[发明专利]一种应用于往复式压缩机曲轴上的动载轴承设计方法

说明书

本发明公开了一种应用于往复式压缩机曲轴上的动载轴承设计方法，该方法解决了传统动载轴承设计过程中参数难以确定，特性参数计算复杂的问题；本发明提出的设计方法包含了轴承设计过程中的宽径比设计、半径间隙区间计算，同时还包括了轴承的压力分布、最小油膜厚度、油膜压力、润滑油流量、功率损耗、等效温升等计算，更全面地校核了轴承的各项参数指标，使设计目标安全性更高；本发明采用有限元方法求解雷诺方程，相比较与传统的经验公式计算能够计算得到的参数更多，对于动载轴承这种复杂变工况的轴承，简化了设计步骤，节省了设计时间；提出了通过绘制压力随曲轴转角与轴承周向展开角的云图进行轴承进油孔设计。

技术领域

本发明属于轴承设计领域，具体涉及一种应用于往复式压缩机曲轴上的动载轴承的设计方法。

背景技术

在往复式压缩机中，作用于滑动轴承上的载荷，无论大小和方向，都随时间周期性的变化，这样的轴承一般称为动载轴承。由于载荷是变化的，所以各个瞬时轴心的平衡位置也是变化的。

往复式压缩机中的曲轴，在飞轮和调速器的作用下按等角速度转动，连杆相对于曲轴和活塞按变化的角速度摆动。由于往复式压缩机运转部件产生的往复惯性力很难平衡，为抑制振动只能采用较低转速，同时轴承的载荷较大，所以动载轴承往往处于一个低速重载的工况。

动载轴承动态应力不应超过材料的疲劳强度，工作温度应低于轴承熔化或损伤温度。同时，润滑剂流量应足够带走工作产生的热量，避免工作温度过度升高导致轴承损坏，同时流量也不应过大，要尽可能降低搅动损失。实际的轴承设计是一个迭代过程，其中包括使用经验关系选择初始参数，例如轴承长度，直径和间隙，然后通过迭代计算来获得最优的设计参数。最开始动载轴承的设计参数以最小油膜厚度为准，随着技术的发展，后续设计也需要最大油膜压力及温度的计算，但由于动载轴承工况的复杂性，这种计算仍旧无法满足轴承的安全性要求。所以为了提高轴承计算的准确性，为动载轴承设计提供更准确的指导，需要更好地了解不同的参数如轴承长度、径向间隙、最小薄膜厚度、油流量、最大压力、功率损失和温升等特征参数的关系。

发明内容

本发明的目的在于针对动载轴承变载荷的复杂工况，提供了一种应用于往复式压缩机曲轴上的动载轴承设计方法，该方法包含动载轴承的宽径比、半径间隙、压力分布、轴径速度、最大油膜压力、润滑油流量、功率损耗及等效温升的计算。已知条件包括润滑油参数、轴承运行载荷变化曲线和轴径参数。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种应用于往复式压缩机曲轴上的动载轴承设计方法，包括以下步骤：

1)根据轴承工况确定宽径比B/D，参照轴颈直径确定轴承最小半径间隙，确定初始进油孔位置，其中B为轴承宽度，D为轴承直径；

2)给定初始时间偏心位置(e_x,e_y)和初始速度根据载荷曲线确定迭代次数NDATA，取初始时刻i＝1；其中，e_x指偏心位置的x坐标，e_y指偏心位置的y坐标，指此时刻偏心位置x方向的速度，指此时刻偏心位置y方向的速度，i代表了不同的时刻；

3)根据给定偏心计算油膜厚度及其随时间的变化关系；

4)求解二维的雷诺方程，计算轴承的压力分布，润滑油粘度通过温粘方程计算；

5)根据现有偏心位置，通过计算下一时刻偏心位置(e_x,e_y)，由压力积分等于外载荷计算下一时刻速度

6)重复前述迭代过程，直到计算到最终时刻，即t＝NDATA；

7)根据上述计算可得轴心轨迹，判断轴心轨迹的初始位置是否与最终位置重合，否则以计算出的新位置点坐标及速度作为新的迭代初值重新计算；