可傾瓦軸承軸瓦間隙補償方法探討

徐紀高， 周禮新， 李艷

（開封空分集團有限公司工藝部，河南開封475002）

1 引 言

可傾瓦軸承的每個瓦塊都可繞支點作微量擺動，工作時與轉(zhuǎn)子軸頸形成收斂油楔，并且在運行參數(shù)（負荷、速度、潤滑油粘度等）改變時，瓦塊位置自動調(diào)整，使每個瓦塊產(chǎn)生的油膜壓力都通過支點交匯到軸頸中心，不產(chǎn)生使軸頸渦動的切向分力，有很好的工作穩(wěn)定性；同時可傾瓦摩擦損失較少、溫升較低、承載力適中。在現(xiàn)代高速透平壓縮機中得到廣泛應(yīng)用。

我公司生產(chǎn)使用可傾瓦軸承已有多年。本文通過對一種型號的軸承作深入分析，努力找到裝配時軸瓦間隙減小的原因及規(guī)律，探討通過間隙補償方法控制軸瓦間隙，達到不需修刮瓦塊的目的。

2 修刮瓦塊法——原工藝保證軸瓦間隙方法的介紹與評價

我公司透平壓縮機中使用的可傾瓦軸承采用5 塊瓦。圖1 為一種型號軸承的典型結(jié)構(gòu)：瓦塊2 由定位螺釘5 與軸承體1 松動聯(lián)接，能繞軸承體1 內(nèi)表面微量擺動；軸承體1 上安裝4 塊襯板3，由軸承壓蓋7 通過螺栓6 將其壓緊在機身8 上；通過調(diào)節(jié)下軸承體的3 塊襯板墊片4 的厚度，調(diào)整軸承中心高及左右位置；通過調(diào)節(jié)上軸承體襯板墊片4 的厚度，調(diào)整軸承壓緊力。

圖11.軸承體（上、下） 2.瓦塊（5 件） 3.襯板（4 件） 4.襯板墊片（4組）5.定位螺釘（5 件） 6.壓緊螺栓（2 件） 7.軸承壓蓋 8.機身

圖2

圖2 為瓦塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)弧為巴氏合金面。此種瓦塊結(jié)構(gòu)簡單、厚度小、剛性好，在多種型號的軸承中得到使用。

軸瓦間隙δ 是形成油楔的主要參數(shù)，也是軸承裝配的關(guān)鍵點。理論上，軸瓦間隙由軸承體內(nèi)徑、瓦塊厚度、轉(zhuǎn)子軸徑等尺寸決定，且5 個瓦塊的軸瓦間隙應(yīng)一致。

圖1 中，靜止時轉(zhuǎn)子軸頸與下瓦塊貼合，上瓦塊中心處設(shè)計間隙δ0與軸瓦總δ 有如下近似關(guān)系：

圖紙中設(shè)計總間隙δ 在0.21～0.265mm 之間。

由式（2）計算出上瓦塊中心處設(shè)計間隙δ0在0.191～0.241mm 之間。

對軸承零件加工尺寸進行測量，由式（1）計算出軸瓦理論間隙：δ=0.227mm。

此時，由式（2）計算上瓦塊中心處間隙δ0應(yīng)為：δ0=δ/1.1=0.206mm。

將軸承按設(shè)計要求進行裝配后，用壓鉛絲法進行間隙測量（鉛絲直徑為φ0.3mm）。測得軸承壓緊時的上瓦塊中心處鉛絲厚度為0.178mm。說明裝配后軸瓦間隙小于計算間隙。

在上瓦塊中心處間隙減小量0.028mm，同時還小于設(shè)計最小間隙0.013mm。

為得到軸瓦設(shè)計間隙，需要對上瓦塊進行修刮，減薄瓦塊厚度尺寸t。

修刮瓦塊采用兩種方法：一是刮削與軸頸配合的巴氏合金面；二是用金剛砂紙和油石修磨瓦塊背面。

多年來，我公司一直按這兩種傳統(tǒng)工藝方法保證軸瓦裝配間隙。但是，無論采用哪種方法修刮瓦塊，都存在以下缺點：（1）改變了瓦塊的原來加工表面；（2）手工修磨瓦塊尺寸容易超差；（3）修刮后瓦塊失去互換性。因此，用修刮瓦塊的方法保證軸瓦間隙，會導(dǎo)致軸承性能下降。必須尋找更好的方法保證軸瓦間隙。

3 軸瓦間隙變化的原因分析

導(dǎo)致軸瓦間隙大小的原因，除了相關(guān)零件的尺寸偏差外，還可能與零件的形位公差有關(guān)。但是，仔細檢查發(fā)現(xiàn)，各零件的形位公差遠小于標準要求，基本不對軸瓦間隙變化造成影響。

