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　　免费在线全国摩擦学学术会议——纪念摩擦学40周年 多油楔浮动滑动轴承的实验研究 杨启明1，杨旭文2，饶霁阳3 (1．西南石油大学机电工程学院，l四)Jl成都新都区610500，F_．-maih 2．北京交通大学电子信息 y．，1 3．西南石油大学机电工程学院，四川成都新都区610500) 工程学院，北京海淀区上园村3号1000441 摘要：多油楔浮动滑动轴承是一种轴承内环与外环间较少直接接触的轴承，因而它克服了一般滑动轴承存在的摩擦力较 大的缺点，特别适用于重载、存在磨砺性介质的恶劣环境条件下工作，如石油钻井中的钻头使用。本文通过对几种多油楔 浮动滑动轴承的实验研究，得NT轴承在不同工况下的一些数据，发现多油楔浮动滑动轴承可以有效地提高钻头轴承的使 用寿命·该研究工作为新型钻头轴承的设计提供了大量的实验数据，为进一步的设计研究打下了基础和提供了新的思路· ’关键词：滑动轴承 油楔浮动 中图分类号： The researchoftheoil and fibrarty wedgesfloatingsliding bearing Xu-wenzRao YangChi-min91Yang Ji-yan93 ofMechanicandElectron SouthwestPetroleum 2．SchoolofElectronicsandInformation (1．School Engineering University 3．SchoolofMechanicandElectron Petroleum University Enginee血g,Southwest Jiaotong University) Abstract111eoil and wasasort the ofinsideandoutsidewasless wedgesfloatingslidingbeating ofbearing,betweenring dereclnesscontacted．Asaresults．ithadovercomethe ofmorefrictionin usedinover disadvantage common,and especialy usedinthebitsofmeoil the and inbadconditions．as researchin loadingbemggrindobjects wells．Throughexperiment’s severaloil and had somedatasindifferent could wedgesfloatingslidingbearings,wegot workingconditions,and协ey had lotof increasedthelifeofbit’S a datasin for thenewbits slidingbea血祭．T11einvestigationgot experiment design had foundationandofferednew forbelow research． slidingbearings．Andgot thinking design’S words oil float Key slidingbearingwedge 轴承表面都处于动压油膜的缓冲和承载下。有效 1概述 的避免了过度磨损的情况的发生【I】，其工作机理 随着工业技术的不断进步，对高功率、高转 如图1．1所示。由于该转速的存在，将在浮动轴 速、低功耗、低维护量的机械设备需求量不断提 承外圈与轴承壳体的间隙中产生另～个附加的动 高，转动设备的工作环境日趋复杂，轴承作为机 压油膜。这样，在轴承的内外圈上将分别形成一 械设备的关键部件对其各方面的性能要求也越来 个具有承载能力的油膜。当轴颈转速稳定后，作 越高。浮动滑动轴承就是对滑动轴承的优点加以 用在轴承内、外表面上的合力和摩擦力矩分别达 有效的继承，对其目前存在的缺点加以针对性的 到平衡，使浮动轴承的转动速度达到相对稳定。 弥补，并对传统结构进行改进的一种新型结构的 这样就将原径向滑动轴承的一个摩擦副变成了浮 滑动轴承． 浮动式滑动轴承又称为浮动套轴承。在液体 润滑状态的条件下．轴承的轴瓦设计成在轴颈和 轴承壳体之间在压力油膜带动下与后两者产生 ■曩 相对转动，这样在轴瓦内外同时产生两个系列动 压承载油膜，从而使轴颈与轴承以及轴承与轴承 墨 座问的金属在轴颈旋转时，油膜阻力带动浮动的 作者简介：杨启明(1948．II)．男．学士，教授．摩擦学设 ● 计 图I-1 2006全国摩擦学学术会议——纪念摩擦学40周年 动轴承内外两个摩擦副，并且每个摩擦副的相对 Sartorius BP210S质量测试仪进行磨损量的称 滑动速度都低于原轴承。由摩擦学原理可知121， 量，其称量精度为0．00ling；转轴的转速、摩 滑动轴承的摩擦功率损失随摩擦面之间相对滑动 擦力矩、摩擦力、温升等都可自动记录。