油液動(dòng)壓徑向軸承設(shè)計(jì)及計(jì)算【開(kāi)題報(bào)告】

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化油液動(dòng)壓徑向軸承設(shè)計(jì)及計(jì)算1、選題的背景、意義流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承具有承載能力大、功耗小、耐沖擊、抗振性好、運(yùn)轉(zhuǎn)精度高等突出的優(yōu)點(diǎn)。所以，在高速、低速以及高速精密的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用十分普遍，而且成為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要部件。比如在汽輪機(jī)組、艦船主動(dòng)力機(jī)組、石油鉆井機(jī)械、軋機(jī)及各類大型機(jī)床中都有廣泛的應(yīng)用，而且成為這類機(jī)械的關(guān)鍵部件之一。在這些機(jī)器中，徑向滑動(dòng)軸承的性能優(yōu)劣直接影響或決定了整臺(tái)機(jī)器的性能和效率。比如在汽輪發(fā)電機(jī)組中，性能優(yōu)良的滑動(dòng)軸承可以減少停機(jī)檢修的次數(shù)，燒瓦的可能性也低得多。軸承基本參數(shù)（ 軸徑的長(zhǎng)徑比、半徑間隙、偏心距和軸承包角等） 的變化，對(duì)軸

2、承的靜動(dòng)態(tài)特性會(huì)產(chǎn)生很大的影響。另外， 實(shí)際工作中的滑動(dòng)軸承，由于加工、安裝誤差等因數(shù)，其工況條件與理論分析時(shí)所考慮的理想工況有很大差距，這種情況下，軸承的一些性能參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。2、相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)我國(guó)軸承行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，已具備相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模和較高的技術(shù)、質(zhì)量水平。具有一定規(guī)模的軸承企業(yè)已發(fā)展到1 500 余家，職工人數(shù)壯大到近80 萬(wàn)人，軸承年產(chǎn)量從1 949 年的1 3 8J5 套增加到目前的20多億套，軸承品種累計(jì)從100 多個(gè)增加至7000多個(gè)，規(guī)格達(dá)28000多個(gè)。近 1 0 年來(lái)國(guó)外軸承知名公司（ 如 SKF、 FAG、 NSK、 NBM、 KOYO、 T JMKEN、T

3、ORRINGTON）先后在我國(guó)投資辦廠，對(duì)我國(guó)軸承設(shè)計(jì)技術(shù)水平的提高，生產(chǎn)工 藝和生產(chǎn)管理的規(guī)范、生產(chǎn)裝備水平的現(xiàn)代化、產(chǎn)品的質(zhì)量和使用性能的提高等方面起到了很大的推動(dòng)作用。20a乙元，年出口量逾7. 7億套，出口創(chuàng)匯約達(dá)7億美元， 世界排名第4， 滿足國(guó)內(nèi)所需產(chǎn)品品種的70以上，滿足所需數(shù)量90以上，出口量也以較高的比例遞增。在我國(guó)跨入世界軸承生產(chǎn)大國(guó)行列的同時(shí)，軸承工業(yè)依然存在低、散、差的問(wèn)題普通微型、小型、中小型深但另一方面，我國(guó)軸承生產(chǎn)企業(yè)也面臨來(lái)自國(guó)外知名軸承公司的激烈競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)，其結(jié)果必將加速我國(guó)軸承工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和嚴(yán)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整步伐，真可謂機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、生產(chǎn)與發(fā)展同在。如何抓住