圖3

經(jīng)過進一步分析判斷，施加給軸承的壓緊力應(yīng)該是軸瓦間隙減小的主要原因。為保證軸承有充分的剛性承受沖擊及交變載荷，在裝配時需要對軸承施加一定的經(jīng)向壓緊力。從圖3 可以看出，當上、下軸承體中分面貼合（S1=0），增加上軸承體襯板墊片厚度S2，在軸承壓蓋與機身中分面產(chǎn)生間隙S。擰緊螺栓，消除軸承壓蓋與機身中分面間隙S，軸承壓蓋產(chǎn)生對軸承體的壓緊力F。因此，S 也叫軸承壓緊過盈量。一般情況下壓緊過盈量S 由設(shè)計給定，對一種型號的軸承來說有一定的范圍。本例軸承設(shè)計過盈量平均值為0.07mm。

由于軸承蓋遠比軸承體的剛性好，在壓緊力F 作用下，軸承體變形，內(nèi)表面變?yōu)榻茩E圓面，在軸承體內(nèi)徑與瓦塊背面接觸位置b 處產(chǎn)生變形量S0（圖4 所示），應(yīng)該是軸瓦間隙減小的主要原因。但情況到底怎樣，還需要通過實際檢驗證明。

圖4

為找出壓緊過盈量S 與變形量S0的關(guān)系，采用檢測方法如圖3 所示：先增加上軸承體襯板墊片厚度0.1mm，獲得足夠的壓緊過盈量；將所有瓦塊去掉；在軸瓦中心b 處及軸承蓋兩邊壓緊面分別架上千分表。首先，擰緊軸承壓蓋的壓緊螺栓，壓死軸承壓蓋，并將3 塊千分表調(diào)零；然后同步均勻松開軸承壓蓋兩邊壓緊螺栓，讀取、記錄各千分表讀數(shù)。

通過分析記錄的千分表數(shù)據(jù)，得到圖5 所示的壓緊過盈量S 與b 處變形量S0之間的比例關(guān)系，證明了在預(yù)緊力作用下軸承體變形是軸瓦間隙減小的直接原因。

圖5

圖5 中，軸承體b 處變形量S0與壓緊過盈量S 之間近似線性關(guān)系為：

K 為變形比例系數(shù)。在壓緊過盈量0.07mm 附近，該型號軸承K=0.45。

4 間隙補償法-新工藝保證軸瓦間隙方法的探討與實踐

4.1 間隙補償法的理論分析

分析軸承工作情況得知，軸承體內(nèi)表面除瓦塊支撐點附近外，其他部位形狀變化與軸承能否正常工作關(guān)系不大。

圖6

圖6 中，S1與軸承體內(nèi)徑R 相比趨于無窮小。因此有：

α 為上瓦塊定位螺釘與垂直中心線的夾角。

對于一種型號的軸承，α、S 均為已知常量，K 通過實際測量得到，也為常量。應(yīng)用式（5）、（6）即可分別求得S1、S2。從以上分析可知，運用“間隙補償法”保證軸瓦設(shè)計間隙，理論上是可行的。

鑒于國外對大型科學(xué)儀器設(shè)備的使用和管理較國內(nèi)起步早，其對設(shè)備開放共享問題的研究、實踐、遇到的問題及解決方法均值得探討和思考。

4.2 間隙補償法的實際應(yīng)用

在本例軸承中，α=36°，K=0.45，過盈量平均值為S=0.07mm。進行計算如下：

由式（5）計算上、下軸承體中分面墊片厚度S1為：

S1=K·S/cosα=0.45×0.07/cos36°=0.039≈0.04mm

此時b 處間隙增大量可以由式（3）算出；

S0=K·S＝0.45×0.07=0.0315≈0.03mm

由式（6）計算上瓦襯板墊片增加厚度S2為：

S2=S-S1=0.07-0.04=0.03mm

利用這一計算結(jié)果，將上、下軸承體中分面墊上厚度為0.04mm 墊片，將上軸承體襯板墊片厚度增加0.03mm，進行裝配壓緊。

經(jīng)壓鉛絲測量，上瓦塊鉛絲的最小厚度為0.21mm。達到圖紙規(guī)定范圍0.191～0.241mm。

在生產(chǎn)中，考慮到零件加工偏差，采用下面工藝方法保證軸瓦間隙更為有效：

（1）軸承體精加工后測量其內(nèi)徑D（見圖1），用測量結(jié)果修正軸承體墊片厚度S1，墊上墊片并將上、下軸承體合上后，測量、校驗尺寸A（見圖6）；

（2）完成上一步后，測量上、下襯板與軸承室配合尺寸B（見圖3），直接調(diào)整上襯板墊片厚度S2，保證壓緊過盈量S。

5 結(jié) 語

（1）對軸承體施加的壓緊力是導(dǎo)致軸瓦間隙減小的直接原因。（2）利用間隙補償原理，抵消壓緊變形帶來的軸瓦間隙減小，效果很好。是一種保證可傾瓦軸承裝配質(zhì)量的有效方法。（3）由于結(jié)構(gòu)及加工方式不同，應(yīng)根據(jù)實際情況找出不同軸承合適的間隙補償方法。

［1］ 吳明，孫茂才.可傾瓦滑動軸承間隙的計算［J］.設(shè)備管理與維修，2004（1）：19.