1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 油液动压径向轴承设计及计算 1、 选题的背景、意义 流体动压径向滑动轴承具有承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转 精度高等突出的优点。所以，在高速、低速以及高速精密的旋转机械中应用十 分普遍，而且成为旋转机械的重要部件。比如在汽轮机组、舰船主动力机组、石 油钻井机械、轧机及各类大型机床中都有广泛的应用，而且成为这类机械的关键 部件之一。在这些机器中，径向滑动轴承的性能优劣直接影响或决定了整台机器 的性能和效率。比如在汽轮发电机组中，性能优良的滑动轴承可以减少停机检 修 的次数，烧瓦的可能性也低得多。 轴承基本参数 (轴径的长径比、半径间隙、偏心距和
2、轴承包角等 )的变化，对轴承的静动态特性会产生很大的影响。另外，实际工作中的滑动轴承，由于加工、安装误差等因数，其工况条件与理论分析时所考虑的理想工况有很大差距，这种情况下，轴承的一些性能参数会发生变化。 2、 相关研究的最新成果及动态 我国轴承行业发展到现在，已具备相当的生产规模和较高的技术、质量水平。具有一定规模的轴承企业已发展到 1 500余家，职工人数壮大到近 80万人，轴承年产量从 1 949年的 1 3 8J5套增加 到目前的 20多亿套，轴承品种累计从 1 00多个增加至 7000 多个，规格达 28000多个。 近 1 0年来国外轴承知名公司 (如 SKF、 FAG、 NSK、
3、 NBM 、 KOYO、 T JM KEN、TORRlNGTON等 )先后在我国投资办厂，对我国轴承设计技术水平的提高，生产工艺和生产管理的规范、生产装备水平的现代化、产品的质量和使用性能的提高等方面起到了很大的推动作用。 2OO亿元，年出口量逾 7 7亿套，出口创汇约达 7亿美元，世界排名第 4，满足国内所需产品品种的 70以上，满足所需数量 90以上，出口量也以较高的比例递 增。在我国跨入世界轴承生产大国行列的同时，轴承工业依然存在低、散、差的问题普通微型、小型、中小型深但另一方面，我国轴承生产企业也面临来自国外知名轴承公司的激烈竞争和挑战，其结果必将加速我国轴承工业的产业结构和严品结构的
4、调整步伐，真可谓机遇与挑战并存、生产与发展同在。 如何抓住机遇，提高企业的生存能力，在生存的同时如何求得持续、快速的发展是摆在我国轴承行业面前不可回避、也无法回避的问题。目前，我国轴承产量达 2O亿套以上，产值已超过沟球轴承仍在大量低水平重复生产，导致严重供过于求，由于市场竞争激烈， 价格大战愈 演愈烈。如果这种情况长期地持续下去，势必要影响到整个轴承行业技术改造和技术进步，影响我国的轴承产品在国际上的声誉，严重制约我国轴承工业的健康发展。质量要求严、技术附加值高的轴承仍需要大量的进口。例如轿车轴承、高速、准高速铁路轴承，各种进口设备维修用轴承，部分高精度、高附加值和在特殊工况条件下使用的专用
5、轴承供应缺口较大，我国生产的轴承产品在性能与价格比、高精度、低噪音、长寿命与高可靠性等方面与国外知名企业存在着较大的差距。 在石油钻井中，滑动轴承牙轮钻头的应用日益增多，但轴承的工作环境却相 当恶劣。为了提高钻 头滑动轴承的工作寿命，并为这类轴承的设计提供科学依据， 针对其实际应用工况， 1995年清华大学的邵天敏呻设计制造了一种 IPG 2型滑动轴承实验台。该实验台可以进行滑动轴承摩擦扭矩、摩擦系数、磨损和轴承温升的测量，也可以进行其他类型的低速、重载径向滑动轴承的实验。利用该实验台在 30kN、 40kN和 50kN的 3种载荷条件下，对牙轮钻头镶嵌铜合金的滑动轴承进行了台架试验研究，着重