4、機(jī)遇，提高企業(yè)的生存能力，在生存的同時(shí)如何求得持續(xù)、快速的發(fā)展是擺在我國(guó)軸承行業(yè)面前不可回避、也無(wú)法回避的問(wèn)題。目前， 我國(guó)軸承產(chǎn)量達(dá)2O億套以上，產(chǎn)值已超過(guò)溝球軸承仍在大量低水平重復(fù)生產(chǎn)，導(dǎo)致嚴(yán)重供過(guò)于求，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，價(jià)格大戰(zhàn)愈演愈烈。如果這種情況長(zhǎng)期地持續(xù)下去， 勢(shì)必要影響到整個(gè)軸承行業(yè)技術(shù)改造和技術(shù)進(jìn)步，影響我國(guó)的軸承產(chǎn)品在國(guó)際上的聲譽(yù)，嚴(yán)重制約我國(guó)軸承工業(yè)的健康發(fā)展。質(zhì)量要求嚴(yán)、技術(shù)附加值高的軸承仍需要大量的進(jìn)口。例如轎車(chē)軸承、高速、準(zhǔn)高速鐵路軸承，各種進(jìn)口設(shè)備維修用軸承，部分高精度、高附加值和在特殊工況條件下使用的專用軸承供應(yīng)缺口較大，我國(guó)生產(chǎn)的軸承產(chǎn)品在性能與價(jià)格比、高精度、

5、低噪音、長(zhǎng)壽命與高可靠性等方面與國(guó)外知名企業(yè)存在著較大的差距。在石油鉆井中，滑動(dòng)軸承牙輪鉆頭的應(yīng)用日益增多，但軸承的工作環(huán)境卻相當(dāng)惡劣。 為了提高鉆頭滑動(dòng)軸承的工作壽命，并為這類軸承的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，針對(duì)其實(shí)際應(yīng)用工況，1995年清華大學(xué)的邵天敏呻設(shè)計(jì)制造了一種IPG 2型滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行滑動(dòng)軸承摩擦扭矩、摩擦系數(shù)、磨損和軸承溫升的測(cè)量，也可以進(jìn)行其他類型的低速、重載徑向滑動(dòng)軸承的實(shí)驗(yàn)。利用該實(shí)驗(yàn)臺(tái)在30kN、 40kN 和 50kN 的 3 種載荷條件下，對(duì)牙輪鉆頭鑲嵌銅合金的滑動(dòng)軸承進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)研究，著重考察了銅合金鑲嵌區(qū)尺寸之大小對(duì)軸承摩擦磨損性能的影響。1995 年

6、上海大學(xué)孫美麗針對(duì)全軸承的定常和非定常工作情況，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)對(duì)中旋轉(zhuǎn)、不對(duì)中旋轉(zhuǎn)及混合型旋轉(zhuǎn)的軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并在此實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了這三種旋轉(zhuǎn)類型的軸承內(nèi)油膜分布實(shí)驗(yàn)研究。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有可以調(diào)節(jié)靜偏心量和動(dòng)偏心量及軸頸在軸承中位置的機(jī)構(gòu)，因此可以觀察到不同靜、動(dòng)載荷搭配情況卜軸承油膜破裂的情況。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速2000rpm,研究中使用直徑59. 00mmf口 59. 10mmW種軸頸。西安交通大學(xué)陽(yáng)1 于 1995 年設(shè)計(jì)制造了液壓加載流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承用于徑向滑動(dòng)軸承的靜特性研究。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速可在100rpm至3000rpm無(wú)級(jí)調(diào)整，實(shí)驗(yàn)軸承內(nèi)徑50mm該實(shí)驗(yàn)臺(tái)專門(mén)設(shè)計(jì)了平移機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感

7、器對(duì)整個(gè)軸承寬度的壓力測(cè)量。實(shí)驗(yàn)選用寬徑比O 6、 1、 1 2三種規(guī)格來(lái)測(cè)量寬徑比對(duì)油膜壓力分布的影響。液壓加載力可在100N至2000N間調(diào)整，從而達(dá)到變載荷下的測(cè)量。選取相對(duì)間隙分別為O 0016、 0 0022和 0 0032的三種軸瓦來(lái)研究相對(duì)間隙對(duì)壓力分布的影響。1997 年西安交通大學(xué)的姜歌東和徐華陽(yáng)1在200mms驗(yàn)臺(tái)上對(duì)300M怵輪機(jī)組中的兩種支承軸承（ 上瓦開(kāi)槽圓軸承和上瓦開(kāi)槽橢圓軸承） 按比例縮小模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試了不同工況下這兩種軸承的動(dòng)、靜特性。 通過(guò)與理論計(jì)算值的比較，進(jìn)一步證實(shí)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算的一致性，為研究不同結(jié)構(gòu)徑向滑動(dòng)軸承對(duì)汽輪機(jī)組穩(wěn)定性的影響提供

