高壓轉子支承剛度計算*

毛艷蕾，吳新躍，湯華濤

(海軍工程大學動力工程學院，湖北武漢 430033)

高壓轉子支承剛度計算*

毛艷蕾，吳新躍，湯華濤

(海軍工程大學動力工程學院，湖北武漢 430033)

通過分析球軸承的負荷在滾動體之間的分配，得到了高壓轉子球軸承在運行過程中兩個極限位置時的剛度，考慮了游隙對軸承剛度的影響，為研究轉子系統振動性能提供了參考。

軸承;負荷;剛度;游隙

1 引言

軸承剛度計算是對其支承的轉子系統振動性能進行分析的基礎。滾動軸承的剛度計算涉及的因素較多，在該方向的研究已有很長歷史，建立了多種關于滾動軸承剛度的計算模型［1］。軸承的結構十分復雜，不同的結構會對剛度產生影響。本文將利用軸承剛度計算原理計算出某燃機高壓轉子軸承在運行過程中，兩個極端位置時的剛度，為研究軸承－轉子系統的振動性能提供理論支撐。

2 軸承剛度的求解

2.1 徑向游隙C≠0時軸承剛度求解

2.1.1 負重方向在滾珠正下方

當負重方向在滾珠的正下方時，如圖1(a)所示，在不考慮徑向游隙和預緊力的情況下，在徑向負荷的作用下，內圈滾道上各點都在Fr方向移動了δr距離，軸承內圈中心O沿徑向移動到O'點，此時，每個滾動體受力各不相同，最下方位于徑向載荷作用線的滾子所受載荷 Qmax最大，產生的彈性變形最大量δmax，內外圈整體保持原來的尺寸和形狀。其它位置上滾動體與內、外圈滾道接觸處的變形量為［2－3］:

因為滾動體與內圈滾道間的趨近量(即接觸變形量)為δi及其與外圈滾道間的趨近量為δe，所以總趨近量δ:

由式(1)、式(2)可知:

圖1 軸承的載荷分布

由圖1可知，向心軸承負荷分布情況，各滾動體負荷沿Fr方向分量之和與Fr平衡，Fr作用線兩側垂直于此方向的分量相平衡，故有:

根據式(2)即可計算出滾珠的彈性位移δmax，由公式K=Fr/δmax可以計算出負重方向在滾珠正下方軸承剛度。

2.1.2 負重方向在滾珠之間

由上式可以看出，Qmax于作用于軸承上的載荷Fr和滾動體數量Z有關。

同理，可以計算出負重方向在滾珠之間時軸承的剛度。

2.2 徑向游隙C≠0時軸承剛度求解

當負重方向在滾珠之間時，如圖1(b)所示，其所受載荷最大為 Qmax，產生的彈性變形最大為 δmax。內外圈整體保持原來的尺寸和形狀。其它位置上滾動體與內、外圈滾道接觸處的變形量為:

2.2.1 負重方向在滾珠正下方

2.2.2 負重方向在滾珠之間

3 結論

計算了球軸承在運行過程中兩個極限位置的剛度，且考慮了游隙對軸承剛度的影響。從計算結果可知，不同的軸承結構、不同的軸承支承其剛度差別很大，該結果將對高壓轉子動力學特性產生較大的影響，為高壓轉子設計選型時提供了有力參考。

［1］ 夢 瑾，鄧四二，唐六丁.高速圓柱滾子軸承非線性剛度分析［J］.機械設計與制造，2005(7):72－73.

［2］ 劉澤九，賀士荃，劉 暉.滾動軸承應用［M］.北京:機械工業出版社，2007.

［3］ 陳 吉，王 偉，張 燾.基于有限元法的滾動軸承接觸問題研究［J］.機械，2011(4): 17－20.

The Calculation of High Press Rotor Bearing Stiffness

MAO Yan－lei，WU Xin－yue，TANG Hua－tao
(Power Eng.College，Naval University of Engineering，Wuhan Hubei430033，China)

By analyzing load distribution among the rolling elements of the ball bearing，the stiffness of two extreme positions are acquired when the ball bearing of high pressure rotor operating.Then the reference that the clearance on the bearing stiffness is considered，which provides reference for the research of system vibration performance.

bearing;load;stiffness;clearance

TH122

A

1007－4414(2013)05－0094－03

2013－07－13

毛艷蕾(1988－)，女，山東煙臺人，碩士研究生，研究方向:艦船仿真CAD/CAE技術。