動靜壓混合軸承性能計(jì)算分析

王敏

（株洲航發(fā)動科南方燃?xì)廨啓C(jī)有限公司，湖南 株洲 412000）

1 概述

軸承包括動壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)，一種新型的軸承可以將兩者結(jié)合應(yīng)用于同一個軸承，其有不同的結(jié)合方式，根據(jù)結(jié)合方式，可以分為靜壓起動動壓工作型、動靜壓聯(lián)合型、動靜壓混合型。

（1）靜壓起動動壓工作型。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：靜壓油腔設(shè)置在軸瓦的承載中心部位，需要動壓和靜壓兩套供油系統(tǒng)共同作用。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動前，靜壓供油系統(tǒng)先開啟，利用靜壓系統(tǒng)的頂起壓力將靜止的轉(zhuǎn)子頂起后，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的數(shù)值后，動壓供油系統(tǒng)起動，利用動壓效應(yīng)支撐轉(zhuǎn)子及其載荷，關(guān)閉靜壓供油系統(tǒng)，簡稱靜壓升舉軸承。起動過程轉(zhuǎn)子無磨損，起動力矩小。

（2）動靜壓聯(lián)合型。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：油腔開設(shè)在軸瓦承載面上、潤滑油出口一側(cè)，滑油由于有壓力，可以從動壓油楔中流入油腔，在腔內(nèi)形成靜壓力，可以支撐一定的載荷。動壓油楔內(nèi)的動壓力和油腔內(nèi)的靜壓力共同作用，支撐了轉(zhuǎn)子及其載荷。承載能力高、溫升低、功耗少，起動轉(zhuǎn)矩大，啟動時有磨損。

（3）動靜壓混合型。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：這種類型的軸承只需要設(shè)置一套靜壓供油系統(tǒng)，即可讓軸瓦的承載面產(chǎn)生動壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)。啟動時，供油系統(tǒng)先產(chǎn)生靜壓效應(yīng)，利用靜壓油腔的承載能力將靜止的轉(zhuǎn)子頂起，然后，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，動壓效應(yīng)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定數(shù)值后，開始施加工作載荷，該供油系統(tǒng)產(chǎn)生的動壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)均能單獨(dú)承擔(dān)轉(zhuǎn)子上的全部載荷。軸承剛度較大、啟動力矩較低、承載能力高、油膜阻尼大。

2 靜壓升舉軸承

軸承的承載能力與承載面積直接相關(guān)，為了不過分減弱動壓承載面積，靜壓升舉軸承的靜壓油腔一般宜取小些、淺些，而油腔壓力與油腔面積相關(guān)，所以供油壓力一般都比較大。

2.1 基本型式及其性能的計(jì)算

靜壓升舉軸承基本形式主要有：軸向油腔（寬軸承）、軸向油腔（窄軸承）和中間油腔（適貼式）。（1）軸向油腔（寬軸承）（如圖1）性能計(jì)算公式：

圖1

周向油腔（窄軸承）（如圖2）性能計(jì)算公式：

圖2

中間油腔（適貼式）（如圖3）。性能計(jì)算公式：

圖3

式中，q為流量；P0需要的油腔壓力；F為升舉載荷；CR半徑間隙；e為升舉高度，即偏心距；η為潤滑油黏度；d為軸頸直徑（d=2r）；ε為偏心率（ε=e/CR）；φ為相對間隙（φ=CR/r），也可查表得經(jīng)驗(yàn)許用值；

因子KA和KB可根據(jù)ε的數(shù)值查表獲得。

2.2 動壓效應(yīng)性能計(jì)算

潤滑油以0.05～0.2MPa的壓力泵入軸瓦中。供油溫度決定于循環(huán)潤滑系統(tǒng)的冷卻能力，對于高速軸承，供油溫度定為40℃是合適的。

其中：F軸頸上的載荷；B軸瓦寬度；D軸瓦孔徑。

動壓軸承的載荷數(shù)F*與偏心率ε（=e/CR）、寬徑比B*（=B/D）、軸瓦包角α有關(guān)（可查表獲得）。

查表得發(fā)電機(jī)的寬徑比一般取B*=0.8～1.5。

3 某型發(fā)電機(jī)核算

某型發(fā)電機(jī)軸承采用端蓋式滑動軸承，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量m=5000kg，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=1000r/min，軸瓦寬度B=200mm，軸瓦直徑D=200±0.05mm，軸承軸頸，軸承下半瓦有兩個水平供油槽，供油邊阻油槽寬度為b=25mm，供油槽寬度為k=32.7mm，軸瓦包角α=120°。軸承型式為靜壓升舉軸承中的寬軸承。

根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算得：

載荷數(shù)F*=0.122、軸瓦包角α=120°，查表得偏心率ε=0.2

根據(jù)ε=0.2，查表得KA=33.75，KB=29.18

由以上計(jì)算得該型發(fā)電機(jī)滑油系統(tǒng)中頂軸壓力達(dá)1.4MPa，流量達(dá)2.25mL/s即可滿足要求，跟實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。

4 結(jié)語

本文對動靜壓混合軸承進(jìn)行了概述，分析了不同型式動靜壓軸承的特點(diǎn)和適用場合?？偨Y(jié)了不同型式的動靜壓混合軸承的性能計(jì)算方法和公式，并用某型發(fā)電機(jī)軸承參數(shù)進(jìn)行動靜壓核驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果一致。