油液動壓徑向軸承設(shè)計及計算【開題報告】

1、畢業(yè)設(shè)計開題報告機(jī)械設(shè)計制造及自動化油液動壓徑向軸承設(shè)計及計算1、選題的背景、意義流體動壓徑向滑動軸承具有承載能力大、功耗小、耐沖擊、抗振性好、運轉(zhuǎn)精度高等突出的優(yōu)點。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，徑向滑動軸承的性能優(yōu)劣直接影響或決定了整臺機(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)（ 軸徑的長徑比、半徑間隙、偏心距和軸承包角等） 的變化，對軸

2、承的靜動態(tài)特性會產(chǎn)生很大的影響。另外， 實際工作中的滑動軸承，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)會發(fā)生變化。2、相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)我國軸承行業(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，軸承品種累計從100 多個增加至7000多個，規(guī)格達(dá)28000多個。近 1 0 年來國外軸承知名公司（ 如 SKF、 FAG、 NSK、 NBM、 KOYO、 T JMKEN、T

3、ORRINGTON）先后在我國投資辦廠，對我國軸承設(shè)計技術(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。在我國跨入世界軸承生產(chǎn)大國行列的同時，軸承工業(yè)依然存在低、散、差的問題普通微型、小型、中小型深但另一方面，我國軸承生產(chǎn)企業(yè)也面臨來自國外知名軸承公司的激烈競爭和挑戰(zhàn)，其結(jié)果必將加速我國軸承工業(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，在生存的同時如何求得持續(xù)、快速的發(fā)展是擺在我國軸承行業(yè)面前不可回避、也無法回避的問題。目前， 我國軸承產(chǎn)量達(dá)2O億套以上，產(chǎn)值已超過溝球軸承仍在大量低水平重復(fù)生產(chǎn)，導(dǎo)致嚴(yán)重供過于求，由于市場競爭激烈，價格大戰(zhàn)愈演愈烈。如果這種情況長期地持續(xù)下去， 勢必要影響到整個軸承行業(yè)技術(shù)改造和技術(shù)進(jìn)步，影響我國的軸承產(chǎn)品在國際上的聲譽，嚴(yán)重制約我國軸承工業(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，我國生產(chǎn)的軸承產(chǎn)品在性能與價格比、高精度、

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

6、上海大學(xué)孫美麗針對全軸承的定常和非定常工作情況，設(shè)計制造了一臺對中旋轉(zhuǎn)、不對中旋轉(zhuǎn)及混合型旋轉(zhuǎn)的軸承實驗臺，并在此實驗臺上進(jìn)行了這三種旋轉(zhuǎn)類型的軸承內(nèi)油膜分布實驗研究。該實驗臺具有可以調(diào)節(jié)靜偏心量和動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、動載荷搭配情況卜軸承油膜破裂的情況。該實驗臺電機(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1 于 1995 年設(shè)計制造了液壓加載流體動壓滑動軸承用于徑向滑動軸承的靜特性研究。該實驗臺主軸轉(zhuǎn)速可在100rpm至3000rpm無級調(diào)整，實驗軸承內(nèi)徑50mm該實驗臺專門設(shè)計了平移機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)傳感

7、器對整個軸承寬度的壓力測量。實驗選用寬徑比O 6、 1、 1 2三種規(guī)格來測量寬徑比對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)到變載荷下的測量。選取相對間隙分別為O 0016、 0 0022和 0 0032的三種軸瓦來研究相對間隙對壓力分布的影響。1997 年西安交通大學(xué)的姜歌東和徐華陽1在200mms驗臺上對300M怵輪機(jī)組中的兩種支承軸承（ 上瓦開槽圓軸承和上瓦開槽橢圓軸承） 按比例縮小模型進(jìn)行了實驗研究，測試了不同工況下這兩種軸承的動、靜特性。 通過與理論計算值的比較，進(jìn)一步證實了實驗結(jié)果和理論計算的一致性，為研究不同結(jié)構(gòu)徑向滑動軸承對汽輪機(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)計制作了一套較為完善的多因素固液界面滑移特性實驗裝置，可用于進(jìn)行不同場壓力、不同轉(zhuǎn)速、間隙等條件下的滑移特性試驗。應(yīng)用這套試驗裝置對金屬材料及EMPH料的邊界滑移特性進(jìn)行了多組對比試驗。該裝 置使用杠桿加載機(jī)構(gòu)對軸承加徑向載荷，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)上仍屬于有級調(diào)速。哈爾濱工業(yè)大學(xué)為了實現(xiàn)滑動軸承動壓油膜承載力曲線和摩擦特性曲線的測量和描繪，于2002 年設(shè)計了新型滑動軸承實驗臺。通過計算機(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語言，在VisualC+中編制數(shù)據(jù)采集、電機(jī)控制動態(tài)連接庫程序，在VB中用該程序以實現(xiàn)滑動軸承實驗臺的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制。該實驗臺的創(chuàng)新之處在于使用步進(jìn)電機(jī)和杠桿組合機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了連續(xù)可調(diào)加載，但仍存在所加載荷不大的缺點。為了開發(fā)大型貫流式水輪發(fā)電機(jī)組徑向軸承，2003年東方電機(jī)股份有限公司在實驗臺上采用360的模型軸承對1740可傾 6 瓦塊原型軸承進(jìn)行了模擬實驗，最高比壓為3 37MPa， 最高線速度為22 62m/s。實驗臺由850KW

