油膜震蕩 渦動(dòng)

油膜震蕩概述軸瓦自激振動(dòng)是現(xiàn)場(chǎng)較常見的一種自激振動(dòng)，它常常發(fā)生在機(jī)組啟動(dòng)升速過程中，特別是在超速時(shí)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升到某一值時(shí)，轉(zhuǎn)子突然發(fā)生渦動(dòng)使軸瓦振動(dòng)增大，而且很快波及軸系各個(gè)軸瓦，使軸瓦失去穩(wěn)定性，這個(gè)轉(zhuǎn)速不失穩(wěn)轉(zhuǎn)速。軸瓦失穩(wěn)除與轉(zhuǎn)速直接有關(guān)外，還與其他許多因素有關(guān)，因此軸瓦自激振動(dòng)有時(shí)會(huì)在機(jī)組帶負(fù)荷過程中發(fā)生中。下面將詳細(xì)討論其振動(dòng)機(jī)理、軸瓦自激振動(dòng)故障原因、診斷方法和消除措。

第一節(jié)半速渦動(dòng)和油膜振蕩軸瓦自激振動(dòng)一般分為半速渦動(dòng)和油膜振蕩兩個(gè)過程。轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速在兩倍轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速以下所發(fā)生的軸瓦自激振動(dòng)，稱為半速渦動(dòng)，因?yàn)檫@時(shí)自激振動(dòng)頻率近似為轉(zhuǎn)子工作頻率的一半。這種振動(dòng)由于沒有與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生共振，因而振幅一般不大，現(xiàn)場(chǎng)大量機(jī)組實(shí)測(cè)結(jié)果多為40－100μm。轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速高于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)所發(fā)生的軸瓦自激振動(dòng)，稱為油膜振蕩，這時(shí)振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速接近，從而發(fā)生共振，所以轉(zhuǎn)子表現(xiàn)為強(qiáng)烈的振蕩。這時(shí)轉(zhuǎn)軸和軸承的振幅要比半速渦動(dòng)大得多，目前已檢測(cè)到的軸承最大振幅可達(dá)600－700μm。這時(shí)要指出，油膜振蕩是渦動(dòng)轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速而引起的共振，而不是與轉(zhuǎn)子當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速發(fā)生共振，因此采用提高轉(zhuǎn)速的辦法是不能避開共振的。進(jìn)一步研究表明，軸瓦在不同載荷下的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速有較大的差別。圖所示是輕載軸瓦，軸瓦失穩(wěn)（半速渦動(dòng)）在轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速之前就發(fā)生，而且當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速，就發(fā)生了油膜振蕩。圖所示是中載軸瓦，軸瓦失穩(wěn)（半速渦動(dòng)）在第一臨界轉(zhuǎn)速之后才發(fā)生，在高于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速的某一轉(zhuǎn)速下才發(fā)生油膜振蕩。圖所示是重載軸瓦，在油膜振蕩之前沒有發(fā)生半速渦動(dòng)，直到高于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速較多時(shí)才發(fā)生油膜振蕩，而且升速時(shí)發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速總比降速時(shí)油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速高，這種現(xiàn)象稱為油膜振蕩慣性效應(yīng)。

第二節(jié)軸瓦自激振動(dòng)的機(jī)理

要了解軸瓦內(nèi)油膜如何能維持軸瓦自激振動(dòng)，就行分析油膜力對(duì)軸頸的作用。為了簡(jiǎn)化起見，現(xiàn)以圓筒形軸瓦為例加以說明。

考慮一根沒有受任何載荷，完全平衡的理想轉(zhuǎn)軸。在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其軸頸中心應(yīng)位于軸承中心一個(gè)小位移，則轉(zhuǎn)軸在軸承中的位置在正中心，這時(shí)偏離軸承中心的軸頸必然要受油膜彈性恢復(fù)力的作用，這個(gè)彈性恢復(fù)力又有迫使軸頸返回原位置的趨勢(shì)。但是，由于軸頸的偏移，潤(rùn)滑油流動(dòng)所產(chǎn)生的壓力分布發(fā)生了變化。在小間隙的上游側(cè)，被軸頸帶動(dòng)而高速流動(dòng)的潤(rùn)滑油，從小間隙流往大間隙，壓力降低，即油膜壓對(duì)軸頸的徑向偏移線是不對(duì)稱的，上游側(cè)的壓力比下洲側(cè)的壓力高。這個(gè)壓差垂直于徑向偏移線方向，它有迫使轉(zhuǎn)軸沿著垂直于徑向偏移線方向（切線方向）進(jìn)行同向渦動(dòng)的傾向。當(dāng)這個(gè)切向力超過各種阻尼力時(shí)，轉(zhuǎn)軸就會(huì)脫離平衡位置而產(chǎn)生渦動(dòng)，渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。一旦發(fā)生渦動(dòng)，整個(gè)轉(zhuǎn)軸就圍繞平衡位置渦旋，轉(zhuǎn)軸將受到離心力作用。這個(gè)因渦動(dòng)而產(chǎn)生的離心力將加大軸頸在軸瓦內(nèi)的偏移量，從而進(jìn)一步減少這個(gè)小間隙，使得上游和下游之間的壓差更大，造成切向力增大。這又進(jìn)一步推動(dòng)軸頸渦動(dòng)，周而復(fù)始，愈演愈烈形成自激。

很明顯，軸承內(nèi)的油膜和一般的機(jī)械彈簧不一樣，當(dāng)油膜在外界一個(gè)偶然的擾動(dòng)下變形時(shí)，它除了產(chǎn)生一個(gè)沿著變形方向的彈性恢復(fù)力外，還將產(chǎn)生一個(gè)垂直變形方向的切向分力。這個(gè)切向分力就是破壞軸頸在軸承內(nèi)的穩(wěn)定性，引起渦動(dòng)的根源，一般稱這個(gè)切向分力為失穩(wěn)分力。

上述分析的是絕對(duì)平衡的無載荷軸的理想情況。對(duì)于實(shí)際的汽輪發(fā)電機(jī)組的軸承來講，總是有載荷的，因而軸頸不會(huì)處在軸承中心，轉(zhuǎn)子也不會(huì)絕對(duì)平衡，所以軸頸中心不可能靜止地停留在一點(diǎn)上，但是，油膜具有產(chǎn)生一垂直于變形方向的切向失穩(wěn)分力的本質(zhì)沒有變。所以，對(duì)于軸頸在外界偶然擾動(dòng)下所發(fā)生的任一偏移，軸承油膜除了產(chǎn)生沿偏移方向的彈性恢復(fù)力保持和外界載荷平衡外，仍然要產(chǎn)生一個(gè)垂直于偏移方向的

第三節(jié)軸瓦自激振動(dòng)的原因

在早先的振動(dòng)原因診斷中，當(dāng)做出振動(dòng)原因是軸瓦自激振動(dòng)診斷之后，診斷就此結(jié)束。消除振動(dòng)措施幾乎都是從增加軸瓦穩(wěn)定性著手。這樣做一般都是有效的，但是對(duì)于有些機(jī)組，特別是在同型機(jī)組中，有些有效，有些則無效，這就引起了人們的注意，從而著手研究軸與自激振動(dòng)的原因。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，增加軸瓦穩(wěn)定性未能消除軸瓦自激振動(dòng)的主要原因是由于軸頸在軸瓦內(nèi)存在著較大的擾動(dòng)。這與普通強(qiáng)迫振動(dòng)中軸承座動(dòng)剛度和擾動(dòng)力的關(guān)系一樣，當(dāng)擾動(dòng)力較大時(shí)，只采取增加軸承座動(dòng)剛度措施，效果不會(huì)顯著。所以軸瓦自激振動(dòng)總的來有軸頸擾動(dòng)過大和軸瓦穩(wěn)定性差兩個(gè)原因。

3.1軸頸擾動(dòng)過大

這時(shí)所說的軸頸擾動(dòng)過大，不是指轉(zhuǎn)子暫態(tài)瞬間產(chǎn)生的擾動(dòng)，而是指穩(wěn)定的擾動(dòng)，進(jìn)一步說是指軸頸與軸瓦之間的相對(duì)振動(dòng)。簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)軸振動(dòng)。

從許多機(jī)組觀察到，轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過大確實(shí)是引起軸瓦自激振動(dòng)的重要原因之一。一些機(jī)組實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在一般圓筒形、橢圓形和三油楔軸瓦上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)超過軸瓦正常頂隙的1/2時(shí)，很容易引起軸瓦自激振動(dòng)。引起轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過大的原因有：

3.1.1轉(zhuǎn)子熱彎曲

運(yùn)行的汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲是較為常見的一種振動(dòng)故障。當(dāng)機(jī)組有功負(fù)荷時(shí)，突然發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)，而且與機(jī)組有功負(fù)荷或勵(lì)磁電流有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系（再現(xiàn)性不好），這種現(xiàn)象大部分是由于轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲所致。

