[發明專利]一種減少齒輪泵平衡徑向力的磁性滾動軸承及壽命計算方法

有效

• 申請號: 202010038353.6
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111237339B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 趙建華;王永強;李勝;閆偉東;高殿榮
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;F04C15/00
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

1.一種減少齒輪泵平衡徑向力的磁性滾動軸承，其特征在于：其包括磁化內圈、磁化外圈、滾動體以及保持架，所述滾動體設置在所述磁化內圈的外部，所述磁化外圈設置在所述磁化內圈的外側，所述滾動體借助于所述保持架進行安裝，

所述磁化內圈為圓環狀，所述磁化內圈上與軸相接觸的內側面的磁性和所述磁化內圈上與滾動體相接觸的外側面的磁性相反，

所述的磁化外圈包括第一磁化組件、第二磁化組件、第一非磁化組件以及第二非磁化組件，所述第一磁化組件和第二磁化組件相對設置，所述第一非磁化組件和第二非磁化組件相對設置，第一磁化組件、第一非磁化組件、第二磁化組件以及第二非磁化組件首尾相接組合形成圓環狀的所述磁化外圈，所述第一磁化組件和第二磁化組件的兩個端部分別設置有一個凸起，所述第一非磁化組件和第二非磁化組件的兩個端部分別設置有一個與所述凸起相配合的凹槽，所述第一磁化組件、第二磁化組件、第一非磁化組件以及第二非磁化組件的端部的外側分別設置有一個凸臺，所述凸臺開設有安裝孔，所述第一磁化組件、第二磁化組件、第一非磁化組件以及第二非磁化組件彼此之間通過凸起和凹槽連接后進一步借助于安裝件穿過所述安裝孔進行固定；

所述第一磁化組件和第二磁化組件的磁性相反，即所述第一磁化組件的內圈的磁性與所述磁化內圈的外側面相反，所述第二磁化組件的內圈的磁性與所述磁化內圈的外側面相同；

在安裝過程中，先將磁化外圈的第一磁化組件、第二磁化組件、第一非磁化組件以及第二非磁化組件其中三個組件進行組合安裝，構成一個不完整的外圈，然后在軸承內圈與不完整的外圈之間加入滾動體和保持架，在滾動體和安裝架安裝完成之后將磁化外圈剩余的一個組件進行安裝；

在將軸承安裝在齒輪泵上時，所述第一磁化組件安裝在齒輪泵的高壓油區，所述第二磁化組件安裝在齒輪泵的低壓油區，從而通過磁化內圈外側與磁化外圈的第一磁化組件的吸力和磁化內圈與外圈第二磁化組件的斥力來減小一部分軸承滾動體上所承受的外嚙合齒輪泵上由高壓油區向低壓油區的徑向不平衡力。

2.根據權利要求1所述的減少齒輪泵平衡徑向力的磁性滾動軸承，其特征在于：所述安裝件為螺栓，所述安裝孔為螺栓孔。

3.根據權利要求1所述的減少齒輪泵平衡徑向力的磁性滾動軸承，其特征在于：當齒輪泵不工作時，磁化內圈處于正中位置，當齒輪泵在工作過程中，吸排油區的壓力差產生的徑向不平衡力作用在主軸上使得主軸發生偏移，主軸上的滾動軸承的磁化內圈與磁化外圈的距離發生變化，磁化內圈和磁化外圈下環面之間的磁性斥力增加，增加的磁性斥力能夠平衡或者抵消一部分轉軸上的徑向不平衡力。

4.一種基于權利要求1所述的減少齒輪泵平衡徑向力的磁性滾動軸承的滾動軸承壽命計算方法，其特征在于：其包括以下步驟：

S1、計算軸承內外圈之間的磁力，其包括以下子步驟：

S11、作用在磁性顆粒上的磁力，由在磁化時所獲得的的位能確定，其位能利用下式求出：

其中，μ₀為真空中的磁導率，κ為介質的體積磁化率，dV為顆粒的體積元；

S12、根據力學定律，作用在磁性顆粒上的磁力利用顆粒位能的負梯度值來表示，

S13、當顆粒粒度不大時，假定顆粒的體積磁化率在所占的體積范圍是個常數，其所占的體積內HgradH也近似常數，則磁性顆粒的磁力表示為：

F_磁＝μ₀κVHgradH；

S14、運用比磁力的概念消除礦物顆粒中實際存在的空隙對磁力計算的影響，得出磁性的磁力的計算公式：

其中，m為顆粒的質量，單位為Kg，δ為顆粒的密度，單位為Kg/m³，χ為顆粒的比磁化率，單位為m³/kg；

S15、對每一個磁性顆粒上作用的磁力進行積分，得到作用在內外圈之間的磁力大?。?/p>

S2、計算滾動軸承的壽命，其包括以下子步驟：

S21、計算外嚙合齒輪泵上所受的徑向不平衡力，外嚙合齒輪泵上所受的徑向不平衡力為：

P_徑＝F_徑-f_磁

其中，F_徑表示外嚙合齒輪泵的徑向不平衡力，對于主動輪來說，F_徑＝F₁，而對于從動輪來說，其所承受的徑向力F_徑＝F₂；

其中，主動輪軸承上的合力和從動輪軸承上的合力的計算公式如下：

F₁＝0.75Δpbd_a

F₂＝0.85Δpbd_a

其中，F₁表示作用在主動輪軸承上的合力，單位為N；

F₂表示作用在從動輪軸承上的合力，單位為N；

Δp表示齒輪泵的出口與入口的壓力差，單位為Pa；

b表示齒輪泵的齒寬，單位為m；

d_a表示齒輪泵的齒頂圓直徑，單位為m；

S22、計算滾動軸承上的當量動載荷，滾動軸承上的當量動載荷為：

其中，P_徑表示滾動軸承上所承受的徑向力；P_軸表示滾動軸承上所承受的軸向力；

S23、計算滾動軸承的壽命，滾動軸承的壽命計算公式為：

其中，L_h表示滾動軸承的額定壽命，單位為小時；

n表示滾動軸承的工作轉速，單位為r/min；

C表示滾動軸承的基本額定動載荷，單位為N；

P表示滾動軸承的當量額定動載荷，單位為N；

ε表示軸承的計算系數，對于滾動軸承，ε＝10/3。