6、考察了铜合金镶嵌区尺寸之大小对轴承摩擦磨损性能的影响。 1995年上海大学孙美丽针对全轴承的定常和非定常工作情况，设计制造了一台 对中旋转、不对中旋转及混合型旋转的轴承实验台，并在此实验台上进行了这三种旋转类型的轴承内油膜分布实验研究。该实验台具有可以调节静偏心量和动偏心量及轴颈在轴承中位置的机构，因此可以观察到不同静、动载荷搭配情况下轴承油膜破裂的情况。该实验台电机最大转速 2000rpm，研究中使用直径 59 00mm和 59 10mm两种轴颈。 西安交通大学阳 1于 1995年设计制造了液压加载流体动压滑动轴承用于径向滑动轴承的静特性研究。该实验台主轴转速可在 100rpm至 3000r
7、pm 无级调整， 实验轴承内径 50mm。该实验台专门设计了平移机构来实现传感器对整个轴承宽 度的压力测量。实验选用宽径比 O 6、 1、 1 2三种规格来测量宽径比对油膜压力分布的影响。液压加载力可在 100N至 2000N 间调整，从而达到变载荷下的测量。选取相对间隙 分别为 O 0016、 0 0022 和 0 0032的三种 轴瓦来研究相对间隙对压力分布的影响。 1997年西安交通大学的姜歌东和徐华阳 1在 200mm实验台上对 300MW汽轮 机组中的两种支承轴承 (上瓦开槽圆轴承和上瓦开槽椭圆轴承 )按比例缩小模型 进行了实验研究，测试了不同工况下这两种轴承的动、静特性。通过与理论
8、计算 值的比较，进一步证实了实验结果和理论计算的一致性，为研究不同结构径向滑 动轴承对汽轮机组稳定性的影响提供了基础。 2000年上海大学设计制作了一套较为完善的多因素固液界面滑移特性实验装置，可用于进行不同场压力、不同转速、间隙等条件下的滑 移特性试验。应用这套试验装置对金属材料及 EMP材料的边界滑移特性进行了多组对比试验。该装置使用杠杆加载机构对轴承加径向载荷，因此加载范围仅为 O 5 10KN。载荷最小变化量 T =0 5KN。调速系统使用变频器加变频电机的方案，但频率变化最小值为 minf =o 1Hz，电机转速最小改变值为 minn =3rpm，本质上仍属于有级调速。 哈尔滨工业大
9、学为了实现滑动轴承动压油膜承载力曲线和摩擦特性曲线的测量和描绘，于 2002 年设计了新型滑动轴承实验台。通过计算机软件编程控制轴承加载力的大小，加载力在 0 1000N内可调，可调最小量 10N；计算机控制直流电机的调速，转速 0 1500rpm内可调。采用 Visual Basic语言，在 VisualC+中编制数据采集、电机控制动态连接库程序，在 VB中用该程序以实现滑动轴承实验台的计算机数据采集和控制。该实验台的创新之处在于使用步进电机和杠杆组合机构实 现了连续可调加载，但仍存在所加载荷不大的缺点。为了开发大型贯流式水轮发电机组径向轴承， 2003年东方电机股份有限公司在实验台上采用
10、360的模型轴承对 1740可倾 6瓦块原型轴承进行了模拟实验，最高比压为 3 37MPa，最高线速度为 22 62m s。实验台由 850KW 直流电机驱动，波纹管加载，可进行 0-3000rpm、载荷 21 5t的轴承实 验。在三种安装间隙下，进行了变转速、变比压、变进油温度及变进油压力实验，测得了该轴承在各种工况下稳态时油膜厚度、瓦温度、损耗、流量等，得到了该型轴承最佳性能范围。 太原科技大学于 2004年研制出大型轧机油膜轴承实验台，通过使用 1： 8的变速器，主轴最大转速达 8000rpm至 10000rpm，液压缸加载，最大加载能力 90t。其加载液压缸设计成可移动的形式，因此实验
11、轴承既可安装在中间，也可 安装成悬臂形式。该实验台可以进行油膜轴承、滚动轴承、油膜滚动复合轴承等 多种轴承的实验研究。具有超高压顶起装置，实 验轴承启动时，可使用超高压油 (100MPa)项起轴承，可以进行动静压油膜轴承的研究。 2005年哈尔滨第七 O三研究所设计了大型径向和推力滑动轴承实验台。该实验台采用了径向试验轴承和推力试验轴承组合形式，为卧式结构。在实验时只需更换试验组建和实验的主轴，就可以进行不同项目的实验。即当实验推力轴承时，使用推力实验轴承组建与带推力盘的试验主轴；当实验径向轴承时，改用径向实验轴承组件和径向试验主轴。两种实验共用一个驱动电机、增速齿轮箱、联轴器和润滑供油系统。