测试转 速度的平方而变化，而与摩擦面的接触面积成线 轴在某一转数内各摩擦力矩的变化以及磨损量的 性关系。尽管由于浮动轴承增加了一个摩擦副， 变化，所得结果如图所示。其中图2．1～2．3是不 从而增加了摩擦接触面积，但由于摩擦面问主要 同转速下的各油楔轴承的摩擦力矩，图3．1为以 为液体摩擦，加上相对滑动速度的降低，从而有 油楔不同的轴承为基础，不同转速下各组轴承磨 效地降低了轴承的摩擦功率损失和润滑剂因摩擦 损量变化的平均值，图3．2则示出以转速为基础 产生的温升pJ。同时，由于轴承内外层油膜的存 的各轴承磨损量的变化趋势，而图4则是以标准 在，可以同时进行冷却，也能有效地降低轴承工 等径试环为基准的各实验轴承组的平均工作间 作时的温升。因此，在其他参数保持不变的前提 隙。 下，该轴承具有减小轴承的摩擦系数，降低轴承 的摩擦功率损耗和润滑剂温升，有效地降低轴承 的磨损速度，从而延长轴承的使用寿命的效果。 目前该类型轴承已经成功地应用在石油天然气开 采中的钻头上。 2实验研究 传统的浮动滑动轴承结构上是由两个具有一 定间隙的等径圆环所组成，所形成的油楔一般属 于单油楔的范畴，它虽然比传统的滑动轴承的磨 损量小，摩擦力矩较小，但在加载、高速条件下 运转时，容易出现失稳现象。通过对多油楔轴承 图1．2三油楔浮动轴承示意图 浮动套的结构进行改进，可以实现轴承工作时产 l、轴套2，浮动轴承3、轴 生多个油楔，这样，各油楔中同时产生油膜压力， 以助子提高轴的旋转精度及工作稳定性。 1．3分析与讨论 从图2．1-2．3可见，不同转速下各种轴承的 1．1 实验目的 ． 摩擦力矩中，以三油楔轴承的摩擦力矩较低，．二、 本实验的目的是：了解轴承中由结构设计的 四油楔轴承的摩擦力矩相差不大，四油楔轴承的 局部尺寸变化所具有的固有油楔数对摩擦力矩和’ 摩擦力矩略低于二油楔轴承，但都低于等径的标 磨损量间的影响【4】；探索轴承内外套间的间隙配 准浮动轴承的摩擦力矩，且摩擦力矩都具有随工 合参数与工作性能的关系；研究该类轴承在不同’ 作时间的增加而降低的趋势。 转速条件下的适应性，从而为研究多油楔浮动滑 从图3-1可见，各轴承在不同转速下的磨损 动轴承的功效提供实验数据，为下一步应用于石 量中以标准形轴承的磨损量为高，双油楔和三油 油天然气开采中的钻头轴承的结构改进设计打下 楔的磨损量相对较小，。而在转速增高到1000r／min ， ，j 基础。 _ 时，’等径和二、三油楔轴承的磨损量均有急剧增 1．2实验方案 加的趋势，但四油楔轴承的变化不明显，说明四 本实验是在MMw一1立式万能摩擦磨损实 油楔轴承的工作稳定性较好。图中表明，在各转 验机上进行的。；对每一种结构和间隙，以三个试 速下，二、三油楔轴承的磨损量差别不大。而在 环为一组进行实验。j试环材料为青铜，其余试件 800r／min时，各轴承的磨损量均较低。其原因可 材料为45钢。轴承内径由结构设计形成四种不同 能与多油楔浮动滑动轴承工作时，各油楔同时产 形状的浮动轴承：等径(标准形)、二油楔、三油 生油膜压力，有助于减少轴承与轴和轴套的接触， 楔(如图1．2)和四油楔，实验工作载荷为70N。从而提高了轴的旋转精度。 转速为600r／min、800r／min、1000r／min．试件与 从图4可见，以标准形轴承的工作间隙为基 内外轴的间隙：内间隙0．05-0．1，外间隙为定值，准，三油楔轴承的平均工作间隙较大，二、四油 间隙比为2～13．2，按一定规律分布：使用 楔轴承具有近似的间隙，且其平均工作间隙较三 126 2006全国摩擦学学术会议——纪念摩擦学40周年 油楔为小。 3误差分析 实验轴承由于受到加工条件的限制，加工精 度不能达到规定的要求，特别表现在三油楔轴承 的间隙值不能严格按图纸要求加工．存在较大的 误差，囚而导致实验中表现出三油楔轴承间隙过 大，与二、四油楔轴承在一定程度上缺乏可比性， 这可能是导致三油楔轴承摩擦力矩偏小的原因。 上述问题将在进一步的实验研究中加以克服。 4结论 综上所述，多油楔浮动滑动轴承具有以下几 个主要特点 1．摩擦功耗低。由于多油楔的存在，使轴承 在工作时具有较稳定的间隙，因此，轴承运转时 具有较低的摩擦损耗； 2．结构紧凑，易于调整。由于简化了轴承结 构，因而可以通过调整轴承的间隙设计来实现对 运转稳定性的调整。 3．多油楔轴承的寿命较等径轴承长。由于轴 承在高速运转时的摩擦损耗较低，摩擦力矩较小， 从而可以减少轴承的磨损，延长轴承的使用寿命。 4．四油楔浮动轴承具有较高的运转稳定性。 5存在的问题 多油楔浮动滑动轴承作为一种新型轴承，目 前其设计理论还需进一步完善，受到加工条件的 限制，其结构参数还不能完全按照理论计算优化， 从而增大了推广应用的难度。 此外，’本实验仅进行了油楔数与轴承性能关 系的初步定性比较，为下一步设计多油楔浮动滑 动轴承打下了一定的基础。在迸一步的研究中， 还需要完善实验条件，通过较深入地理论研究， 从理论到实践加以提高，才能有效地改善浮动滑 动轴承的性能，为其推广应用打下良好的基础。 参考文献 and。V．C．Westcott：《TheParticles