10、苴流電機(jī)驅(qū)動，波紋管加載，可進(jìn)行0-3000rpm、載荷2 1 5t 的軸承實驗。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)油壓力實驗，測得了該軸承在各種工況下穩(wěn)態(tài)時油膜厚度、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)油膜軸承實驗臺，通過使用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)計成可移動的形式，因此實驗軸承既可安裝在中間，也可安裝成懸臂形式。該實驗臺可以進(jìn)行油膜軸承、滾動軸承、油膜滾動復(fù)合軸承等多種軸承的實驗研究。具有超高壓頂起裝置，實驗軸承啟動時，可使用超

11、高壓油(100MPa)項起軸承，可以進(jìn)行動.靜壓油膜軸承的研究。2005 年哈爾濱第七。三研究所設(shè)計了大型徑向和推力滑動軸承實驗臺。該實驗臺采用了徑向試驗軸承和推力試驗軸承組合形式，為臥式結(jié)構(gòu)。在實驗時只需更換試驗組建和實驗的主軸，就可以進(jìn)行不同項目的實驗。即當(dāng)實驗推力軸承時， 使用推力實驗軸承組建與帶推力盤的試驗主軸；當(dāng)實驗徑向軸承時，改用徑向?qū)嶒炤S承組件和徑向試驗主軸。兩種實驗共用一個驅(qū)動電機(jī)、增速齒輪箱、聯(lián)軸器和潤滑供油系統(tǒng)。實驗臺主要由本體部分、液壓轉(zhuǎn)動與供油系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測與處理系統(tǒng)、電力拖動與電氣空載系統(tǒng)等部分組成。實驗臺采用靜壓加載，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)嶒炤S承為倒置式，實驗軸承最大直徑為 200mm最大寬度為200mm實驗軸承低 壓供油，供油壓力最高 Q 6MPa最大流量為860L/min。澳洲電力基金會出資在澳大利亞 WOLLONGONG機(jī)械工程系建立了一個汽輪機(jī)滑動軸承實驗臺。實驗臺可裝兩大型動壓軸承和一個靜壓軸承，與國際上現(xiàn)流行的單軸承實驗臺相比，倆支承的實驗臺更接近于軸承的實際工作狀態(tài)。3、 課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、 研究難點及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)研究方法：采用數(shù)值方法分析液體動壓徑向性能，掌握液體動壓徑向軸承性能的數(shù)值分析方法。根據(jù)液體潤滑Reynolds 方程，采用差分方

13、法，利用Matlab 語言編程，計算軸承承載力，分析軸承性能。研究難點：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，以求最好地完成本次畢業(yè)設(shè)計。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）、完成開題報告。2011 年3 月1 日 -2011 年4 月10 日，采用差分法求解液體潤滑Reynolds方程。2011 年4 月10 日-2011年4月30 日，計算軸承承載力，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)計說明書，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。5、參考文獻(xiàn). （ 英 ） 威爾遜著，尚禮等譯：滑動軸承設(shè)計手冊，上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1989 年. 張直明：滑動軸承的流體動力潤滑理論，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，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)定性分析的滑動軸承優(yōu)化設(shè)計機(jī)械制造-2010年8期45-49. B. A.沃斯克列辛斯基：滑動軸承計算和設(shè)計，國防工業(yè)