CN107368662A - 一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法，其中方法包括：当推力轴承的载荷时，则第1组碟簧的总变形量当推力轴承的载荷S＝{s_i}_max<0.1mm,(i＝1～n)时，则从理论上求得第1组碟簧的总变形量其中并通过实验验证，这种计算方法也可用于类似结构的其他弹性支承。这种方法解决了推力轴承中各瓦块受力不均匀的问题，提高了滑动推力轴承均载能力，从而实现了滑动推力轴承定量计算。其计算方法和简化方法具有一定的工程应用价值。

Description

一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法

技术领域

本发明涉及推力轴承润滑技术领域，尤其涉及一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法。

背景技术

随着工业技术水平的发展，目前滑动推力轴承应用相当广泛，如水轮发电机、舰船推进器、水泥磨机等都使用了滑动推力轴承。由于加工、安装和使用过程中的不当操作，常导致推力轴承烧瓦事故。其中推力瓦受力不均匀，个别瓦受力过大就是产生烧瓦事故的主要原因。由于加工、装配等误差，推力轴瓦在初始安装时瓦面的高低不可能绝对相同，当轴瓦受力后，瓦面高的受力大，瓦面低的受力小。工程上一般要求这种受力误差不超10％。为减少此误差，一是在加工、装配工艺方面加以改进，使初始瓦面高度差最小；二是在支承结构上加以考虑，如采用平衡块支承、弹性油缸支承、弹簧束支承等支承方式，来均衡一部分载荷。为了能在较短的轴向位移内均衡一部分载荷，本发明提供了一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法，可克服上述现有技术的不足。

第一方面，本发明实施例提供了一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法，该方法包括：可以假设：在施加载荷的过程中镜板(推力盘)为刚体，只产生向下的位移；在滑动推力轴承中有n块瓦支承，在碟簧组中第一碟簧和第二碟簧的刚度不同，即k_i1＜k_i2；每个支承碟簧组的刚度分别为k_i(i＝1～ n)；则k_i＝k_i1k_i2/(k_i1+k_i2)。碟簧托架与轴肩的距离为Δh。

(1)当推力轴承的载荷时：每组碟簧的受力(即单个轴瓦的受力)分别为：

p_i＝k_if_i+a_i (1-1)

其中：p_i为第i组碟簧的载荷；k_i为第i组碟簧的组合刚度；f_i为第i组碟簧的总变形量；a_i为常数，由静力实验测得；

由实验发现：碟簧的载荷p与变形f在低载荷时则为非线性关系，但在工作段有较好的线性关系。若按工作段建立p与f的关系式，则式(1-1)中出现ai，fi 为各碟簧组的压缩变形。

把最高的一块瓦定义为第一块瓦，其它各瓦与第一块瓦的高度差分别为s_i (其中s₁＝0，若有与第一块瓦等高的瓦，其s也记为零)。s_i可根据轴瓦实际安装的初始位置测得。

在载荷作用下当第一块瓦产生位移f₁时，其它各瓦的位移分别为；

f_i＝f₁-s_i (1-2)

由上面的条件可知，当已知第一块瓦产生位移f₁时，由式(1-2)可求出其它各瓦的位移f_i，再根据式(1-1)求出各瓦的受力。下面讨论f₁的求法。设总的推力负荷为W，则

即

当各个瓦面高度相同时，即s_i＝0，则当碟簧无非线性段时，即 a_i＝0，则∑a_i＝0；当碟簧刚度均相同时，即k_i＝常数，则2∑k_i＝nk；

当上述三个条件同时满足时，位移即简化为为：

f₁＝f_i＝2W/nk (1-4)

(2)当推力轴承的载荷 S＝{s_i}_max<0.1mm,(i＝1～n)时，每组碟簧的受力的增量(即单个轴瓦的受力的增量) 分别为：

Δp_i＝k_i2Δf_i+a_i2 (2-1)

其中：Δp_i为第i组碟簧的载荷增量；k_i2为第i组中第二碟簧的刚度；Δf_i为第i组碟簧的变形增量；a_i2为常数，由静力实验测得；

在载荷作用下当第一块瓦产生位移增量Δf₁时，其它各瓦的位移增量Δf_i分别为；

Δf_i＝Δf₁-s_i (2-2)