轉(zhuǎn)子在運(yùn)行狀態(tài)下會(huì)因種種原因發(fā)生熱彎曲，當(dāng)轉(zhuǎn)子熱彎曲軸向?qū)ΨQ時(shí)，在工作轉(zhuǎn)速下對(duì)軸承振動(dòng)的影響很小。當(dāng)然，實(shí)際轉(zhuǎn)子的熱彎曲大部分不是完全軸向?qū)ΨQ的，因此在工作轉(zhuǎn)速下測(cè)量軸承振動(dòng)與有功負(fù)荷或勵(lì)磁電流的關(guān)系，也能發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子是否存在熱彎曲。不論是軸向?qū)ΨQ還是不對(duì)稱的轉(zhuǎn)子熱彎曲，都會(huì)使轉(zhuǎn)軸振動(dòng)明顯增大，在這種情況下，若不降低轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，而只從增加軸瓦穩(wěn)定性著手消除軸瓦自激振動(dòng)，雖然短時(shí)間內(nèi)會(huì)有效，但運(yùn)行一段時(shí)間（幾周或1－2個(gè)月）之后，會(huì)引起軸瓦烏金碾軋或龜裂，所以有些機(jī)組的軸瓦雖經(jīng)多次修理，但軸瓦自激振動(dòng)卻一直不能獲得根治。

這種故障只要通過測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)即能查明；若無條件測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，則通過對(duì)振動(dòng)與有功負(fù)荷、勵(lì)磁電流關(guān)系的分析，也能診斷出轉(zhuǎn)子是否熱彎曲，具體診斷方法見本章第八節(jié)。

3.1.2轉(zhuǎn)子永久彎曲

轉(zhuǎn)子永久彎曲與熱彎曲一樣，除了產(chǎn)生質(zhì)量不平衡外，還會(huì)引起轉(zhuǎn)軸過大軸仍然存在較大振動(dòng)。彎曲轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起過大振動(dòng)，通過轉(zhuǎn)子平衡可以獲得改善，但是轉(zhuǎn)軸仍然存在較大振動(dòng)。

這種故障通過在靜態(tài)下測(cè)量轉(zhuǎn)子彎曲值，或在盤車轉(zhuǎn)速下采用大軸彎曲指示器測(cè)量轉(zhuǎn)軸晃擺值即能查明。

3.1.3軸承座動(dòng)剛度過大

從減少軸瓦振動(dòng)角度來看，希望承座動(dòng)剛度愈大愈好，但是這會(huì)引起轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)的增大，對(duì)軸瓦穩(wěn)定運(yùn)行不利。因此對(duì)于一些轉(zhuǎn)子質(zhì)量較小的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子來說，其軸承座動(dòng)剛度往往顯得過高，在較大的不平衡力作用下，軸承動(dòng)雖然不大，但轉(zhuǎn)軸存在因過大的振動(dòng)而激起軸瓦自激振動(dòng)的趨勢(shì)，例如國(guó)內(nèi)運(yùn)行的蘇制BIIT－50－2高壓轉(zhuǎn)子，近幾年先后發(fā)生了多起軸瓦半速渦動(dòng)，原因是轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過大(300-600μm)。在未發(fā)生軸瓦半速渦動(dòng)時(shí)，軸承振動(dòng)一般小于30μm。消除這種半速渦動(dòng)，開始只采取增加軸瓦穩(wěn)定性的措施，當(dāng)時(shí)雖然奏效，但運(yùn)行1－2個(gè)月后，上瓦發(fā)生了損壞（龜裂）。后來通過調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡減少了轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，在不更動(dòng)軸瓦的情況下，半速渦動(dòng)獲得了消除，經(jīng)4－5a連續(xù)運(yùn)行，軸瓦工作一直正常。

3.1.4轉(zhuǎn)子對(duì)中不好

這時(shí)所說的轉(zhuǎn)子對(duì)中不好是指采用固定式聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子同心度和平直度偏差，這種故障引起轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過大的道理和轉(zhuǎn)子永久彎曲及熱彎曲的道理一樣，它是引起軸頸擾動(dòng)過大的常見故障之一。

3.2軸瓦穩(wěn)定性差

影響軸瓦穩(wěn)定性因素較多，它涉及軸瓦設(shè)計(jì)、制造、檢修和運(yùn)行等方面。下面要只是針對(duì)軸瓦在現(xiàn)場(chǎng)使用中可能出現(xiàn)的影響軸瓦穩(wěn)定性的故障原因。

3.2.1軸瓦頂隙過大

在軸瓦穩(wěn)定性計(jì)算中，不論是圓筒瓦、橢圓瓦還是三油楔瓦，隨著軸瓦半徑間隙的增大，穩(wěn)定性將增高。但根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看卻并非如此，這三種軸瓦過大的頂隙都會(huì)顯著降低軸瓦穩(wěn)定性，特別是轉(zhuǎn)軸振動(dòng)較時(shí)，更容易引起軸瓦失穩(wěn)。

過大的軸瓦頂隙使軸瓦穩(wěn)定性降低的機(jī)理比較復(fù)雜，但有一點(diǎn)可以肯定，這三種軸瓦過大的頂隙會(huì)顯著減少上瓦的油膜力，即降低了軸瓦的預(yù)載荷，使軸瓦偏心降低，穩(wěn)定性下降。

3.2.2軸瓦形式

目前現(xiàn)場(chǎng)使用的有圓筒瓦、橢圓瓦、三油楔瓦和可傾瓦，前兩作軸瓦在現(xiàn)場(chǎng)使用已有較長(zhǎng)的歷史，而且積累了較豐富的使用經(jīng)驗(yàn)。從穩(wěn)定性來說，橢圓瓦好，因此在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)時(shí)，首先是將圓筒形改成橢圓瓦。實(shí)踐證明，效果良好。

目前國(guó)內(nèi)可傾瓦只是局限在進(jìn)口和引進(jìn)型的機(jī)組上使用。三油楔軸瓦近十年開始在國(guó)內(nèi)使用，但早期這些軸瓦在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子早使用后，幾乎所有的機(jī)組都發(fā)生了油膜振蕩，通過多次減少長(zhǎng)徑比（L/D）后，軸瓦穩(wěn)定性雖有改善，但其穩(wěn)定性余度仍不能滿足機(jī)組運(yùn)行的要求，因此就200MW機(jī)組來說，最近仍有約20%的機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生了油膜振蕩。

三油楔軸瓦的靜態(tài)試驗(yàn)證明，其靜態(tài)穩(wěn)定性較橢圓瓦好，但動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性目前尚缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于油膜剛度和阻尼系數(shù)目前還不能取準(zhǔn)，因此理論計(jì)算求得的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速與實(shí)際有較大出入。據(jù)國(guó)外資料介紹，使用在汽輪發(fā)電機(jī)組上穩(wěn)定性最好的是可傾瓦、本油葉瓦，其次是橢圓瓦、再次是三油楔瓦，最后是圓筒瓦。從國(guó)內(nèi)這幾種軸瓦的使用情況來看，這種排列次序與實(shí)際情況是符合的。

3.2.3潤(rùn)滑油黏度

影響潤(rùn)滑油黏度的因素有油質(zhì)、油的牌號(hào)和油溫。隨著油黏度的提高，軸瓦穩(wěn)定性會(huì)降低。影響油質(zhì)的因素主要是油中含水和劣化，這些因素會(huì)都使油的黏度降低。目前國(guó)內(nèi)使用的汽輪油有32號(hào)和46號(hào)兩種，前者黏度小于后者，目前200、300MW機(jī)組全都使用號(hào)汽輪機(jī)油。國(guó)內(nèi)也有因錯(cuò)用油而發(fā)衛(wèi)油膜振蕩的例子?！半娏I(yè)管理法規(guī)”規(guī)定軸瓦正常的入口油溫為35－45度。由于入口油溫過低而發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)在現(xiàn)場(chǎng)較為常見，尤其是在冬季啟動(dòng)。消除油膜振蕩的一個(gè)簡(jiǎn)單措施是提高軸瓦入口油溫，因此目前有些機(jī)組軸瓦入口油溫已提高到50度。但是油溫過高會(huì)加速油質(zhì)劣化，而且由于烏金溫度升高，軸瓦安全運(yùn)行的余量減少。

3.2.4比壓

提高比壓，可以提高軸瓦穩(wěn)定性，但不是成簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。目前大機(jī)組軸瓦比壓一般為1.2－1.6Mpa，而200、300MW發(fā)電機(jī)軸承比壓已提高到1.7－1.9Mpa。過高的比壓會(huì)使軸瓦烏金溫度升高并加速磨損。

3.2.5長(zhǎng)徑比

減少長(zhǎng)徑比可以提高軸瓦穩(wěn)定性。在一定的軸頸直徑下，減少軸瓦長(zhǎng)度，一方面使比壓提高，從而持高軸瓦穩(wěn)定性；另一方面使下瓦油膜力減少，軸瓦偏心率增大，穩(wěn)定性提高。

一般圓筒形瓦和橢圓瓦長(zhǎng)比為0.8－1.1，有時(shí)為了提高軸瓦穩(wěn)定性，將長(zhǎng)徑比減少至0.6－0.7。例如前幾年國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組因采用三油楔瓦，為了消除油膜振蕩，將其長(zhǎng)徑比由0.85減至0.6。從多臺(tái)機(jī)組長(zhǎng)徑比減少后的實(shí)踐效果來看，瓦失穩(wěn)轉(zhuǎn)速只提高了200－300r/min.

