毛艳蕾，吴新跃，汤华涛

(海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033)

高压转子支承刚度计算*

毛艳蕾，吴新跃，汤华涛

(海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033)

通过分析球轴承的负荷在滚动体之间的分配，得到了高压转子球轴承在运行过程中两个极限位置时的刚度，考虑了游隙对轴承刚度的影响，为研究转子系统振动性能提供了参考。

轴承;负荷;刚度;游隙

1 引言

轴承刚度计算是对其支承的转子系统振动性能进行分析的基础。滚动轴承的刚度计算涉及的因素较多，在该方向的研究已有很长历史，建立了多种关于滚动轴承刚度的计算模型［1］。轴承的结构十分复杂，不同的结构会对刚度产生影响。本文将利用轴承刚度计算原理计算出某燃机高压转子轴承在运行过程中，两个极端位置时的刚度，为研究轴承－转子系统的振动性能提供理论支撑。

2 轴承刚度的求解

2.1 径向游隙C≠0时轴承刚度求解

2.1.1 负重方向在滚珠正下方

当负重方向在滚珠的正下方时，如图1(a)所示，在不考虑径向游隙和预紧力的情况下，在径向负荷的作用下，内圈滚道上各点都在Fr方向移动了δr距离，轴承内圈中心O沿径向移动到O'点，此时，每个滚动体受力各不相同，最下方位于径向载荷作用线的滚子所受载荷 Qmax最大，产生的弹性变形最大量δmax，内外圈整体保持原来的尺寸和形状。其它位置上滚动体与内、外圈滚道接触处的变形量为［2－3］:

因为滚动体与内圈滚道间的趋近量(即接触变形量)为δi及其与外圈滚道间的趋近量为δe，所以总趋近量δ:

由式(1)、式(2)可知:

图1 轴承的载荷分布

由图1可知，向心轴承负荷分布情况，各滚动体负荷沿Fr方向分量之和与Fr平衡，Fr作用线两侧垂直于此方向的分量相平衡，故有:

根据式(2)即可计算出滚珠的弹性位移δmax，由公式K=Fr/δmax可以计算出负重方向在滚珠正下方轴承刚度。

2.1.2 负重方向在滚珠之间

由上式可以看出，Qmax于作用于轴承上的载荷Fr和滚动体数量Z有关。

同理，可以计算出负重方向在滚珠之间时轴承的刚度。

2.2 径向游隙C≠0时轴承刚度求解

当负重方向在滚珠之间时，如图1(b)所示，其所受载荷最大为 Qmax，产生的弹性变形最大为 δmax。内外圈整体保持原来的尺寸和形状。其它位置上滚动体与内、外圈滚道接触处的变形量为:

2.2.1 负重方向在滚珠正下方

2.2.2 负重方向在滚珠之间

3 结论

计算了球轴承在运行过程中两个极限位置的刚度，且考虑了游隙对轴承刚度的影响。从计算结果可知，不同的轴承结构、不同的轴承支承其刚度差别很大，该结果将对高压转子动力学特性产生较大的影响，为高压转子设计选型时提供了有力参考。

［1］ 梦 瑾，邓四二，唐六丁.高速圆柱滚子轴承非线性刚度分析［J］.机械设计与制造，2005(7):72－73.

［2］ 刘泽九，贺士荃，刘 晖.滚动轴承应用［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［3］ 陈 吉，王 伟，张 焘.基于有限元法的滚动轴承接触问题研究［J］.机械，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

毛艳蕾(1988－)，女，山东烟台人，硕士研究生，研究方向:舰船仿真CAD/CAE技术。