由上面的假设可知，当已知第一块瓦产生位移增量Δf₁时，由式(2-2)可求出其它各瓦的位移增量Δf_i，再根据式(2-1)求出各瓦的受力的增量。下面讨论Δf₁的求法：

即

其中

从实际结构看,安装必然存在误差，s_i不可能为零，a_i、k_i1、k_i2为碟簧的特性参数，通过对国产同一规格、同一型号的两组(各15对)碟簧进行测试，其a_i、 k_i1、k_i2均存在一定的差别。式(2-4)为理想状态的位移计算方法。

第二方面，本发明实施例提供了一种简化方法，该方法包括:

当各个瓦面高度相同时，即s_i＝0，则当碟簧无非线性段时，即a_i2＝ 0，则当碟簧刚度相同时，即k_i2＝常数，则

当上述三个条件同时满足时，位移即简化为为：

f₁＝Δf₁+2Δh+S＝W/nk+2Δh+S (2-5)

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。

本发明的有益效果是：

(1)该方法在无需装拆整个推力轴承系统的情况下，可以实现对单个瓦块均载能力的计算，无损测量，操作简单，避免了现有技术的复杂检测过程，实施方便。

(2)碟簧用于推力轴承支承时，可以均衡一部分载荷，其均载能力的大小与碟簧组的刚度、工作载荷、轴瓦高度差等有关，并且可通过本发明中给出的公式进行均载能力的定量计算。

(3)采用碟簧支撑的圆形推力瓦(碟簧被加工到同一高度上)，利用碟簧的自适应能力及阻尼特性，使得每块推力瓦都具有自动调平功能，亦可抑制任何可能出现的荷载冲击。另外，由于油膜的刚度比碟簧组的刚度大，推力瓦的压力分布是被均匀分配后的，不会出现瓦块超载的现象，从而提高了瓦块的承载力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是双碟簧支撑推力轴承结构模型示意图；

图2是双碟簧点支承的可倾瓦推力轴承的局部剖视图；

图中：1镜板，2轴瓦，3第一碟簧，4碟簧托架，5垫圈，6支承轴，7第二碟簧，8定位套，9“O”型圈，10瓦架，11定位座，101镜板部分，201轴瓦部分，301碟簧部分，401支座部分。

具体实施方式：

下面结合具体实施例来对本发明一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法作进一步的阐述，以求在实验过程中检验本发明方法的实用价值，但不能以此来限制本发明的保护范围。

本实施方式是在40吨滑动推力轴承试验台上进行的。由6块瓦按顺时针方向依次均匀排列，并按1～6顺序编号，抽掉间隔的3块瓦(如2、4、6号)，可进行3块瓦实验；对3块瓦、6块瓦各选择了三种不同的瓦面高度差分别进行测试；分别在A、B两组，每组15个碟簧中，各选择性能比较接近的6个进行配对，组成6个实验碟簧组，其编号与轴瓦编号相同。在过程中，测试数据均为多次实验的平均值，且静态测试数据还是四个方位的平均值。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述终端和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

从计算和测试结果可以看出：

(1)初始瓦面高的轴瓦受力大，初始瓦面低的轴瓦受力小，这与理论分析是一致的；

(2)随着载荷的增加，均载性能逐渐变好；

(3)由理论分析可知：碟簧组刚度越大，均载性能越差；碟簧组刚度越小，均载性能越好，因此在满足使用要求的条件下，尽量选择低刚度碟簧；

(4)均载性能还与支承碟簧组的刚度匹配有关。比较同一工况下的1号轴瓦和5号瓦，5号轴瓦的支承碟簧组刚度小于1号轴瓦的支承碟簧组刚度，初始时 5号轴瓦比1号轴瓦高0.01mm，但由于其刚度小，当载荷增加时，1号瓦的受力逐渐高于5号轴瓦的受力。据此我们可以推断；高的轴瓦选用低刚度的碟簧组支承或低的轴瓦选用高刚度的碟簧组支承，如果刚度匹配合适的话，都会使均载性能得到改善；