3.2.6軸承座標(biāo)的變化

本章第四節(jié)指出是，在機(jī)組冷態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)下軸系的各軸承座特別是汽輪機(jī)軸承座的標(biāo)高將發(fā)生較大化，盡管在冷態(tài)下各軸瓦載荷分配合理，但在運(yùn)行狀態(tài)下軸系中某幾個(gè)軸瓦載荷可能過低，使其比壓太小而失穩(wěn)。所以有些機(jī)組轉(zhuǎn)子并沒有發(fā)生熱彎曲，帶負(fù)荷后卻發(fā)生了軸瓦自激振動(dòng)，但是不能由此而做出軸瓦自激振動(dòng)的景要原因是軸承座標(biāo)高變化使軸瓦載荷降低的診斷。目前國(guó)內(nèi)圓筒形瓦、橢圓瓦、三油楔瓦運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：在冷態(tài)下機(jī)組各軸承座標(biāo)高不做任何補(bǔ)償?shù)那闆r下，如果軸瓦穩(wěn)定性一般，只要運(yùn)行中轉(zhuǎn)子不發(fā)生熱彎曲，這些機(jī)組就不會(huì)發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)。只有當(dāng)軸瓦循名責(zé)實(shí)性較差，在運(yùn)行狀態(tài)下處在失穩(wěn)邊緣時(shí)，才對(duì)軸承座標(biāo)高、潤(rùn)滑油溫度等一些運(yùn)行參數(shù)特別敏感。現(xiàn)場(chǎng)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在這種情況下，如果不從提軸瓦穩(wěn)定性或消除軸頸過大擾動(dòng)入手，而只是從提高軸瓦入口油溫或調(diào)整軸承座標(biāo)高方面云解決軸瓦自激振動(dòng)。換句話說，軸瓦進(jìn)口油溫和軸承座標(biāo)高對(duì)軸瓦穩(wěn)定性是有一定影響的，但是在正常運(yùn)行的機(jī)組，通過對(duì)這些因素的調(diào)整，在軸瓦穩(wěn)定性方面所獲得的收效，仍不能滿足軸瓦穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

第四節(jié)軸瓦自激振動(dòng)的診斷

診斷軸瓦自激振動(dòng)，總的來說可以分為振動(dòng)性質(zhì)的診斷和具體故障原因的診斷兩個(gè)步驟。上面已經(jīng)討論了軸瓦自激振動(dòng)的原因，這些原因絕大部分都是直觀可見的，例如軸瓦頂隙過大、軸瓦形式不同、潤(rùn)滑油溫度過低等。，而且這些因素涉及的故障范圍較小，當(dāng)振動(dòng)性質(zhì)確定之后，軸瓦自激振動(dòng)故障的具體原因還是比較容易診斷的。為了能迅速可靠地做出診斷，診斷時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

4.1振動(dòng)性質(zhì)

在汽輪發(fā)電機(jī)組上產(chǎn)生低頻振動(dòng)，除軸瓦自激振動(dòng)外，還有分諧波共振和汽流激振。后一種振動(dòng)在國(guó)內(nèi)雖然還沒有發(fā)生過，但在大容量汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生這種振動(dòng)的可能性還是存在的。因此診斷軸瓦自激振動(dòng)時(shí)，首先應(yīng)將后兩種低頻振動(dòng)區(qū)分開來，具體方法見表。

4.2軸頸擾動(dòng)是否過大

診斷軸瓦自激振動(dòng)首先應(yīng)查明軸頸擾動(dòng)是否過大，這一點(diǎn)和診斷普通強(qiáng)迫振動(dòng)要首先檢測(cè)軸承座動(dòng)剛度的原量是一樣的，但診斷順序則正好相反。

當(dāng)軸頸振動(dòng)過大時(shí)，應(yīng)查明軸頸振動(dòng)大的原因；如果軸頸振動(dòng)不大，而且也排除了影響軸瓦穩(wěn)定性的一些直觀因素，例如潤(rùn)滑油黏度、軸瓦頂隙艾正常，在這種情況下才有必要進(jìn)一步標(biāo)明軸瓦穩(wěn)定性差的其他原因。

查明軸頸振動(dòng)最直接的方法是測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)；若無條件測(cè)量轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，根據(jù)軸瓦自激振動(dòng)發(fā)生的部位、轉(zhuǎn)子是否存在永久彎曲或熱彎曲、轉(zhuǎn)子找正情況及工藝等因素的分析，也能間接地確定運(yùn)行狀態(tài)下軸頸擾動(dòng)是否過大。

4.3軸瓦自激振動(dòng)源的診斷

為了有效地消除軸瓦自激振動(dòng)，不僅要找軸瓦自激振動(dòng)的具體原因，而且要找出軸瓦自激振動(dòng)首先是由哪一個(gè)軸瓦激起的。軸系中一量有一個(gè)軸瓦發(fā)生自激振動(dòng)，特別是油膜振蕩，就會(huì)波及軸系中其他各個(gè)軸瓦。根據(jù)下列特征，可以確定軸瓦自激振動(dòng)的根源。

4.3.1.振動(dòng)頻率。

當(dāng)軸瓦自激振動(dòng)是油膜振蕩時(shí)，振蕩頻率與該200MW轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速相接近。例如東方汽輪機(jī)廠制造的機(jī)組6號(hào)、7號(hào)瓦發(fā)生油膜振蕩時(shí)，各軸瓦振動(dòng)主頻率為17.83Hz，即1070r/min，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)了一臨界轉(zhuǎn)速1170r/min很接近。又如哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的200MW機(jī)給6號(hào)、7號(hào)瓦發(fā)生油膜振蕩時(shí)，各軸瓦振動(dòng)主頻率為16Hz，即960r/min，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速978r/min很接近。但是當(dāng)軸瓦自激振動(dòng)是半速渦動(dòng)時(shí)，從軸瓦振動(dòng)頻率還不能確定振動(dòng)源。

4.3.2.低頻振動(dòng)呈現(xiàn)的次序。

軸瓦自激振動(dòng)首先在軸系中某一個(gè)軸瓦上激起，然后波及軸系中其他軸瓦。因在振動(dòng)測(cè)試中在采用巡栓或多點(diǎn)全面監(jiān)測(cè)，若能檢測(cè)到軸系中哪一個(gè)軸瓦首先出現(xiàn)明顯的低頻振動(dòng)分量，即能確定軸瓦自激振動(dòng)的起源。

4.3.3.垂直振動(dòng)幅值。

眾所周知，軸承振動(dòng)幅值與激振力成正比，而與軸承座動(dòng)剛度成反比。在軸系中軸承振幅還激振源距離有關(guān)，在軸承座動(dòng)剛度和激振力一定時(shí)，一般距激振源愈近，軸承振幅愈大。這個(gè)規(guī)律只是對(duì)軸承垂直振動(dòng)成立，例如軸系平衡中各軸承垂直方向影響系數(shù)一般是隨測(cè)點(diǎn)與加重平面之間距離的增大而減少的；但是水平方向影響系數(shù)則不一定如此，一般在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上加重，將對(duì)汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的軸承水平方謝振動(dòng)產(chǎn)生較顯著的影響。軸瓦自激振動(dòng)也不例外，例如國(guó)產(chǎn)200、300MW機(jī)組在歸電機(jī)軸瓦上發(fā)生的油膜振蕩，使1瓦垂直振動(dòng)大得多。因此，根據(jù)軸系各軸承垂直振動(dòng)值的分布，并參考軸承水平方向振動(dòng)幅值的分布，可以判斷軸瓦自激振動(dòng)的振源。

4.4了解同型機(jī)組相同軸瓦的運(yùn)行情況

不論是運(yùn)行已久的舊機(jī)還是正處于調(diào)試中的新機(jī)，排除了軸頸振動(dòng)過大、潤(rùn)滑油溫度過低、軸瓦頂隙過、潤(rùn)滑油牌號(hào)是否用錯(cuò)等因素之后，在進(jìn)一步標(biāo)明軸瓦穩(wěn)定性差的原因時(shí)，了解同型機(jī)組軸瓦的運(yùn)行情況，對(duì)于軸瓦自激振動(dòng)原因的最終診斷和擬定消除振動(dòng)措施，都有著十分重要的意義。

凡是因軸瓦設(shè)計(jì)和制造問題而發(fā)生的軸瓦自激振動(dòng)，一般在同型機(jī)組同一轉(zhuǎn)子的軸瓦上會(huì)多次發(fā)生或普遍存在。僅僅是國(guó)為運(yùn)行和檢修中的問題（例如轉(zhuǎn)子存在熱彎曲、軸瓦頂隙過大等）而發(fā)生的軸瓦自激振動(dòng)，僅在個(gè)別機(jī)組上發(fā)生。根據(jù)這兩種情況，便可以對(duì)軸瓦自激振動(dòng)做出較為確切的最終診斷，而且由此可以提出較合理的消除振動(dòng)的措施。

第五節(jié)消除軸瓦自激振動(dòng)的措施

消除軸瓦自激振動(dòng)的措施有兩個(gè)：消除軸頸擾動(dòng)過大和提高軸瓦穩(wěn)定性。前者應(yīng)放在首位，只有當(dāng)軸頸擾動(dòng)不大時(shí)才能考慮提軸瓦的穩(wěn)定性。

5.1減少軸瓦頂隙

不論是圓筒形瓦、橢圓瓦還是三油楔瓦，減少軸瓦頂隙都能顯著提軸瓦穩(wěn)定性，它比提高高軸瓦比壓和減少長(zhǎng)徑比等其他措施更為有效。在現(xiàn)場(chǎng)減少軸瓦頂隙，一般都采用修刮軸瓦中分面的方法，使圓筒形瓦變成橢圓瓦、橢圓瓦的橢圓度進(jìn)一步增大，三油楔瓦變成三油楔和橢圓混合型瓦，這樣就加大了上瓦的油膜力，使軸頸上浮高度降低，從而提高軸瓦的穩(wěn)定性。