8、了基礎(chǔ)。2000 年上海大學(xué)設(shè)計(jì)制作了一套較為完善的多因素固液界面滑移特性實(shí)驗(yàn)裝置，可用于進(jìn)行不同場(chǎng)壓力、不同轉(zhuǎn)速、間隙等條件下的滑移特性試驗(yàn)。應(yīng)用這套試驗(yàn)裝置對(duì)金屬材料及EMPH料的邊界滑移特性進(jìn)行了多組對(duì)比試驗(yàn)。該裝 置使用杠桿加載機(jī)構(gòu)對(duì)軸承加徑向載荷，因此加載范圍僅為 O. 510KN載荷 最小變化量T =0 5KN。 調(diào)速系統(tǒng)使用變頻器加變頻電機(jī)的方案，但頻率變化最小值為fmin=o. 1Hz,電機(jī)轉(zhuǎn)速最小改變值為nmin=3rpm,本質(zhì)上仍屬于有級(jí)調(diào)速。哈爾濱工業(yè)大學(xué)為了實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜承載力曲線和摩擦特性曲線的測(cè)量和描繪，于2002 年設(shè)計(jì)了新型滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件編

9、程控制軸承加載力的大小，加載力在 01000N內(nèi)可調(diào)，可調(diào)最小量10N;計(jì)算機(jī)控制 直流電機(jī)的調(diào)速，轉(zhuǎn)速01500rpm內(nèi)可調(diào)。采用Visual Basic語(yǔ)言，在VisualC+中編制數(shù)據(jù)采集、電機(jī)控制動(dòng)態(tài)連接庫(kù)程序，在VB中用該程序以實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的創(chuàng)新之處在于使用步進(jìn)電機(jī)和杠桿組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)加載，但仍存在所加載荷不大的缺點(diǎn)。為了開(kāi)發(fā)大型貫流式水輪發(fā)電機(jī)組徑向軸承，2003年?yáng)|方電機(jī)股份有限公司在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采用360的模型軸承對(duì)1740可傾 6 瓦塊原型軸承進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，最高比壓為3 37MPa， 最高線速度為22 62m/s。實(shí)驗(yàn)臺(tái)由850KW

10、苴流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，波紋管加載，可進(jìn)行0-3000rpm、載荷2 1 5t 的軸承實(shí)驗(yàn)。在三種安裝間隙下，進(jìn)行了變轉(zhuǎn)速、變比壓、變進(jìn)油溫度及變進(jìn)油壓力實(shí)驗(yàn)，測(cè)得了該軸承在各種工況下穩(wěn)態(tài)時(shí)油膜厚度、瓦溫度、損耗、流量等，得到了該型軸承最佳性能范圍。太原科技大學(xué)于2004 年研制出大型軋機(jī)油膜軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)使用1： 8的變速器，主軸最大轉(zhuǎn)速達(dá)8000rpm至10000rpm,液壓缸加載，最大加載能力90t。具加載液壓缸設(shè)計(jì)成可移動(dòng)的形式，因此實(shí)驗(yàn)軸承既可安裝在中間，也可安裝成懸臂形式。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行油膜軸承、滾動(dòng)軸承、油膜滾動(dòng)復(fù)合軸承等多種軸承的實(shí)驗(yàn)研究。具有超高壓頂起裝置，實(shí)驗(yàn)軸承啟動(dòng)時(shí)，可使用超

