直径150mm四瓦可倾轴承静特性试验分析

直径150mm四瓦可倾轴承静特性试验分析

童宏仙

摘要：四瓦可倾轴承在旋转机械中得到广泛地运用。随着旋转机械的发展，尺寸小、转速高逐步成为轴承设计的关键，使得轴承静特性成为限制轴承使用的首要因素。设计了一个直径150mm、四瓦块、浸没式、支点中心布置的可倾轴承，并在每个瓦块上布置了适宜数量的瓦温、油膜压力测点。利用轴承试验台对试验轴承开展静特性测试，获得了瓦温、油膜压力的分布以及随转速和比压变化的趋势，获得了供油压力对瓦温、油膜压力和回油温度的影响。试验结论与理论分析吻合。试验数据可为该轴承在实际工程项目中成功运用提供有力的支撑。

关键词：四瓦可倾轴承；静特性测试；瓦温；油膜压力可倾瓦滑动轴承因具有摩擦功耗小、运转平稳和优越的自位能力，被广泛地应用于旋转机械中。但同时可倾瓦轴承又因机械结构复杂导致其实际特性会受到很多因素的影响，诸如瓦块pad结构、润滑方式、支点pivot分布等都会极大地影响现有理论方法计算的准确性，致使试验研究成为轴承设计中一个重要的环节。瓦间支撑形式的四瓦可倾轴承是旋转机械中最主要使用的轴承结构之一。随着技术日新月异，尺寸小、转速高的旋转机械越来越普遍，而对于这类旋转机械所采用的可倾瓦轴承，其静特性往往成为限制轴承使用的主要因素。对小尺寸、高转速的可倾瓦轴承开展试验研究相对于理论计算会更为直观和准确，具有重要意义。国内外对于这类的试验也较为成熟，具有一定的参考价值[1-3]。本文针对某四瓦可倾轴承，利用高转速轴承试验台进行静特性试验测试和分析，试验结论将会为该轴承在实际工程项目中使用提供数据支持。

1试验轴承及转子结构设计

图2轴承试验台结构及静力加载简图

利用有限元ANSYS对该试验转子-轴承系统进行临界转速计算，绘制坎贝尔图Campbelldiagram，转子模型可被简化为双支承结构，支承刚度k用两个并排的滚珠轴承ballbearing刚度并联计算得到，计算过程中不考虑试验轴承和电机轴对转子刚度的加强作用。计算得到第一阶临界转速1stcriticalspeed27288rpm远高于轴承试验台的工作转速范围，因而在0-11000rpm的试验转速范围内不会出现轴系共振现象。

3试验结果分析

当轴承比压增加时，转子的偏心率更大，此时上瓦的受力减小，直接反应到瓦温明显降低，而下瓦恰好呈现瓦温增加的现象。

图4最高油膜压力随转速的变化曲线

图3和图4为最高瓦温、最高油膜压力随转速的变化曲线。从图中的曲线可以明显发现这个现象：随着转速的上升，下半瓦块瓦温以及油膜压力呈现先增大再减小的趋势。对于瓦温出现这个现象的原因分析可能有两点，一是转速的上升，转子偏心率减小，最小油膜间隙增大，此时瓦面可以有更多的冷却油进入，使得瓦温降低；二是转速上升引起转子偏位角随之变化，瓦块上的最高瓦温位置发生转移，对于同一个测点，虽然数值仍是最高，但已经反应不了真实的最高瓦温值了。油膜压力的趋势应该也是由转子偏心率和偏位角引起的。

除了上述试验外，还进行了供油压力变化对瓦温、油膜压力、回油温度的试验研究。油膜压力和回油温度随供油压力变化的曲线。对于该轴承试验台，此处供油压力会直接影响到供入至轴承的润滑油流量，供油压力越大，流量越大。因而瓦温、回油温度也会随着供油压力的增加而呈现减小的趋势；而油膜压力则会随供油压力的增加而增加，与试验结果吻合较好。

4结论及展望

利用轴承试验台开展直径150mm四瓦可倾滑动轴承的特性试验，研究了转速、载荷、供油压力对轴承特性的影响试验。试验结论与理论预测较为吻合，结论如下：

（1）各瓦块的瓦温最高点更靠近出油边侧，接近75%处，且转速越高，上半瓦块的瓦温相对越高。

（2）比压的增加，上半瓦块的瓦温整体趋势下降，下半瓦块的瓦温整体趋势上升，下半瓦块油膜压力也相应提高。

（3）转速的上升，下半瓦块的瓦温以及油膜压力呈现先增大再减小的趋势。

（4）瓦温、回油温度也会随着供油压力的增加而呈现减小的趋势；油膜压力则会应供油压力的增加而增加。

因受结构限制导致测点数量布置有限，致使某些试验结论显得不是特别的直观。后期的研究可向微型测量元件以及多点测量布置方向发展，更进一步地准确获得轴承的瓦温及油膜压力分布特性。

参考文献：

[1].KEITHBROCKWELL，SCANDECAMILLO，WALDEMARDMOCHOWSKI.MeasuredTemperatureCharacteristicsof152mmDiameterPivotedShoeJournalBearingswithFloodedLubrication[J].TRIBOLOGYTRANSACTIONS，2001，44(4):543-550.

[2].张正松等.Φ100径向高速滑动轴承的静特性研究[J].清华大学学报，1984，24（3）:63-73.

[3].董富庆等.Φ160汽轮机滑动轴承静特性的初步试验及分析[J].上海汽轮机，1984，1:65-73.