橢圓瓦和三油楔瓦頂隙可以減少到軸頸直徑的1‰－1.3‰，軸頸直徑直徑大的，取上限；軸頸直系小的，取下限。目前現(xiàn)場(chǎng)真正的圓筒形瓦（頂隙等于兩倍側(cè)隙）已很少見到，而所謂的圓筒形瓦實(shí)際上橢圓瓦，其頂隙和側(cè)隙近似相等，當(dāng)這種軸瓦發(fā)生自激振動(dòng)時(shí)，可以將其頂隙減少至軸頸直徑的1.2‰－1.5‰，這是由于這種軸瓦側(cè)隙較小，頂隙不宜過小，否則會(huì)引起烏金溫度的升高。

5.2換用穩(wěn)定性較好的軸瓦

一般來說橢圓具有兩個(gè)承載區(qū)，所以也叫兩油葉瓦，它的穩(wěn)定性較圓筒形瓦要好，但承載能力不如圓筒瓦。還有一種叫三油葉軸瓦，它具有三個(gè)承載區(qū)，上瓦兩個(gè)油楔，形成兩個(gè)向下的油膜力，因而穩(wěn)定性較橢圓瓦要好，但承載能力卻顯著降低，一般使用在高速輕載的軸瓦上。與油葉軸承平行的是油楔軸承，真正的圓筒形瓦只有下瓦一個(gè)油楔，如果在上瓦再加兩個(gè)油楔，即為國(guó)內(nèi)200MW機(jī)組上曾使用過的三油楔軸承，結(jié)構(gòu)如圖所示，b為油楔深度，a1,a2為阻油邊、油楔與軸頸之間頂部間隙，a1一般軸頸直徑的1.2‰－1.7‰。

這種軸瓦動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如橢圓瓦，也不如圓筒瓦。80年代到90年代初期，國(guó)產(chǎn)200MW機(jī)組6瓦、7瓦較普遍發(fā)生的油膜振蕩，在當(dāng)時(shí)形成了“油膜振蕩熱”，事實(shí)上純屬于三油楔瓦穩(wěn)定差，因此改用橢圓瓦后再未發(fā)生過油膜振蕩。后來投運(yùn)的引進(jìn)型300、600MW機(jī)組，其軸頸線速度雖已超過65m/s，但采用橢圓瓦或圓筒瓦后，都未發(fā)生過汩膜振蕩。

除上述圓筒形瓦、橢圓瓦、三油楔瓦外，還有一種可傾瓦，目前國(guó)內(nèi)大機(jī)組上較普遍采用。這種軸瓦結(jié)構(gòu)原理如圖所示。軸瓦是由多個(gè)瓦無發(fā)展前塊構(gòu)成，這此些瓦塊可以繞支做微小的擺動(dòng)，以適應(yīng)合適的工作位置，使每個(gè)瓦塊都能形成收斂的油楔，由此不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)分力，或者使每個(gè)瓦塊都通過支點(diǎn)和軸頸中心，即總保持與外載荷交于一點(diǎn)，這樣就不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使軸頸渦動(dòng)的切向分力。從理論上來說，忽略瓦塊的慣性和瓦塊支點(diǎn)的磨擦力，可傾瓦是不會(huì)產(chǎn)生軸瓦自激振動(dòng)的。但它的承載能力較低，因此只能在載荷較小的汽輪機(jī)高中壓缸轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子上使用。

5.3增加上瓦烏金寬度

對(duì)于圓筒形瓦、橢圓瓦和三油楔瓦，減少頂隙的目的是增大上瓦的油膜力，但是目前有些現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的機(jī)組上瓦，中央部分開有較寬的環(huán)向油溝，使上瓦成為兩條烏金帶。實(shí)踐證明，在這樣的軸瓦上減少頂隙，收獲不十分顯著。為了獲提更好的效果，在減少頂隙的同時(shí)，將上瓦烏金加寬或完全填滿，由此可以顯著增加上瓦油膜力，提高軸瓦偏心率。

5.4刮大兩側(cè)間隙

刮大軸瓦兩側(cè)間隙往往與減少頂隙同時(shí)進(jìn)行，尤其是圓筒形瓦更是如此，其目的是防止頂隙減少后軸瓦內(nèi)油流量加受到影響而使烏金溫度升高，但是擴(kuò)大兩側(cè)間隙不僅會(huì)顯著降低軸瓦水平方向的油膜剛度，在激振力不變的情況下，轉(zhuǎn)軸水平方向振動(dòng)還將培大；而且會(huì)顯著降低軸瓦抗振能力，在不很大的軸頸振動(dòng)作用下，會(huì)造成軸瓦烏金碎裂。

5.5其他措施

消除軸瓦自激振動(dòng)除上述四個(gè)措施外，還有減少軸瓦長(zhǎng)徑比、降低油的黏度和調(diào)整軸承座標(biāo)高等三個(gè)措施，采取這些措施也能提高軸瓦穩(wěn)定性。

綜上所述，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，這七措施（包括其他措施中的三項(xiàng)）基本上是按消除軸瓦自激振動(dòng)有效性順序排列的，即第一個(gè)效果最顯著，第二個(gè)其次，以此類推。因此在選用時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件、軸瓦失穩(wěn)嚴(yán)重程度（偶然發(fā)生、超速時(shí)發(fā)生、在額定轉(zhuǎn)速下發(fā)生）、原來軸瓦形式、軸瓦有關(guān)穩(wěn)定性的參數(shù)、軸頸振動(dòng)值等因素決定。

這時(shí)必須再次指出，軸瓦自激振動(dòng)往往與機(jī)組運(yùn)行中的某一參數(shù)有關(guān)，例如凝汽器真空、有功負(fù)荷、勵(lì)磁電流等，但是在擬定消除振動(dòng)措施時(shí)，不能只局限于針對(duì)這些有關(guān)參數(shù)，而必須消除軸頸振動(dòng)過大和從提高軸瓦穩(wěn)定性最基本因素著手，這樣才能獲得較好的效果。油膜渦動(dòng)

油膜的楔形按油的平均流速繞軸瓦中心運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為油膜渦動(dòng)，因其平均速度為軸頸圓周速度的一半，故又稱為半速渦動(dòng)。

油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承工作時(shí)，以薄的油膜支承軸頸。在軸瓦表面的油膜速度為零（軸瓦靜止），而在軸頸表面的油膜速度與軸頸表面相同（軸頸高速旋轉(zhuǎn)）。因此，不論在圓周上的任何剖面，油膜的平均速度均為軸頸圓周速度的一半。

軸頸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，油膜厚度隨楔形變化，但油的平均流速卻相對(duì)不變。由于油的不可壓縮性，多出的油將從軸承兩端流出，或者油膜的楔形按油的平均流速繞軸瓦中心運(yùn)動(dòng)。如何診斷油膜渦動(dòng)引起的振動(dòng)。診斷油膜渦動(dòng)可從以下的振動(dòng)特征來判斷：（1）油膜渦動(dòng)的特征頻率為略小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的1/2，并隨轉(zhuǎn)速的升高而升高，常伴有1倍頻；（2）振動(dòng)較穩(wěn)定，次諧波振幅隨工作轉(zhuǎn)速的升高而升高；（3）相位較穩(wěn)定；（4）軸心軌跡為雙環(huán)橢圓，進(jìn)動(dòng)方向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)；（5）對(duì)軸承潤(rùn)滑油的溫度、粘度和壓力變化敏感。當(dāng)前在生產(chǎn)中，可通過以下途徑來消除油膜渦動(dòng)：（1）從結(jié)構(gòu)上，保證軸頸相對(duì)于軸瓦處于較大的偏心下工作；（2）采用抑振性能比較好的軸承，如可傾瓦軸承；（3）現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問題時(shí)，降低潤(rùn)滑油溫度，作為應(yīng)急措施也是行為之有效的。動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理一．動(dòng)壓油膜的形成原理

圖16-17a所示的兩平行板間充滿潤(rùn)滑油，板B靜止不動(dòng)，板A以速度v向左運(yùn)動(dòng)。如前所述，在速度不是很大的情況下，兩平行板之間的潤(rùn)滑油呈層流狀態(tài)，各流層的速度沿板長(zhǎng)度方向始終呈三角形分布。由于各層流速恒定，因此作用在油層上的油壓既不會(huì)增大，也不會(huì)減小（恒為大氣壓）。因此，若忽略板A的質(zhì)量，則板A不會(huì)下沉，但若板A上承受載荷F時(shí)，由于在豎直方向無油壓的合力與F平衡，于是板A將逐漸下沉，直到與板B接觸。顯然，這種情況下板A不能承受載荷F。如果板A與板B不平行，板間的間隙沿運(yùn)動(dòng)方向由大變?。▓D16-17b），則板間的油層速度分布沿x方向不可能恒為線性分布（因?yàn)檫M(jìn)油口大，出油口小，若速度分布相同則必然導(dǎo)致進(jìn)油多出油少，這顯然不符合流量連續(xù)原理，因而是不可能的），要保證流量連續(xù)，進(jìn)油口的速度分布只能是圖示的上凸分布，而出油口的速度分布只能是下凸的。由于油層（坐標(biāo)y處）在進(jìn)油口的速度小于出油口的速度，說明截面a-a、c-c之間的油壓大于進(jìn)、出油口的油壓，也就是說間隙中形成了壓力油膜。由于油壓是各向同性的，因此作用在板A上的油壓構(gòu)成一個(gè)合力將板A向上頂，要保證板A相對(duì)于板B在y方向無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，必須給板A施加一個(gè)向下的力F以平衡油壓向上的合力。由此可知，這種情況下，板A是能夠承受一定載荷F的。這種借助相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在軸承間隙中形成的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜。圖b還表明：從截面a-a到c-c之間，各截面速度分布是不相同的，但必有一截面b-b，油的速度呈三角形分布。二．液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程液體動(dòng)壓潤(rùn)滑基本方程由雷諾首先推導(dǎo)出。該方程是在一些假設(shè)的基礎(chǔ)上，考慮流體的靜力平衡和流量連續(xù)條件得出的。假設(shè)靜力平衡條件油層速度分布流量連續(xù)條件請(qǐng)對(duì)照?qǐng)D16-181）z向無限長(zhǎng)，故潤(rùn)滑油在z向沒有流動(dòng)；2）壓力p不隨y值的大小而變化，即同一油膜截面上壓力為常

