此引起動液壓力的建立，其一方面在運行中使在軸13的軸表面上形成的、層狀特征的熱油層裂開，和另一方面負責湍流式的油流動以及在要支承的軸13的旋轉方向上分布的、可能的泰勒渦流，由此總體上導致從滑動面16和軸表面13的更好的排熱。
[0038]在圖3的變型中，這個在周向上延伸的槽27通入在軸向上延伸的槽22的軸向的槽長L2的中點。與此相應地，圖4示出本發明的一個擴展方案，其中在周向上延伸的槽22與滑動軸承面16的側壁19，20中的一個相鄰地延伸并且在一個與側面的槽壁25相鄰的側面的部段中通入在軸向上延伸的槽22中。
[0039]圖5示出可傾瓦塊12的另一個變型，其中，在圖5中僅僅存在在軸向上延伸的槽22，但是沒有在周向上延伸的槽。相反，在軸向上延伸的槽22通過一個斜面表征，即這樣地，從與瓦塊后緣18背離的槽壁24出發，槽22的槽深在與瓦塊后緣18面對的槽壁23的方向上增大。
[0040]在此情況下，按照圖5的圖，槽深最好斜坡式地線性地增大，即持續地或者說連續地在與瓦塊后緣18面對的槽壁23的方向上增大。
[0041]該斜面也可以以一個半徑實施。
[0042]由此也可以支持油供給到在軸向上延伸的槽22中，以使可以在要支承的軸13的軸表面的區域中形成的熱油層裂開，和另一方面以產生可能的湍流式的油流動以及在要支承的軸13的旋轉方向上分布的泰勒渦流，以便最終由此改善傳熱和因此改善瓦塊12和被支承的軸13的排熱。
[0043]也可能的是，按照圖5的在軸向上延伸的槽22的這種斜面與圖3和4的在周向上延伸的槽27組合。
[0044]借助于本發明可以以簡單的手段有效地和可靠地克服可傾瓦塊12的瓦塊顫動。此外可以改善從潤滑縫隙中的傳熱和因此降低溫度水平。
[0045]在此處的本發明不僅涉及一種可傾瓦塊12，而且也涉及一種具有至少一個這種可傾瓦塊12的軸軸承裝置10。
[0046]在運行中，軸軸承裝置10的第一可傾瓦塊12比第二可傾瓦塊12更強烈地承載作用力。在用于水平延伸的軸的軸軸承裝置10中，尤其是下部的可傾瓦塊12比上部的可傾瓦塊12更強烈地承載作用力。
[0047]最好僅僅被承載相對較小的作用力的那些可傾瓦塊12，即僅僅第二可傾瓦塊中的至少一個，以參照圖2至5描述的方式和方法進行設計。
[0048]優選地，其由作用力產生的負載小于一個極限值的全部第二可傾瓦塊如參照圖2至5描述的那樣實施。
[0049]第一可傾瓦塊，其由作用力產生的負載大于所述極限值，最好這樣地實施，即在它們的滑動軸承面16中不引入槽。
[0050]附圖標記表 10軸軸承裝置
11軸承基體 I Ia軸瓦 I Ib軸瓦 12可傾瓦塊 13軸 14縫隙 15基體
16滑動軸承面 17瓦塊前緣 18瓦塊后緣 19側緣邊 20側緣邊 21軸旋轉方向 22槽 23槽壁壁壁壁槽槽槽槽4 5 6 72 2 2 2
【主權項】
1.用于軸軸承裝置的可傾瓦塊(12)，具有基體(15)，基體具有由在軸向上延伸的瓦塊前緣(17)，由同樣在軸向上延伸的瓦塊后緣(18)和由在周向上在瓦塊前緣和瓦塊后緣之間延伸的側緣邊(19，20)限制的滑動軸承面(16)，其特征在于，一個位于比靠近瓦塊前緣(17)更靠近瓦塊后緣(18)處的、在軸向上延伸的槽(22)被引入到滑動軸承面(16)中。2.根據權利要求1所述的可傾瓦塊，其特征在于，在軸向上延伸的槽(22)的縱向中心軸線被定位在滑動軸承面(16)的一個部段中，該部段在滑動軸承面(16)的在瓦塊前緣(17)處以0%開始的和在瓦塊后緣(I 8)處以100%結束的周向延伸Ul的方向上處在滑動軸承面(16)的周向延伸Ul的60%和90%之間，優選在60%和80%之間，特別優選在70%和80%之間。3.根據權利要求2所述的可傾瓦塊，其特征在于，對于在在軸向上延伸的槽(22)的在周向上延伸的槽寬U2和滑動軸承面(16)的在瓦塊前緣(17)和瓦塊后緣(18)之間延伸的周向延伸Ul之間的比例VU=U2/U1，適用比例0.02彡VU彡0.20，優選比例0.05彡VU彡0.20，特別優選比例0.05彡VU彡0.10。4.根據權利要求2或3所述的可傾瓦塊，其特征在于，對于在在軸向上延伸的槽(22)的在軸向上延伸的槽長L2和滑動軸承面(16)的在側緣邊(19，20)之間延伸的軸向延伸LI之間的比例VL=L2/L I，適用比例0.5彡VL〈 1.0，優選比例0.6彡VL〈 1.0，特別優選比例0.7彡VL〈1.0。5.根據權利要求1至4中任一項所述的可傾瓦塊，其特征在于，在軸向上延伸的槽(22)由在軸向上延伸的、與瓦塊后緣(8)面對的第一槽壁(23)和同樣在軸向上延伸的、與瓦塊后緣(I8)相背的第二槽壁(24)限制，其中，在軸向上延伸的槽(22)在第一槽壁(I3)和第二槽壁(24)之間具有恒定的槽深。6.根據權利要求1至4中任一項所述的可傾瓦塊，其特征在于，在軸向上延伸的槽(22)由在軸向上延伸的、與瓦塊后緣(18)面對的第一槽壁(23)和同樣在軸向上延伸的、與瓦塊后緣(18)相背的第二槽壁(24)限制，其中，從第二槽壁(24)出發在第一槽壁(23)的方向上在軸向上延伸的槽(22)的槽深增大。7.根據權利要求1至6中任一項所述的可傾瓦塊，其特征在于，一個在周向上延伸的槽(27)被引入到滑動軸承面(16)中，該槽從瓦塊前緣(17)出發延伸進入到在軸向上延伸的槽(22)中。8.用于滑動支承旋轉的軸的軸軸承裝置(10)，具有軸承基體(11)，多個可傾瓦塊(12)在周向上相繼地被容納在該軸承基體中，其中，在運行中，第一可傾瓦塊比第二可傾瓦塊更強烈地承載作用力，其特征在于，至少一個第二可傾瓦塊(12)，它的通過作用力產生的負載小于一個極限值，按照權利要求1至7中的任一項構造。9.根據權利要求8所述的軸軸承裝置，其特征在于，僅僅第二可傾瓦塊(12)中的至少一個可傾瓦塊，它的通過作用力產生的負載小于一個極限值，按照權利要求1至7中的任一項構造。10.根據權利要求8或9所述的軸軸承裝置，其特征在于，所有第二可傾瓦塊(12)，它們的通過作用力和力矩產生的負載小于一個極限值，按照權利要求1至7中的任一項構造。
【文檔編號】F16C17/03GK106062390SQ201580005589
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年1月22日
【發明人】N.哈夫利克, M.盧茨, U.羅克施特羅, C.瓦克, J.克勞斯曼
【申請人】曼柴油機和渦輪機歐洲股份公司