高壓轉(zhuǎn)子支承剛度計(jì)算*

毛艷蕾，吳新躍，湯華濤

(海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢 430033)

高壓轉(zhuǎn)子支承剛度計(jì)算*

毛艷蕾，吳新躍，湯華濤

(海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢 430033)

通過分析球軸承的負(fù)荷在滾動(dòng)體之間的分配，得到了高壓轉(zhuǎn)子球軸承在運(yùn)行過程中兩個(gè)極限位置時(shí)的剛度，考慮了游隙對(duì)軸承剛度的影響，為研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)性能提供了參考。

軸承;負(fù)荷;剛度;游隙

1 引言

軸承剛度計(jì)算是對(duì)其支承的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)性能進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。滾動(dòng)軸承的剛度計(jì)算涉及的因素較多，在該方向的研究已有很長(zhǎng)歷史，建立了多種關(guān)于滾動(dòng)軸承剛度的計(jì)算模型［1］。軸承的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不同的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)剛度產(chǎn)生影響。本文將利用軸承剛度計(jì)算原理計(jì)算出某燃機(jī)高壓轉(zhuǎn)子軸承在運(yùn)行過程中，兩個(gè)極端位置時(shí)的剛度，為研究軸承－轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)性能提供理論支撐。

2 軸承剛度的求解

2.1 徑向游隙C≠0時(shí)軸承剛度求解

2.1.1 負(fù)重方向在滾珠正下方

當(dāng)負(fù)重方向在滾珠的正下方時(shí)，如圖1(a)所示，在不考慮徑向游隙和預(yù)緊力的情況下，在徑向負(fù)荷的作用下，內(nèi)圈滾道上各點(diǎn)都在Fr方向移動(dòng)了δr距離，軸承內(nèi)圈中心O沿徑向移動(dòng)到O'點(diǎn)，此時(shí)，每個(gè)滾動(dòng)體受力各不相同，最下方位于徑向載荷作用線的滾子所受載荷 Qmax最大，產(chǎn)生的彈性變形最大量δmax，內(nèi)外圈整體保持原來的尺寸和形狀。其它位置上滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈滾道接觸處的變形量為［2－3］:

因?yàn)闈L動(dòng)體與內(nèi)圈滾道間的趨近量(即接觸變形量)為δi及其與外圈滾道間的趨近量為δe，所以總趨近量δ:

由式(1)、式(2)可知:

圖1 軸承的載荷分布

由圖1可知，向心軸承負(fù)荷分布情況，各滾動(dòng)體負(fù)荷沿Fr方向分量之和與Fr平衡，F(xiàn)r作用線兩側(cè)垂直于此方向的分量相平衡，故有:

根據(jù)式(2)即可計(jì)算出滾珠的彈性位移δmax，由公式K=Fr/δmax可以計(jì)算出負(fù)重方向在滾珠正下方軸承剛度。

2.1.2 負(fù)重方向在滾珠之間

由上式可以看出，Qmax于作用于軸承上的載荷Fr和滾動(dòng)體數(shù)量Z有關(guān)。

同理，可以計(jì)算出負(fù)重方向在滾珠之間時(shí)軸承的剛度。

2.2 徑向游隙C≠0時(shí)軸承剛度求解

當(dāng)負(fù)重方向在滾珠之間時(shí)，如圖1(b)所示，其所受載荷最大為 Qmax，產(chǎn)生的彈性變形最大為 δmax。內(nèi)外圈整體保持原來的尺寸和形狀。其它位置上滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈滾道接觸處的變形量為:

2.2.1 負(fù)重方向在滾珠正下方

2.2.2 負(fù)重方向在滾珠之間

3 結(jié)論

計(jì)算了球軸承在運(yùn)行過程中兩個(gè)極限位置的剛度，且考慮了游隙對(duì)軸承剛度的影響。從計(jì)算結(jié)果可知，不同的軸承結(jié)構(gòu)、不同的軸承支承其剛度差別很大，該結(jié)果將對(duì)高壓轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性產(chǎn)生較大的影響，為高壓轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)選型時(shí)提供了有力參考。

［1］ 夢(mèng) 瑾，鄧四二，唐六丁.高速圓柱滾子軸承非線性剛度分析［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(7):72－73.

［2］ 劉澤九，賀士荃，劉 暉.滾動(dòng)軸承應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［3］ 陳 吉，王 偉，張 燾.基于有限元法的滾動(dòng)軸承接觸問題研究［J］.機(jī)械，2011(4): 17－20.

The Calculation of High Press Rotor Bearing Stiffness

MAO Yan－lei，WU Xin－yue，TANG Hua－tao
(Power Eng.College，Naval University of Engineering，Wuhan Hubei430033，China)

By analyzing load distribution among the rolling elements of the ball bearing，the stiffness of two extreme positions are acquired when the ball bearing of high pressure rotor operating.Then the reference that the clearance on the bearing stiffness is considered，which provides reference for the research of system vibration performance.

bearing;load;stiffness;clearance

TH122

A

1007－4414(2013)05－0094－03

2013－07－13

毛艷蕾(1988－)，女，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，研究方向:艦船仿真CAD/CAE技術(shù)。