數(shù)（因油膜很薄，故這樣假設(shè)是合理的）；3）潤(rùn)滑油粘度不隨壓力而變化，并且忽略油層的質(zhì)量；4）潤(rùn)滑油處于層流狀態(tài)。式為液體動(dòng)壓潤(rùn)滑基本方程(一維雷諾方程)。式(16-9)表明：除非兩板之間間隙沿x方向完全無變化(h≡)、潤(rùn)滑油粘度恒為0、兩板之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，否則油壓沿x方向的變化率不可能恒等于0。三．形成動(dòng)壓油膜的條件式對(duì)x求導(dǎo)，有根據(jù)式（16-9），對(duì)于駐點(diǎn)（＝０處），有h=，考慮到隨著x的增大間隙是增大的（即＞０），故可知油壓在h=處有極大值。顯然，沿x軸全長(zhǎng)積分可得油壓的合力，滿足一定條件，則該合力足以平衡外載荷。若＜0（即潤(rùn)滑油從小口流進(jìn)，大口流出），則＞0，油壓在h=處有極小值，則油膜不僅沒有承載能力，還會(huì)導(dǎo)致兩表面相吸。結(jié)論形成動(dòng)壓油膜的條件是：1）兩工作表面間的間隙必須有變化(突變或漸變均可)；

2）兩工作表面間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其他粘性流體；

3）兩工作表面間必須有相對(duì)滑動(dòng)速度，其運(yùn)動(dòng)方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面流出。非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算非液體摩擦滑動(dòng)軸承可用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，也可用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。在潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂中加入少量鱗片狀石墨或二硫化鉬粉末，有助于形成更堅(jiān)韌的邊界油膜，且可填平粗糙表面而減少磨損。但這類軸承不能完全排除磨損。維持邊界油膜不破裂，是非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)依據(jù)。由于邊界油膜的強(qiáng)度和破裂溫度受多種因素影響而十分復(fù)雜，其規(guī)律尚未完全被人們掌握。因此目前采用的計(jì)算方法是間接的、條件性的，實(shí)踐證明，若能限制壓強(qiáng)p、壓強(qiáng)與軸頸線速度的乘積pv，那么軸承是能夠很好地工作的。一．向心軸承1．軸承的壓強(qiáng)p限制軸承壓強(qiáng)p，目的是避免壓強(qiáng)過大使邊界膜破裂從而導(dǎo)致金屬直接接觸產(chǎn)生的劇烈磨損。對(duì)于轉(zhuǎn)速很低或間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，只需進(jìn)行這項(xiàng)計(jì)算。壓強(qiáng)p的驗(yàn)算式為

式中：F為軸承徑向載荷(N)；B為軸瓦寬度(mm)；d為軸頸直徑(mm)；[p]為軸瓦材料的許用壓強(qiáng)，單位

是MPa(表16-1)。2．軸承的pv值考慮到功熱當(dāng)量，pv值與軸承單位面積的摩擦功耗成正比，因此限制pv值也就是限制軸承的溫升，從而避免溫度過高使?jié)櫥В?rùn)滑油對(duì)固體的吸附能力隨著溫度的升高而降低）。對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，通常都應(yīng)進(jìn)行這項(xiàng)計(jì)算。pv值的驗(yàn)算式為

式中：n為軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；[pv]為軸瓦材料的許用值，單位為MPa·m/s。二．推力軸承推力軸承止推面多采用環(huán)行止推面(很少用實(shí)心的)，采用多

環(huán)軸頸可承受較大的載荷，同時(shí)能承受雙向載荷。但這種軸承必

須作成沿軸線剖分的。由圖16-15可知，推力軸承應(yīng)滿足式中：z為軸環(huán)數(shù)；軸環(huán)的平均速度，

平均直徑。推力軸承的[p]和[pv]值由表16-1查取。對(duì)于多環(huán)推力軸承(圖16-15c)，由于制造和裝配誤差使各支

承面上所受的載荷不相等，[p]和[pv]值應(yīng)減小20%～40%。潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置軸承潤(rùn)滑的目的在于降低摩擦功耗，減少磨損，同時(shí)還起到冷卻、吸振、防銹等作用。軸承能否正常工作，和選用潤(rùn)滑劑正確與否有很大關(guān)系。一．潤(rùn)滑劑1.潤(rùn)滑劑分為：1）液體潤(rùn)滑劑--潤(rùn)滑油；2）半固體潤(rùn)滑劑--潤(rùn)滑脂；3）固體潤(rùn)滑劑。2．潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂由潤(rùn)滑油和各種稠化劑混合而成。潤(rùn)滑脂密封簡(jiǎn)單，不需經(jīng)常加添，不易流失，故在垂直的摩擦表面上也可應(yīng)用。潤(rùn)滑脂對(duì)載荷和速度的變化有較大的適應(yīng)范圍，受溫度的影響不大，但磨擦損耗較大，潤(rùn)滑性能上不如潤(rùn)滑油好，機(jī)械效率較低，故不宜用于高速。潤(rùn)滑脂易變質(zhì)，不如潤(rùn)滑油穩(wěn)定?？偟膩碚f，一般參數(shù)的機(jī)器，特別是低速或帶有沖擊的機(jī)器，都可以使用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。

目前使用最多的是鈣基潤(rùn)滑脂，其耐水性較好，但耐溫性較差，常用于60℃以下的各種機(jī)械設(shè)備中軸承的潤(rùn)滑。鈉基潤(rùn)滑脂耐溫性較好(115～145℃以下)，但不耐水。鋰基潤(rùn)滑脂性能優(yōu)良，耐溫耐水性均較好，-20～150℃范圍內(nèi)廣泛適用。3．固體潤(rùn)滑劑固體潤(rùn)滑劑有石墨、二硫化鉬(MoS2)、聚氟乙烯樹脂等多種品種。一般只在一些特殊場(chǎng)合下使用，如在高溫介質(zhì)中或在低速重載條件下。目前其應(yīng)用已逐漸廣泛，例如可將固體潤(rùn)滑劑調(diào)合在潤(rùn)滑油中使用，也可以涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜，或者用固結(jié)成型的固體潤(rùn)滑劑嵌裝在軸承中使用，或者混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。

石墨性能穩(wěn)定，在350℃以上才開始氧化，并可在水中工作。聚氟乙烯樹脂摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。二硫化鉬與金屬表面吸附性強(qiáng)，摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍也廣(一60～300℃)，但遇水則性能下降。二．潤(rùn)滑裝置滑動(dòng)軸承的給油方法多種多樣。間歇潤(rùn)滑裝置見圖16-11，其中a、b用于人工定時(shí)加油；c是潤(rùn)滑脂用的油杯，油杯中填滿潤(rùn)滑脂，定期旋轉(zhuǎn)杯蓋，使容積減小而將潤(rùn)滑脂注入軸承內(nèi)。

連續(xù)供油潤(rùn)滑根據(jù)所需供油量的大小可采用滴油潤(rùn)滑、油環(huán)潤(rùn)滑、浸油潤(rùn)滑或噴油潤(rùn)滑。圖16-12a是滴油潤(rùn)滑用的針閥式油杯。平放手柄時(shí)，針桿借彈簧的推壓而堵住底部油孔；直立手柄時(shí)，針桿被提起，油孔敞開，于是潤(rùn)滑油自動(dòng)滴到軸頸上。油杯的上端面開有小孔，供補(bǔ)充潤(rùn)滑油用，平時(shí)由簧片遮蓋。調(diào)節(jié)螺母用于調(diào)節(jié)針桿下端油口大小，以控制供油量。

圖16-12b是A型彈簧蓋油杯，扭轉(zhuǎn)彈簧2將蓋1緊壓在油杯體3上，鋁管4中裝有毛線或棉紗5，依靠毛線或棉紗的毛細(xì)管作用，將油杯中的潤(rùn)滑油滴入軸承。雖然這種油杯給油是自動(dòng)且連續(xù)的，但不能調(diào)節(jié)給油量，油杯中油面高時(shí)給油多，油面低時(shí)給油少，停車時(shí)仍在繼續(xù)給油，直到滴完為止。圖16-13為油環(huán)潤(rùn)滑，在軸頸上套一油環(huán)，油環(huán)下部浸入油池中，當(dāng)軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)，靠摩擦力帶動(dòng)油環(huán)旋轉(zhuǎn)，把油引入軸承。油環(huán)浸在油池內(nèi)的深度約為其直徑的四分之一時(shí)，給油量已足以維持液體潤(rùn)滑狀態(tài)的需要。它常用于大型電機(jī)的滑動(dòng)軸承中。

