【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机轴承冷却，尤其涉及一种具有s形冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法。
技术介绍
1、航空发动机高速滚动轴承需要滑油的润滑和冷却。在实际工作过程中，轴承内部只有极少量的滑油会进入接触区形成润滑油膜，其他大部分滑油主要用于冷却，通过对流换热将轴承产热带走。
2、目前，现有的轴承冷却方式已从传统的单一喷射润滑发展为环下润滑或环下/喷射组合润滑，这两种冷却方式都是“滑油外流冷却”，滑油从轴承零件的表面流过，通过对流换热对轴承进行冷却。其中，环下润滑是将滑油通过轴承内环供油孔送入轴承内部的一种润滑方式，相较于喷射润滑，环下润滑具有更好的润滑和冷却效果。但是，环下润滑和喷射润滑都会造成滑油液体在轴承空腔内的大规模滞留，当滚动体在这种油液环境中高速运转时，会产生显著的搅油和拖曳等流体粘滞摩擦，反而导致轴承产热量增大，使冷却换热负载加剧。随着先进发动机向着高进气温度、高涡轮前燃气温度方向发展，轴承所面临的超高温和气体环境已严重超出当前的承受能力；同时，变循环发动机的多变工况、推重比的提升、转子振动的控制等，需要发展变革性的新型轴承结构及冷却方案。
3、针对上述现状，德国mtu发动机公司研究了一种“外环单独冷却技术”，该技术通过环下供油孔进入轴承的滑油主要用于满足内环及滚动体的冷却润滑，外环冷却则由包围在外环外径表面的供油槽道完成，这部分滑油不进入轴承内部，因此可以适当降低进入轴承内部的滑油流量，从而减少轴承的流体粘滞摩擦损失。但是，该技术的缺陷是：外环单独冷却的滑油槽布置在外环外径表面，导致轴承结构
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于避免现有技术的不足，提供一种具有s形冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法，其通过设置具有多条互不相通的s形冷却流道，解决现有技术中轴承冷却润滑效果不够理想、冷却通道中流体压力损失大的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：所述的一种具有s形冷却结构的球轴承，包括轴承内同轴设置的轴承内环、轴承外环、保持架和周向布设在保持架上的多个滚珠，所述的轴承外环的内部设置有多条互不相通的s形冷却流道，每条s形冷却流道设置有对应的冷却流道滑油入口和冷却流道滑油出口；所述的轴承内环上贯通设置有为滚珠供油的内环供油孔。
3、所述的s形冷却流道的径向截面为圆形，所述的多条互不相通的s形冷却流道相对轴承外环呈中心对称分布，所述的s形冷却流道中平行轴向方向的相邻两段流道中心线间距为s1，相邻s形冷却流道的入口和出口中心线间距为2h，满足2h=s1。
4、所述的s形冷却流道中截面圆直径为d、平行轴向方向的相邻两平直段流道中心线间距为s1、垂直轴向方向的两平直段流道中心线间距为s2、相邻平行轴向与垂直轴向的流道转弯处中心线圆弧半径为r，轴承外环的宽度为w，各尺寸参数之间满足d+s2<w，且s2的取值范围是[2d，8d]，r的取值范围是[d，2d]。
5、所述的s形冷却流道的中心线相切于与轴承外环同轴的柱面，柱面的直径为d2，s形冷却流道的截面圆直径d、轴承外环的外径d1、柱面的直径d2、轴承外环的沟底直径d3、轴承外环的内径d4之间满足d1>d2+d>d2-d>d3>d4。
6、所述的s形冷却流道的结构参数的关系为：以相邻的平行轴向与垂直轴向的流道之间为一个转弯，以具有独立对应的冷却流道滑油入口和冷却流道滑油出口的贯通冷却流道为一条s形冷却流道，每条s形冷却流道的转弯个数为n，所述的轴承外环中s形冷却流道的个数为m，从第一条s形冷却流道开始，按顺时针顺序，依次命名为第二条s形冷却流道，至第m条s形冷却流道，s形冷却流道各尺寸参数之间满足，且m≥2。