12、实验台主要由本体部分、液压转动与供油系统、数据 检测与处理系统、电力拖动与电气空载系统等部分组成。实验台采用静压加载，油泵额定压力为 6 3MPa，额定流量为 0 8L rain，活塞直径为 1 80mm，径向实验轴承为倒置式，实验轴承最大直径为 200mm，最大宽度为 200mm。实验轴承低压供油，供油压力最高 O 6MPa，最大流量为 860L min。 澳洲电力基金会出资在澳大利亚 WOLLONGONG 大学机械工程系建立了一个汽轮机滑动轴承实验台。实验台可装两大型动压轴承和 一个静压轴承，与国际上现流行的单轴承实验台相比， 俩支承的实验台更接近于轴承的实际工作状态。 3、 课题的研究内
13、容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 研究方法： 采用数值方法分析液体动压径向性能，掌握液体动压径向轴承性能的数值分析方法。根据液体润滑 Reynolds方程，采用差分方法，利用 Matlab 语言编程，计算轴承承载力，分析轴承性能。 研究难点： 学习数值分析法，学习差分法，采用差分法求解液体润滑 Reynolds 方程。参考资料自学 Matlab 编程技术。参考大量文献，总结前人的经验，以 求最好地完成本次毕业设计。 预期达到的目标： 用雷诺方程求解出所有需要的数值。 4、 研究工作详细工作进度和安排 2011 年 1 月 10 日 -2011 年 3 月 1 日，完成
14、文献综述、外文翻译 (2 篇 )、 完成开题报告。 2011 年 3 月 1 日 -2011 年 4 月 10 日，采用差分法求解液体润滑 Reynolds 方程。 2011 年 4 月 10 日 -2011 年 4 月 30 日，计算轴承承载力，分析轴承性能。 2011 年 4 月 30 日 -2011 年 5 月 25 日，完成毕业设计说明书，准备毕业答辩。 5、 参考文献 1. (英 )威尔逊著，尚礼等译：滑动轴承设计手册， 上海科学技术文献出版社，1989年 2. 张直明：滑动轴承的流体动力润滑理论，高等教育出版社， 19 24， 1986 3. J W White， ASME Jou
15、rnal ofLubrication Technology， 1983， 105： 484-490 4. M M Farid： Effect of Tubing on Measurements of Small Transient Pressure Signals in Liquids Journal of Dynamic Systems Measurement and Control， ASME V01 1 05， NO 4， 56 62， 1984 5. 董跃 , 张晓阳 , 赵雄 , 杜伟 , 董异志 . 液压轴承刚度与关键参数的优化分析 J. 机电产品开发与创新 , 2006,(05)
16、 212-219 6. 周军波 丁毓峰 基于轴系稳定性分析的滑动轴承优化设计 机械制造 -2010年 8期 45-49 7. B A沃斯克列辛斯基：滑动轴承计算和设计，国防工业出版社， 88-99，1986 8. 邱宣怀等 机械设计北京高等教育出版社 9. 李庆杨等 数值分析武汉华中工学院出版社 10. 张幼卿 ;磨擦学简介 J;中国机械工程 ;1983年 05期 156-160 11. 岳红 ,王文博 ; 液体动压润滑向心滑动轴承的程序设计 J;北京服装学院学报 (自然科学版 );1987年 01期 98-127 12. 温诗铸 ,黄平 . 摩擦学原理 M北京：清华大学出版社， 2002 13. 陈伟 ,许轶超 ,王少梅 ;精密齿轮传动系统的计算机辅助设计与实现 J;航空计算技术 ;2003 年 01期 126-129