浸油潤(rùn)滑見圖16-14a，噴油潤(rùn)滑見圖16-14b。

噴油潤(rùn)滑是最完善的給油方法，它利用油泵循環(huán)給油，給油量充足，給油壓力只需0.05MPa，在油的循環(huán)系統(tǒng)中常配置過濾器、冷卻器。還可設(shè)置油壓控制開關(guān)，當(dāng)管路內(nèi)油壓下降時(shí)可報(bào)警、啟動(dòng)輔助油泵或指令主機(jī)停車。所以這種給油方法安全可靠，但設(shè)備費(fèi)用較高，常用于高速且精密的重要機(jī)器中。潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置軸承潤(rùn)滑的目的在于降低摩擦功耗，減少磨損，同時(shí)還起到冷卻、吸振、防銹等作用。軸承能否正常工作，和選用潤(rùn)滑劑正確與否有很大關(guān)系。一．潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑分為：1）液體潤(rùn)滑劑--潤(rùn)滑油；2）半固體潤(rùn)滑劑--潤(rùn)滑脂；3）固體潤(rùn)滑劑。1．潤(rùn)滑油目前使用的潤(rùn)滑油大部分為石油系列潤(rùn)滑油(礦物油)。在軸承潤(rùn)滑中，潤(rùn)滑油最重要的物理性能是粘度，它也是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦性能。如圖16-9所示，平板Ａ、Ｂ之間充滿著液體。設(shè)板Ｂ靜止不動(dòng)，

板Ａ以速度v沿x軸運(yùn)動(dòng)。由于液體與金屬表面的良好吸附作用（稱為

潤(rùn)滑油的油性），因此板Ｂ表層的液體與板Ｂ一樣靜止不動(dòng)，板Ａ表

層的液體隨板Ａ以速度v一起運(yùn)動(dòng)。在速度v不是很大的情況下，兩板

之間液體呈層流狀態(tài)，各層速度(u)分布如圖。顯然，油層與油層間

必然存在著摩擦切應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)表明，油層間的切應(yīng)力滿足（該式稱為粘性流體牛頓定律）式(16-1)中：u是油層中任一點(diǎn)的速度，

是該點(diǎn)的速度梯度；是比例系數(shù)，即液體的動(dòng)力粘度，常簡(jiǎn)稱為粘度。根據(jù)上式可知?jiǎng)恿φ扯鹊牧烤V是（力·時(shí)間/長(zhǎng)度），國(guó)際單位制中，它的單位是N·s/m（即Pa·s）；厘米克秒制單位制中，動(dòng)力粘度的單位是P(讀作泊)，1P=1dyn·s/cm。2.潤(rùn)滑油特性此外還有運(yùn)動(dòng)粘度，運(yùn)動(dòng)粘度等于動(dòng)力粘度與液體密度的比值，即國(guó)際單位制中，的單位是m/s。實(shí)用上這個(gè)單位嫌大，故

常采用它的物理單位(厘米克秒制)St(稱為斯)，或者cSt(厘斯)，1St=1cm/s=100cSt。我國(guó)石油產(chǎn)品是用運(yùn)動(dòng)粘度(單位為cSt或

mm/s)標(biāo)定的，見表16-2。潤(rùn)滑油的粘度并不是不變的，它隨著溫度的升高而降低，這

對(duì)于運(yùn)行著的軸承來說，必須加以注意。描述粘度隨溫度變化情

況的線圖稱為粘溫圖，見圖16-10。粘度還隨著壓力的升高而增大，但壓力不太高時(shí)（如小于10

MPa）變化極微，可略而不計(jì)。選用潤(rùn)滑油時(shí)，要考慮速度、載荷和工作情況。對(duì)于載荷大、

速度小的軸承宜選粘度大的油，載荷小、速度高的軸承宜選粘度

較小的油。滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承具有一系列優(yōu)點(diǎn)（摩擦阻力小、起動(dòng)靈敏；標(biāo)準(zhǔn)化程度高，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；便于使用與維護(hù)），故廣泛應(yīng)用于一般尺寸、一般工作條件的機(jī)械中。但是，在下列情況下：①載荷特重，②精度特高，③轉(zhuǎn)速特大，④尺寸特大或特小，⑤特殊結(jié)構(gòu)(要求軸承剖分)滑動(dòng)軸承更有優(yōu)勢(shì)。因而在汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)中多采用滑動(dòng)軸承。此外，低速而帶有沖擊的機(jī)器（如水泥攪拌機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等）也常用滑動(dòng)軸承。一、摩擦狀態(tài)圖16-2為摩擦副的摩擦特性曲線，這條曲線是由實(shí)驗(yàn)得到的。無量綱參數(shù)稱為軸承特性數(shù)，其中為潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度(見§16-4)，n為軸承每秒轉(zhuǎn)數(shù)，p為軸承的壓強(qiáng)。隨著的不同，摩擦副分別處于邊界摩擦、混合摩擦、液體摩擦狀態(tài)。根據(jù)表面潤(rùn)滑情況，摩擦可分為(圖16-1)1．干摩擦2．邊界摩擦3．液體摩擦兩摩擦表面間不加任何潤(rùn)滑劑時(shí)，固體表面間直接接觸的摩擦(圖16-1a)稱為干摩擦。此時(shí)，必有大量的摩擦功耗和嚴(yán)重的磨損。在滑動(dòng)軸承中則表現(xiàn)為強(qiáng)烈的升溫，甚至把軸瓦燒毀，所以在滑動(dòng)軸承中不允許出現(xiàn)干摩擦。1．干摩擦2．邊界摩擦3．液體摩擦兩摩擦表面間有潤(rùn)滑劑存在，由于潤(rùn)滑油與金屬表面的良好吸附作用，因而在金屬表面上形成極薄的邊界油膜（圖16-1b）。邊界油膜的厚度小于１微米，不足以將兩金屬表面分隔開，所以相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩金屬表面微觀的高峰部分仍將互相搓削，這種狀態(tài)稱為邊界摩擦。

一般而言，金屬表層覆蓋一層邊界油膜后，雖不能絕對(duì)消除表面的磨損，卻可以起著減輕磨損的作用。這種狀態(tài)的摩擦系數(shù)f≈0.1～0.3。1．干摩擦2．邊界摩擦3．液體摩擦若兩摩擦表面間有充足的潤(rùn)滑油，而且能滿足一定的條件（見§16-6），則在兩摩擦表面間可形成厚度達(dá)幾十微米的壓力油膜。它能將相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的兩金屬表面分隔開，如圖16－1c所示。此時(shí)，只有液體之間的摩擦，稱為液體摩擦，又稱為液體潤(rùn)滑。換言之，形成的壓力油膜可以將重物托起，使其浮在油膜之上，由于兩摩擦表面被油隔開而不直接接觸，摩擦系數(shù)很?。╢≈0.001～0.01），所以顯著地減少了摩擦和磨損。液體摩擦是最理想的情況，長(zhǎng)期高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)器，應(yīng)該確保其軸承在液體潤(rùn)滑條件下工作。在一般機(jī)器中，摩擦表面多處于干摩擦、邊界摩擦和液體摩擦的混合狀態(tài)，稱為混合摩擦（或稱為非液體摩擦）?；瑒?dòng)軸承的結(jié)構(gòu)滑動(dòng)軸承按照承受載荷的方向主要分為：1）向心滑動(dòng)軸承-又稱徑向滑動(dòng)軸承，主要承受

徑向載荷；

2）推力滑動(dòng)軸承-承受軸向載荷。一．向心滑動(dòng)軸承圖16-3a所示是一種普通的剖分軸承。它是由軸承

蓋１、軸承座２、剖分軸瓦３(圖16－3b)和螺紋聯(lián)接

件４等所組成。軸承中直接支承軸頸的零件是軸瓦。

為了安裝時(shí)容易對(duì)心，在軸承蓋與軸承座的中分面上

做有階梯形的榫口。軸承蓋應(yīng)當(dāng)適度壓緊軸瓦，使軸

瓦不能在軸承孔中轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承蓋上制有螺紋孔，以便

安裝油杯或油管。向心滑動(dòng)軸承的類型很多，例如還有軸承間隙可

調(diào)節(jié)的滑動(dòng)軸承（圖16－3c、圖16-3d）、軸瓦外表

面為球面的自位軸承等(圖16-3e)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)可參

閱有關(guān)手冊(cè)。

一．向心滑動(dòng)軸承軸瓦是滑動(dòng)軸承中的重要零件。向心滑動(dòng)軸承的軸瓦內(nèi)孔為圓柱形。若載荷方向向下，則下軸瓦為承載區(qū)，上軸瓦為非承載區(qū)。潤(rùn)滑油應(yīng)由非承載區(qū)引入，所以在頂部開進(jìn)油孔。在軸瓦內(nèi)表面，以進(jìn)油口為中心沿縱向、斜向或橫向開有油溝，以利于潤(rùn)滑油均勻分部在整個(gè)軸頸上。油溝的形式很多，如圖16-4所示。一般油溝與軸瓦端面應(yīng)保持一定距離，以防止漏油。當(dāng)載荷垂直向下或略有偏斜時(shí)，軸承的中分面常為水平方向；若載荷方向有較大偏斜時(shí)，則軸承的中分面也應(yīng)斜著布置(通常傾斜45°)，使中分平面垂直于或接近垂直于載荷(圖16-5)。圖16-6所示為潤(rùn)滑油從兩側(cè)導(dǎo)入的結(jié)構(gòu)，軸瓦兩側(cè)面鏜有油室，這種結(jié)構(gòu)可以使?jié)櫥晚樌剡M(jìn)入軸瓦與軸頸的間隙，常用于大型的液體潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承中。一側(cè)油進(jìn)入后被旋轉(zhuǎn)著的軸頸帶入楔形間隙中形成動(dòng)壓油膜，另一側(cè)油進(jìn)入后覆蓋在頸上半部，起著冷卻作用，最后油從軸承的兩端泄出。軸瓦寬度與軸頸直徑之比稱為寬徑比，它是向心滑動(dòng)軸承中的重要參數(shù)之一。對(duì)于液體摩擦的滑動(dòng)軸承，常取=0.5～1；對(duì)于非液體摩擦的滑動(dòng)軸承，常取=0.8～1.5，有時(shí)可以更大些?；瑒?dòng)軸承按照承受載荷的方向分為：