(5)同一工况在相同载荷作用下，各轴瓦受力的计算值和静、动态值有一定的差别，产生这种误差的原因是多方面的，其中主要有：

a.碟簧的P-f特性按线性处理后存在一定的误差；

b.轴瓦高度差Si存在一定的测量误差；

c.用碟簧组的中心加压刚度近似代替偏心加压刚度；

d.轴瓦受力测试所用的传感器存在一定的温漂误差；

e.实验台主轴上的导轴承是间隙配合的径向滑动轴承，由于支承瓦面高低不平，当镜板与轴瓦表面接触时，主轴上部连同镜板会沿上导轴承的径向产生微小移动，导致轴瓦表面与镜板之间的间隙和各瓦的受力发生变化，这种变化不是唯一的，而且对于动、静态工况也是变化的。

(6)变刚度支承的均载性能也可以根据本发明中给出的计算式进行理论分析计算。这种计算是多方面的，如：对实际结构，验算其载荷不均匀程度是否超过许可值；在已知各碟簧刚度、工作负荷及轴瓦受力允许的最大相对误差时，确定轴瓦安装时的最大瓦面高度差；在给定瓦面高度差、工作负荷、轴瓦受力相对误差时，确定碟簧组的刚度等。

Claims (4)

1.一种变刚度点支撑可倾瓦推力轴承的均载能力计算方法，其特征在于，包括：当推力轴承的载荷时，则第1组碟簧的总变形量当推力轴承的载荷时S＝{s_i}_max<0.1mm,(i＝1～n)：则从理论上求得第1组碟簧的总变形量其中

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：当推力轴承的载荷时：每组碟簧的受力(即单个轴瓦的受力)分别为：

p_i＝k_if_i+a_i (1-1)

其中：p_i为第i组碟簧的载荷；k_i为第i组碟簧的组合刚度；f_i为第i组碟簧的总变形量；a_i为常数，由静力实验测得；

把最高的一块瓦定义为第一块瓦，其它各瓦与第一块瓦的高度差分别为s_i(其中s₁＝0，若有与第一块瓦等高的瓦，其s也记为零)；s_i可根据轴瓦实际安装的初始位置测得；

在载荷作用下当第一块瓦产生位移f₁时，其它各瓦的位移f_i分别为；

f_i＝f₁-s_i (1-2)

由上面的条件可知，当已知第一块瓦产生位移f₁时，由式(1-2)可求出其它各瓦的位移f_i，再根据式(1-1)求出各瓦的受力；下面讨论f₁的求法：设总的推力负荷为W，则

即

当各个瓦面高度相同时，即s_i＝0，则当碟簧无非线性段时，即a_i＝0，则∑a_i＝0；当碟簧刚度均相同时，即k_i＝常数，则2∑k_i＝nk；

当上述三个条件同时满足时，第一块瓦产生位移f₁即简化为为：

f₁＝f_i＝2W/nk。 (1-4)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：当推力轴承的载荷S＝{s_i}_max<0.1mm,(i＝1～n)时，每组碟簧的受力(即单个轴瓦的受力)分别为：

Δp_i＝k_i2Δf_i+a_i2 (2-1)

其中：Δp_i为第i组碟簧的载荷增量；k_i2为第i组中第二碟簧的刚度；Δf_i为第i组碟簧的变形增量；a_i2为常数，由静力实验测得；

在载荷作用下，当第一块瓦产生位移增量Δf₁时，其它各瓦的位移增量分别为；

Δf_i＝Δf₁-s_i (2-2)

由上面的条件可知，当已知第一块瓦产生位移增量Δf₁时，由式(2-2)可求出其它各瓦的位移增量Δf_i，再根据式(2-1)求出各瓦的受力的增量；下面讨论Δf₁的求法：

即

其中

从实际结构看,安装必然存在误差，s_i不可能为零，a_i、k_i1、k_i2为碟簧的特性参数，通过对国产同一规格、同一型号的两组(各15对)碟簧进行测试，其a_i、k_i1、k_i2均存在一定的差别；式(2-4)为理想状态的位移计算方法。

4.根据权利要求1，2，3所述的方法，其特征在于，还包括：

当各个瓦面高度相同时，即s_i＝0，则当碟簧无非线性段时，即a_i2＝0，则当碟簧刚度相同时，即k_i2＝常数，则

当上述三个条件同时满足时，f₁即简化为为：

f₁＝Δf₁+(1+k_i1/k_i2)Δh+S＝W/nk+(1+k_i1/k_i2)Δh+S。 (2-5)。