[发明专利]增压器半浮动支撑轴承内孔油楔形状确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及半浮动支撑轴承，具体指增压器半浮动支撑轴承内孔油楔形状确定方法，属于支撑轴承技术领域。

背景技术

随着增压器转速的不断提高，压比的不断提高，增压器轴承受力和轴承线速度都在增加，因此目前新开发的增压器已经基本上采用滑动轴承。

增压器的转子在工作时承受的重力需要径向支撑滑动轴承与轴之间形成的油楔予以抵消。由于增压器特别是小型增压器转子转速高，重量轻，设计时更侧重于降低轴承与轴的相对速度，因此设计开发了浮动式支撑轴承(浮动套)，其结构就是一个内外圆同心的圆柱环，内圆与轴有间隙，外圆与轴承座有间隙，间隙之间充满润滑油。转子转动时由于滑油的粘性，将静止的浮动套也带动其一起旋转。由于浮动套与轴承座之间有滑油，有相对运动，滑油的粘性对浮动套有阻力，该阻力与浮动套内圈由滑油粘性产生的驱动力达到平衡时，浮动套的转速就稳定下来。显而易见，浮动套的转速方向与轴一致，但转速低于轴的转速，由此将支撑轴承与轴的相对转速降低。由于浮动套内外都有油膜，油膜的可塑性和减振性让轴的运行平稳。

而由于浮动套外圈与轴承座有相对转动，并且其直径大，线速度也大，因此产生的摩擦热量甚至可能比浮动套与轴因为转速降低，导致降低的摩擦热量还大，同时由于浮动套转动，较大的离心力会将滑油中重量大的杂质带到外圈与轴承座之间的油楔中，导致浮动套外圈的磨损也较大。

浮动套的应用经验表明其降低轴高速振动效果很好，保持轴的稳定运行性能也较好，但其降低轴承发热量和提高轴承寿命的效果并不理想。为了进一步改善，瑞士ABB公司于1985年推出的RR1系列增压器中采用了如图1所示的半浮动三油楔支撑轴承结构，其结构是将浮动套外圈周向布置定位销，将浮动套限位使其不能转动，工作时支撑轴承相对轴承座有径向浮动但支撑轴承与轴不再同向转动(如此称其为半浮动)，浮动套内圈不再是简单的圆而是采用了透平机械中常用的固定式轴瓦支撑轴承的油楔结构。这样的支撑轴承由于其具备浮动支撑轴承保持高速轴运转振动小的优点，同时又借鉴了固定式轴瓦支撑轴承三油楔结构可以在较大油膜间隙的情况下保持轴运行高度稳定的特点，避免了浮动套式支撑轴外圈易磨损和固定式带油楔轴瓦不太适合高速轻载的应用限制，特别适合小型增压器的应用。同时由于半浮动支撑轴承内孔带三个油楔，内孔与轴之间可以采用较大的油膜间隙，可以增大滑油流量，轴与轴承之间相对转速高导致的较大发热量可以得到充分的冷却。因此瑞士ABB、日本IHI和德国MAN公司在其新产品上广泛应用了这种结构的支撑轴承。半浮动支撑轴承的固定方式也不再只限于如图1所示的径向固定，变得多种结构并存，只要能可靠地保证其不能转动即可。

图1所示的半浮动支撑轴承内孔三油楔的结构就是简单的三个偏心圆弧，实际其具体结构非常精细，结构设计和加工的要求都很高。

半浮动支撑轴承内孔三油楔的结构由图2所示，单个油楔由油楔左和油楔右构成的完整油楔绕回转中心均匀布置三个构成。面对页面轴旋转方向为逆时针旋转时左油楔起作用，面对页面轴旋转方向为顺时针旋转时右油楔起作用，油楔最大宽度a和最小宽度b根据轴承设计人员提出的要求确定。即使最大的增压器其a值一般不超过0.25mm，b值一般不超过0.1mm。对于小增压器要采用这样的设计，其取值会更小。图2所示的油楔形状由简单的偏心圆与轴的外圆构成。但实际上由于轴承设计人员提出的a和b值不太可能用一个偏心圆就可以构成，因此设计中，常采用两个偏心圆构成支撑轴承的内壁形状，如图3所示。

轴承设计人员提出的油楔两个限定尺寸为：a1和b，b值由轴承内壁基圆半径Rb与轴半径Rs的差值形成，这样可以用图示中的偏心圆Rq将需要的b值设计出来。偏心圆Rq相对轴回转中心的偏心距e和圆心也可以确定。但该偏心圆在油楔进口处与轴外圆形成的进口宽度a大于设计要求的a1值，因此又用一个偏心圆Rr来保证a1值。为了保证油楔壁面光滑，Rq和Rr两个偏心圆需要相切。这就的设计思路会在构型设计时用计算或作图都会将尺寸精度要求提到不可能实现的程度，因此Rq和Rr两个偏心圆基本上都是相交近似相切的。即使采用近似相切的方法，由于a1和b的值很小，轴承内壁基圆Rb的半径、偏心圆Rq和Rr的半径、偏心距和圆心坐标精度依然很高。这又会要求机床精度、刀具精度、工装精度、工艺校调精度提高到很难实现的程度。另外，用两个偏心圆来保证a1和b值的设计思想，对于不同的设计人员会得出不同的解决方案，使用效果基本相当，孰优孰劣很难判定。如果用两个以上偏心圆相切保证a1和b值就更为复杂和困难。