1）向心滑動(dòng)軸承-又稱徑向滑動(dòng)軸承，主要承受徑向載荷；2）推力滑動(dòng)軸承-承受軸向載荷。二．推力滑動(dòng)軸承軸上的軸向力應(yīng)采用推力軸承來承受。止推面可以利用軸的端面，也可在軸的中段做出凸肩或裝上推力圓盤(圖16-15)。由于兩平行平面之間是不能形成動(dòng)壓油膜的（見§16－6），因此通常沿軸承止推面按若干塊扇形面積開出楔形（圖16-7）。圖a為固定式推力軸承，其楔形的傾角固定不變，在楔形頂端留有平臺(tái)，用來承受停車后的軸向載荷。圖b為可傾式推力軸承，其扇形塊的傾斜角能隨著載荷、轉(zhuǎn)速的改變而自行

調(diào)整，因此性能更為優(yōu)越。扇形塊數(shù)一般為6～12，圖c為扇形塊的放大圖。軸瓦及軸承襯材料根據(jù)滑動(dòng)軸承的工作情況，要求軸瓦材料具備下述性能：1）對(duì)軸頸的摩擦系數(shù)??；2）導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)?。?）良好的順應(yīng)性和嵌藏性；4）耐磨、耐蝕、抗膠合能力強(qiáng)；5）足夠的機(jī)械強(qiáng)度。能同時(shí)滿足上述要求的材料幾乎沒有（例如順應(yīng)性和嵌藏性良好的材料，強(qiáng)度往往較低；耐磨的材料順應(yīng)性和嵌藏性大多不好）。通常是根據(jù)具體情況滿足主要使用要求，按照局部品質(zhì)原理作成雙金屬或三金屬軸瓦，使不同金屬在性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短。在工藝上可以用澆鑄或壓合的方法，將薄層材料粘附在軸瓦基體上。粘附上去的薄層材料通常稱為軸承襯。常用的軸瓦和軸承襯材料(表16-1)有下列幾種：

一．軸承合金軸承合金（又稱白合金、巴氏合金）有錫銻軸承合金和鉛銻軸承合金兩大類（補(bǔ)充說明）。

錫銻軸承合金的摩擦系數(shù)小，抗膠合性能好；對(duì)油的吸附性能好，耐蝕性好，易跑合，是優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。但它的價(jià)格較貴且機(jī)械強(qiáng)度較差，因此只能作為軸承襯材料而澆鑄在鋼、鑄鐵或青銅軸瓦上(圖16-8)。用青銅作為軸瓦基體是取其導(dǎo)熱性良好。

這種軸承合金的熔點(diǎn)比較低，為了安全，在設(shè)計(jì)、運(yùn)行中常將溫度控制在（110～120)℃下。

鉛銻軸承合金的各方面性能與錫銻軸承合金相近，但這種材料比較脆，不宜承受較大的沖擊載荷。一般用于中速、中載的軸承。推力滑動(dòng)軸承承受軸向推力并限制軸作軸向移動(dòng)的滑動(dòng)軸承。兩摩擦表面完全被流體膜隔開的推力軸承分為流體動(dòng)壓推力軸承和流體靜壓推力軸承,適用于高中速運(yùn)行。兩摩擦表面不能完全被流體膜隔開的推力軸承在邊界潤(rùn)滑（見潤(rùn)滑）下工作，只適用于低速運(yùn)行。

表液體動(dòng)壓推力滑動(dòng)軸承類型中為液體動(dòng)壓推力軸承的幾種主要類型。

①平面多溝推力軸承。結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,兩滑動(dòng)表面相互平行，為改善潤(rùn)滑，在瓦面上開有徑向油溝。這種軸承因摩擦熱引起油密度變化，油膜產(chǎn)生一定壓力以承受載荷。但這種軸承承受載荷的能力較低，因而只適用于中、小尺寸的輕載條件，供定位或密封用。

②斜-平面推力軸承。由若干具有斜面和平面的瓦塊組成。斜面與推力環(huán)構(gòu)成油楔，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在整個(gè)瓦面上形成動(dòng)壓油膜。斜面面積達(dá)到瓦面面積的80％和進(jìn)口處油膜厚度達(dá)到出口處的2.2～3倍時(shí)，軸承的承載能力最大。這種軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠，但斜面斜度很小,不易加工，而且要求安裝精度高，多用作速度比較穩(wěn)定的中、小尺寸的推力軸承。

③階梯面推力軸承。由若干具有階梯平面的瓦塊組成。階梯面可用壓印法或酸蝕法制成，加工方便，多為小型軸承。

④可傾瓦塊推力軸承。由若干獨(dú)立的、能隨工作狀況變化、自動(dòng)統(tǒng)一支點(diǎn)擺動(dòng)的瓦塊組成（見可傾瓦塊軸承）。這種軸承承受載荷的能力大，能在較寬的速度范圍內(nèi)正常工作，是大型軸承中最通用的形式，但也有用于推力較小條件下的小型軸承。支承瓦塊的方式很多，大型軸承的支承結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，制造成本較高。

在邊界潤(rùn)滑下工作的推力軸承依安裝部位不同，有位于軸端的端軸承，位于軸中部的單環(huán)軸承和多環(huán)軸承（見圖液體動(dòng)壓推力滑動(dòng)軸承）。單環(huán)和多環(huán)軸承能承受正向或反向的軸向力，載荷大時(shí)用多環(huán)，以使各環(huán)受力均勻，制造精度要求較高。（見彩圖32萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)上的外徑3.8米大型推力滑動(dòng)軸承）推力滑動(dòng)軸承只能承受軸向載荷，與徑向軸承聯(lián)合才可同時(shí)承受軸向和徑向載荷，其典型結(jié)構(gòu)見圖8-6(a)。1、實(shí)心式

支撐面上壓強(qiáng)分布極不均勻，中心處壓強(qiáng)最大，線速度為0，對(duì)潤(rùn)滑很不利，導(dǎo)致支撐面磨損極不均勻，使用較少。2、空心式

支撐面上壓強(qiáng)分布較均勻，潤(rùn)滑條件有所改善。3、單環(huán)式

利用軸環(huán)的端面止推，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑方便，廣泛用于低速輕載場(chǎng)合。4、多環(huán)式

特點(diǎn)同單環(huán)型，可承受較單環(huán)更大的載荷，也可承受雙向軸向載荷。(b)實(shí)心式(c)空心式(d)單環(huán)式(e)多環(huán)式圖8-6推力軸承的結(jié)構(gòu)形式對(duì)于尺寸較大的平面推力軸承，為了改善軸承的性能，便于形成液體摩擦狀態(tài)?？稍O(shè)計(jì)成多油楔形狀結(jié)構(gòu)(圖8-7)。圖8-7多油楔推力軸承§8-3軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)一、軸瓦的材料

對(duì)軸瓦材料的基本要求是：

(1)足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度；

(2)低摩擦系數(shù)，良好的耐磨性，抗膠合性，跑合性，嵌藏性和順應(yīng)性；

(3)熱膨脹系數(shù)小，良好的導(dǎo)熱性和潤(rùn)滑性能以及耐腐蝕性；

(4)良好的工藝性。常用的軸瓦材料有：

1、軸承合金

又稱巴氏合金或白合金，其金相組織是在錫或鉛的軟基體中夾著銻、銅和鹼土金屬等硬合金顆粒。它的減摩性能最好，很容易和軸頸跑合。具有良好的抗膠合性和耐腐蝕性，但它的彈性模量和彈性極限都很低，機(jī)械強(qiáng)度比青銅、鑄鐵等低很多，一般只用作軸承襯的材料，錫基合金的熱膨脹性質(zhì)比鋁基合金好，更適用于高速軸承。2、銅合金

有錫青銅、鋁青銅和鉛青銅三種。青銅有很好的疲勞強(qiáng)度，耐容性和減摩性均很好，工作溫度可高達(dá)250℃。但可塑性差，不易跑合，與之相配的軸頸必須淬硬。適用于中速重載，低速重載的軸承。3、粉末冶金

將不同的金屬粉末經(jīng)壓制燒結(jié)而成的多孔結(jié)構(gòu)材料，稱為粉末冶金材料，其孔隙約占體積的10～35%，可貯存潤(rùn)滑油，故又稱為含油軸承。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦溫度升高，因油的膨脹系數(shù)比金屬大，從而自動(dòng)進(jìn)入摩擦表面潤(rùn)滑軸承。停車時(shí)，因毛細(xì)管作用潤(rùn)滑油又被吸回孔隙中。含油軸承加一次油便可工作較長(zhǎng)時(shí)間，若能定期加油，則效果更好。但由于它韌性差，宜用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不方便的場(chǎng)合。4、非金屬材料