7、所述的球轴承外环的宽度w、球轴承外环的外径d1、轴承外环的沟底直径d3、轴承外环的内径d4符合常规航空发动机轴承尺寸参数，d1的取值范围是[4.5w，5.3w]，d3的取值范围是[4.2w，4.8w]，d4的取值范围是[4w，4.8w]。
8、所述的冷却流道滑油入口包括第一个s形冷却流道滑油入口、第二个s形冷却流道滑油入口，至第m个s形冷却流道滑油入口；所述的冷却流道滑油出口包括第一个s形冷却流道滑油出口、第二个s形冷却流道滑油出口，至第m个s形冷却流道滑油出口；所述的第一个s形冷却流道滑油出口和第二个s形冷却流道滑油入口相邻设置，所述的第（m-1）个s形冷却流道滑油出口和第m个s形冷却流道滑油入口相邻设置。
9、一种具有s形冷却结构的轴承冷却润滑方法，其特点是将冷却润滑油通入s形冷却结构的轴承外环中实现冷却润滑，具体包括如下步骤：
10、步骤一，将冷却润滑油通过轴承外环上的冷却流道滑油入口，进入s形冷却流道中，进入s形冷却流道的冷却润滑油从对应的冷却流道滑油出口流出，完成对球轴承外环的冷却润滑；
11、步骤二，将冷却润滑油通过内环供油孔通入具有s形冷却结构的球轴承中，冷却润滑油流过轴承内环、保持架和滚珠，完成对轴承内环、保持架和滚珠的冷却润滑。
12、所述的冷却润滑油的初始温度为300k～350k，热通量密度为100000w/m2～200000w/m2，供油流量为1l/min～5l/min。
13、进一步，所述的冷却润滑油的初始温度为323.15k，热通量密度为150000w/m2，供油流量为1.5l/min。
14、本专利技术通过上述技术方案，存在的效果为，所述的一种具有s形冷却结构的球轴承和轴承冷却润滑方法，通过其内部设置的s形冷却流道，能够实现对球轴承外环的单独冷却换热，有效地改善传统冷却方案对球轴承外环冷却不足的情况，从而显著减少喷射冷却润滑油的用量，降低了轴承腔中滑油粘滞摩擦损失，实现轴承内部的高效冷却，进而提高轴承的使用寿命。同时多条互不相通的s形冷却流道能有效降低流体压力损失。该方法能够有效控制轴承结构温度，同时降低了轴承流体粘滞摩擦损失，即实现了轴承内部的高效冷却。
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1.一种具有S形冷却结构的球轴承，其特征在于，包括轴承内同轴设置的轴承内环、轴承外环、保持架和周向布设在保持架上的多个滚珠，所述的轴承外环的内部设置有多条互不相通的S形冷却流道，每条S形冷却流道设置有对应的冷却流道滑油入口和冷却流道滑油出口；所述的轴承内环上贯通设置有为滚珠供油的内环供油孔。
2.如权利要求1所述的一种具有S形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的S形冷却流道的径向截面为圆形，所述的多条互不相通的S形冷却流道相对轴承外环呈中心对称分布，所述的S形冷却流道中平行轴向方向的相邻两段流道中心线间距为s1，相邻S形冷却流道的入口和出口中心线间距为2h，满足2h=s1。
3.如权利要求1或2所述的一种具有S形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的S形冷却流道中截面圆直径为d、平行轴向方向的相邻两平直段流道中心线间距为s1、垂直轴向方向的两平直段流道中心线间距为s2、相邻平行轴向与垂直轴向的流道转弯处中心线圆弧半径为r，轴承外环的宽度为W，各尺寸参数之间满足d+s2<W，且s2的取值范围是[2d，8d]，r的取值范围是[d，2d]。
4.