11、高壓油(100MPa)項(xiàng)起軸承，可以進(jìn)行動(dòng).靜壓油膜軸承的研究。2005 年哈爾濱第七。三研究所設(shè)計(jì)了大型徑向和推力滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用了徑向試驗(yàn)軸承和推力試驗(yàn)軸承組合形式，為臥式結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)只需更換試驗(yàn)組建和實(shí)驗(yàn)的主軸，就可以進(jìn)行不同項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。即當(dāng)實(shí)驗(yàn)推力軸承時(shí)， 使用推力實(shí)驗(yàn)軸承組建與帶推力盤(pán)的試驗(yàn)主軸；當(dāng)實(shí)驗(yàn)徑向軸承時(shí)，改用徑向?qū)嶒?yàn)軸承組件和徑向試驗(yàn)主軸。兩種實(shí)驗(yàn)共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、增速齒輪箱、聯(lián)軸器和潤(rùn)滑供油系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由本體部分、液壓轉(zhuǎn)動(dòng)與供油系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)與處理系統(tǒng)、電力拖動(dòng)與電氣空載系統(tǒng)等部分組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用靜壓加載，油泵額定壓力為6. 3MPa額定流量為0. 8L

12、/rain ,活塞直徑為 1 80mm徑向?qū)嶒?yàn)軸承為倒置式，實(shí)驗(yàn)軸承最大直徑為 200mm最大寬度為200mm實(shí)驗(yàn)軸承低 壓供油，供油壓力最高 Q 6MPa最大流量為860L/min。澳洲電力基金會(huì)出資在澳大利亞 WOLLONGONG機(jī)械工程系建立了一個(gè)汽輪機(jī)滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)可裝兩大型動(dòng)壓軸承和一個(gè)靜壓軸承，與國(guó)際上現(xiàn)流行的單軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)相比，倆支承的實(shí)驗(yàn)臺(tái)更接近于軸承的實(shí)際工作狀態(tài)。3、 課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、 研究難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)研究方法：采用數(shù)值方法分析液體動(dòng)壓徑向性能，掌握液體動(dòng)壓徑向軸承性能的數(shù)值分析方法。根據(jù)液體潤(rùn)滑Reynolds 方程，采用差分方

13、法，利用Matlab 語(yǔ)言編程，計(jì)算軸承承載力，分析軸承性能。研究難點(diǎn)：學(xué)習(xí)數(shù)值分析法，學(xué)習(xí)差分法，采用差分法求解液體潤(rùn)滑Reynolds 方程。參考資料自學(xué)Matlab 編程技術(shù)。參考大量文獻(xiàn)，總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)，以求最好地完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：用雷諾方程求解出所有需要的數(shù)值。4、研究工作詳細(xì)工作進(jìn)度和安排2011 年1 月10 日-2011年3月1 日，完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯（2篇）、完成開(kāi)題報(bào)告。2011 年3 月1 日 -2011 年4 月10 日，采用差分法求解液體潤(rùn)滑Reynolds方程。2011 年4 月10 日-2011年4月30 日，計(jì)算軸承承載力，分析軸承性能。20

14、11 年4 月30 日-2011年5月25 日，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。5、參考文獻(xiàn). （ 英 ） 威爾遜著，尚禮等譯：滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)手冊(cè)，上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1989 年. 張直明：滑動(dòng)軸承的流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論，高等教育出版社，19 24， 1986. J W White， ASMEJournal ofLubricationTechnology， 1983， 105： 484-490. M M Farid : Effect ofTubing on Measurements of Small TransientPressure Signals in Liquids Journal of Dynamic Systems Measurement and Control , ASMEV01 105, NO 4, 5662, 1984. 董躍，張曉陽(yáng)，趙雄，杜偉，董異志.液壓軸承剛度與關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化分 析J. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2006,(05)212-219.周軍波丁毓峰基于軸系穩(wěn)定性分析的滑動(dòng)軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械制造-2010年8期45-49. B. A.沃斯克列辛斯基：滑動(dòng)軸承計(jì)算和設(shè)計(jì)，國(guó)防工業(yè)