非金屬軸瓦材料以塑料用得最多，其優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，可承載沖擊載荷，可塑性、跑合性良好，耐磨、耐腐蝕，可用水、油及化學(xué)溶液潤(rùn)滑。但它的導(dǎo)熱性差(只有青銅的1/2000～1/5000)，耐熱性低(120～150℃時(shí)焦化)，膨脹系數(shù)大，易變形。為改善此缺陷，可將薄層塑料作為軸承襯粘附在金屬軸瓦上使用。塑料軸承一般用于溫度不高，載荷不大的場(chǎng)合。尼龍軸承自潤(rùn)性、耐腐性、耐磨性、減震性等都較好，但導(dǎo)熱性不好，吸水性大，線膨脹系數(shù)大，尺寸穩(wěn)定性不好，適用于速度不高或散熱條件好的地方。

橡膠軸承彈性大，能減輕振動(dòng)，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可以用水潤(rùn)滑，常用于離心水泵，水輪機(jī)等場(chǎng)合。二、軸瓦的結(jié)構(gòu)

常用的軸瓦分為整體和剖分式兩種結(jié)構(gòu)。

整體式軸瓦是套筒形(稱為軸套)。剖分式軸瓦多由兩半組成(圖8-7)。為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)，常在其內(nèi)表面上澆鑄一層或兩層減摩材料，稱為軸承襯，即軸瓦做出雙金屬結(jié)構(gòu)或三金屬結(jié)構(gòu)(圖8-8)。

軸瓦和軸承座不允許有相對(duì)移動(dòng)，為了防止軸瓦的移動(dòng)，可將其兩端做出凸緣(圖8-7b)用于軸向定位或用銷釘(或螺釘)將其固定在軸承座上(圖8-9)。圖8-8整體式軸瓦和剖分式軸瓦圖8-9雙金屬軸瓦圖8-10銷釘固定軸瓦為了使滑動(dòng)軸承獲得良好的潤(rùn)滑，軸瓦或軸頸上需開設(shè)油孔及油溝，油孔用于供應(yīng)潤(rùn)滑油，油溝用于輸送和分布潤(rùn)滑油。其位置和形狀對(duì)軸承的承載能力和壽命影響很大。通常，油孔應(yīng)設(shè)置在油膜壓力最小的地方；油溝應(yīng)開在軸承不受力或油膜壓力較小的區(qū)域，要求既便于供油又不降低軸承的承載能力。圖8-11為油孔和油溝對(duì)軸承承載能力的影響。圖8-12為幾種常見的油溝，油孔和油溝均位于軸承的非承載區(qū)，油溝的長(zhǎng)度均較軸承寬度短。圖8-11不正確的油溝會(huì)降低油膜的承載能力圖8-12油溝(非承載軸瓦)軸向可傾推力滑動(dòng)軸承§8-4非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)一、失效形式和設(shè)計(jì)約束條件

非液體摩擦滑動(dòng)軸承工作時(shí)，因其摩擦表面不能被潤(rùn)滑油完全隔開，只能形成邊界油膜，存在局部金屬表面的直接接觸。因此，軸承工作表面的磨損和因邊界油膜的破裂導(dǎo)致的工作表面膠合或燒瓦是其主要失效形式。設(shè)計(jì)時(shí)，約束條件是：維持邊界油膜不遭破裂。但由于邊界油膜的強(qiáng)度和破裂溫度的影響機(jī)理尚未完全開清，目前的設(shè)計(jì)計(jì)算仍然只能是間接的、條件性的，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)約束條件如下所述。1、限制軸承的平均壓強(qiáng)

限制軸承平均壓強(qiáng)，以保證潤(rùn)滑油不被過大的壓力所擠出，避免工作表面的過度磨損，即：

(MPa)(8-1)

徑向軸承：

[](MPa)(8-2)

式中：為徑向載荷(N)；

d為軸徑直徑(mm)；

l為軸承寬度(mm)；

[p]為軸瓦材料許用值，見表8-1。推力軸承：

(MPa)(8-3)

式中：為軸向載荷(N)；

d、d0為接觸面積的外徑和內(nèi)徑(mm)；

Z為推力環(huán)數(shù)目；

k為考慮因開油溝使接觸面積減小的系數(shù)，通常k=0.8～0.9。

[p]為許用壓強(qiáng)，當(dāng)Z>1時(shí)，考慮到多環(huán)推力軸承各環(huán)間的載荷分布不均勻，應(yīng)把表8-1中的許用值降低50%。2、限制軸承pv值

由于值與摩擦功率損耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素。限制值，以防止軸承溫升過高，出現(xiàn)膠合破壞。即[]（MPa·m/s）(8-4)

對(duì)于徑向軸承：（MPa·m/s）(8-5)

對(duì)于推力軸承：上式應(yīng)取平均線速度，即：，

式中：n為軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；

[pv]-軸瓦材料的許用值，見表8-1?？紤]到推力軸承采用平均速度計(jì)算，[pv]值應(yīng)比表8-1中的值有更大的降低，通常鋼軸頸對(duì)金屬軸瓦時(shí)，可取[pv]＝2～4MPa.m/s。3、限制軸承滑動(dòng)速度v

當(dāng)壓強(qiáng)較小時(shí)，即使與都在許用范圍內(nèi)，也可能因滑動(dòng)速度過大而加劇磨損。故要求

[]（m/s）(8-6)二、設(shè)計(jì)方法

1、選擇軸承的結(jié)構(gòu)形式及材料。

設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)已知的軸徑、轉(zhuǎn)速和軸承載荷及使用要求，確定軸承的結(jié)構(gòu)型式及軸瓦結(jié)構(gòu)，并按表8-1初定軸瓦材料。2、初步確定軸承的基本尺寸參數(shù)。

寬徑比/是軸承的重要參數(shù)，可參考表8-3的推薦值，根據(jù)已知軸徑確定軸承長(zhǎng)度及相關(guān)的軸承座外形尺寸；并按不同的使用和旋轉(zhuǎn)精度要求，合理選擇軸承的配合，以確保軸承具有一定的間隙。3、校核是否滿足約束條件，否則再設(shè)計(jì)。

按式(8-1)、式(8-4)和式(8-6)對(duì)軸承進(jìn)行校核計(jì)算，若不滿足約束條件，則進(jìn)行再設(shè)計(jì)。一般，能滿足約束條件的方案不是唯一的，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)初步確定數(shù)種可行的方案，經(jīng)分析、評(píng)價(jià)，然后，確定出一種較好的設(shè)計(jì)方案?！?-5液體摩擦動(dòng)壓向心滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)約束分析1、形成動(dòng)壓油膜和液體摩擦的約束條件圖8-13動(dòng)壓向心滑動(dòng)軸承的工作過程圖8-13中：為軸頸中心，為軸承中心，當(dāng)、重合時(shí)，軸頸與軸承間有一間隙，稱為半徑間隙，也稱為設(shè)計(jì)間隙(圖8-13(e))。圖8-13(a)：軸頸靜止時(shí)，在外載荷作用下，軸頸處于軸承孔最下方的穩(wěn)定位置，兩表面間自然形成一彎曲的楔形。此時(shí)偏心距(即的連線)＝等于半徑間隙。圖8-13(b)：潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承間隙并吸附在軸徑和軸承表面上。軸頸開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度極低，這時(shí)軸頸和軸承間的摩擦為金屬間的直接摩擦。作用于軸頸上的摩擦力的方向與其表面上的圓周速度方向相反，迫使軸頸沿軸承孔內(nèi)壁向上爬。圖8-13（c）：隨著軸頸轉(zhuǎn)速的升高，潤(rùn)滑油順著旋轉(zhuǎn)方向被不斷的帶入楔形間隙，由于間隙越來越小，根據(jù)流體通過管道時(shí)流量不變的原理，當(dāng)楔形間隙逐漸減小時(shí)，則潤(rùn)滑油的流速將逐漸增大，使?jié)櫥捅粩D壓從而產(chǎn)生油膜壓力。在間隙最小處，流速越來越大，潤(rùn)滑油被擠得越來越厲害，這些油膜壓力的合力大到足以將軸頸推離，使軸頸和軸承的金屬接觸面積不斷減少，以致在軸頸和軸承間形成一層較薄的油膜。但由于油膜壓力尚不足以完全平衡外載，油膜厚度還沒有大于兩表面粗糙度之和，此時(shí)軸承仍處于非液體摩擦狀態(tài)。圖8-13（d）：當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速升至一定值時(shí)，油膜壓力完全將軸頸托起，形成將兩表面完全隔開的油膜厚度。此時(shí)，軸承開始工作在完全液體摩擦狀態(tài)下。當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高時(shí)，油膜壓力進(jìn)一步升高，軸頸不斷抬高，使軸承偏心距不斷減少，導(dǎo)致兩表面形成的楔形角減少。楔形角減小會(huì)降低油的擠壓，使油膜壓力下降。然而，油膜壓力下降，又將使軸心下移，增大楔形角，使油壓升高。如此反復(fù)，直至油膜壓力的合力與外載荷達(dá)到新的平衡為止。圖8-13（e)：理論上當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速達(dá)到無窮大時(shí)，軸承偏心距將趨于零。從上述滑動(dòng)軸承運(yùn)行機(jī)理可見，形成動(dòng)壓油膜的必要條件為：

1、兩工作表面間必須構(gòu)成楔形間隙；

2、兩工作表面間應(yīng)充滿具有一定粘度的潤(rùn)滑油或其它流體；

3、兩工作表面間存在一定相對(duì)滑動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方向總是帶動(dòng)潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，小截面流出。為保證動(dòng)壓軸承完全在液體摩擦狀態(tài)下工作，軸承工作時(shí)的最小油膜厚度必須大于油膜允許值。同時(shí)，考慮到軸承