5.如权利要求4所述的一种具有S形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的S形冷却流道的结构参数的关系为：以相邻的平行轴向与垂直轴向的流道之间为一个转弯，以具有独立对应的冷却流道滑油入口和冷却流道滑油出口的贯通冷却流道为一条S形冷却流道，每条S形冷却流道的转弯个数为n，所述的轴承外环中S形冷却流道的个数为m，从第一条S形冷却流道开始，按顺时针顺序，依次命名为第二条S形冷却流道，至第m条S形冷却流道，S形冷却流道各尺寸参数之间满足，且m≥2。
6.如权利要求4所述的一种具有S形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的球轴承外环的宽度W、球轴承外环的外径D1、轴承外环的沟底直径D3、轴承外环的内径D4符合常规航空发动机轴承尺寸参数，D1的取值范围是[4.5W，5.3W]，D3的取值范围是[4.2W，4.8W]，D4的取值范围是[4W，4.8W]。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种具有S形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的冷却流道滑油入口包括第一个S形冷却流道滑油入口、第二个S形冷却流道滑油入口，至第m个S形冷却流道滑油入口；所述的冷却流道滑油出口包括第一个S形冷却流道滑油出口、第二个S形冷却流道滑油出口，至第m个S形冷却流道滑油出口；所述的第一个S形冷却流道滑油出口和第二个S形冷却流道滑油入口相邻设置，所述的第（m-1）个S形冷却流道滑油出口和第m个S形冷却流道滑油入口相邻设置。
8.一种如权利要求1-7所述的具有S形冷却结构的轴承冷却润滑方法，其特征在于将冷却润滑油通入S形冷却结构的轴承外环中实现冷却润滑，包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的一种具有S形冷却结构的轴承冷却润滑方法，其特征在于，所述的冷却润滑油的初始温度为300K～350K，热通量密度为100000W/m2～200000W/m2，供油流量为1L/min～5L/min。
10.如权利要求8所述的一种具有S形冷却结构的轴承冷却润滑方法，其特征在于，所述的冷却润滑油的初始温度为323.15K，热通量密度为150000W/m2，供油流量为1.5L/min。
...【技术特征摘要】
1.一种具有s形冷却结构的球轴承，其特征在于，包括轴承内同轴设置的轴承内环、轴承外环、保持架和周向布设在保持架上的多个滚珠，所述的轴承外环的内部设置有多条互不相通的s形冷却流道，每条s形冷却流道设置有对应的冷却流道滑油入口和冷却流道滑油出口；所述的轴承内环上贯通设置有为滚珠供油的内环供油孔。
2.如权利要求1所述的一种具有s形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的s形冷却流道的径向截面为圆形，所述的多条互不相通的s形冷却流道相对轴承外环呈中心对称分布，所述的s形冷却流道中平行轴向方向的相邻两段流道中心线间距为s1，相邻s形冷却流道的入口和出口中心线间距为2h，满足2h=s1。
3.如权利要求1或2所述的一种具有s形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的s形冷却流道中截面圆直径为d、平行轴向方向的相邻两平直段流道中心线间距为s1、垂直轴向方向的两平直段流道中心线间距为s2、相邻平行轴向与垂直轴向的流道转弯处中心线圆弧半径为r，轴承外环的宽度为w，各尺寸参数之间满足d+s2<w，且s2的取值范围是[2d，8d]，r的取值范围是[d，2d]。
4.如权利要求3所述的一种具有s形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的s形冷却流道的中心线相切于与轴承外环同轴的柱面，柱面的直径为d2，s形冷却流道的截面圆直径d、轴承外环的外径d1、柱面的直径d2、轴承外环的沟底直径d3、轴承外环的内径d4之间满足d1>d2+d>d2-d>d3>d4。
5.如权利要求4所述的一种具有s形冷却结构的球轴承，其特征在于，所述的s形冷却流道的结构参数的关系为：以相邻的平行轴向与垂直轴向的流道之间为一个转弯，以具有独立对应的冷却流道滑油入口和冷却流道滑油出口的贯通冷却流道为一条s形冷却流道，每条s形...
【专利技术属性】
技术研发人员：高文君，李满嫄，陆娅君，曹存光，吕亚国，胡剑平，解忠良，朱鹏飞，刘振刚，张丽芬，刘振侠，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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