九江齿轮箱高、低速轴承计算
来源：博高科技发布时间：2021/6/26
九江发电机齿轮箱高、低速轴的轴承计算
上海大学轴承研究室 2003.11.20
一 原设计参数：
1 低速轴
转子重量W2=2980Kg；轴颈直径D2=250mm；长度L2=230mm；直径公差=0.775-0.805mm；镗孔时的墊片厚度=0.39mm；功率N=25000KW；转速n2=3000r/min；大齿轮节圆直径=909.094mm。
假设用47号透平油润滑，进油温度为40℃。
2 高速轴
转子重量W1=850Kg；轴颈直径D1=225mm；长度L1=230mm；直径公差=0.86-0.89mm；镗孔时的墊片厚度=0.44mm；功率N=25000KW；转速n1=7000r/min；小齿轮节圆直径=390.91mm。
假设用47号透平油润滑，进油温度为40℃。
3 转动方向
有两种可能，如图：
4 轴承载荷
轴承受力与齿轮压力角有关。由于缺乏压力角的数据，现假设其为20°。
据此计算，在A所示的转动方向下，低速轴轴承载荷F2等于108,050N，载荷方向角α2为17.286º；高速轴轴承载荷F1等于89,749N，载荷方向角α1为-20.932º。
在B所示的转动方向下，低速轴轴承载荷F2等于79,744N，载荷方向角α2为23.678º；高速轴轴承载荷F1等于97,833N，载荷方向角α1为-19.145º。
二 满载工况下按冷态间隙计算原设计轴承特性
由于缺乏转子的完全数据，只能进行承载能力方面的计算，无法进行实际的转子系统动力学计算。轴承性能用JB2003软件计算。结果如下：
A转向时
1 低速轴轴承
静特性：
偏心率=1.030
偏位角= 91.1°
泄油量= 71.39 l/min
圆周摩擦阻力= 982.16N
摩擦功耗= 38569.43W
最大油膜压力= 5.417MPa 最大压力位置角= 200.0°
最高油膜温度= 55.23℃ 最高温度位置角= 250.0°
最小油膜厚度= 108.6μm 最小膜厚位置角= 315.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.7171E+09; kxy= -.4648E+09; kyx=.9572E+09; kyy=.1411E+10
阻尼,N*s/m bxx=.3742E+07; bxy=.4426E+06; byx=.4617E+06; byy=.6326E+07
2 高速轴轴承
静特性：
偏心率= .381
偏位角= 48.3°
泄油量= 84.68 l/min
圆周摩擦阻力= 1692.82N
摩擦功耗=139601.60W
最大油膜压力= 5.429MPa 最大压力位置角= 160.0°
最高油膜温度= 56.77℃ 最高温度位置角= 215.0°
最小油膜厚度= 155.8μm 最小膜厚位置角= 195.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.6217E+08; kxy=-.6147E+09; kyx=.5130E+09; kyy=.1290E+10
阻尼,N*s/m bxx=.6590E+06; bxy=-.7989E+06; byx= -.7929E+06; byy=.2702E+07
B转向时
1 低速轴轴承
静特性：
偏心率= .951
偏位角= 96.1°
泄油量= 67.51 l/min
圆周摩擦阻力= 956.78N
摩擦功耗= 37572.77W
最大油膜压力= 4.015MPa 最大压力位置角= 195.0°
最高油膜温度= 52.29℃ 最高温度位置角= 250.0°
最小油膜厚度= 108.5μm 最小膜厚位置角= 320.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.5875E+09; kxy=-.6538E+09; kyx=.6719E+09; kyy=.1202E+10
阻尼,N*s/m bxx=.3563E+07; bxy=-.4403E+06; byx=-.4298E+06; byy=.5715E+07
2 高速轴轴承
静特性：
偏心率= .430
偏位角= 54.2°
泄油量= 88.29 l/min
圆周摩擦阻力= 1686.12N
摩擦功耗=139049.30W
最大油膜压力= 5.635MPa 最大压力位置角= 160.0°
最高油膜温度= 57.53℃ 最高温度位置角= 220.0°
最小油膜厚度= 152.6μm 最小膜厚位置角= 195.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.8434E+08; kxy=-.5948E+09; kyx=.5467E+09; kyy=.1329E+10
阻尼,N*s/m bxx=.6578E+06; bxy=-.7093E+06; byx=-.7000E+06; byy=.2752E+07
三 按热态间隙计算原设计轴承特性
工作时，由于温度升高，各部分发生热变形，使轴承间隙改变。这个改变，目前尚只能粗略估算。现根据德国Dubbel手册的一般推荐，来估算这个影响。设轴材料的热膨胀系数为/℃。
A转向时
1 低速轴轴承
静特性：
偏心率= .995
偏位角= 91.8°
泄油量= 58.53 l/min
圆周摩擦阻力= 1038.30N
摩擦功耗= 40773.83W
最大油膜压力= 5.810MPa 最大压力位置角= 190.0°
最高油膜温度= 56.66℃ 最高温度位置角= 245.0°
最小油膜厚度= 100.7μm 最小膜厚位置角= 320.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.7634E+09； kxy=-.8442E+09； kyx=.1017E+10； kyy=.2031E+10
阻尼,N*s/m bxx=.4300E+07； bxy=-.7326E+06； byx=-.6930E+06； byy=.8751E+07
2 高速轴轴承
静特性：
偏心率= .328
偏位角= 46.7°
泄油量= 79.42 l/min
圆周摩擦阻力= 1691.54N
摩擦功耗=139495.50W
最大油膜压力= 6.352MPa 最大压力位置角= 160.0°
最高油膜温度= 59.30℃ 最高温度位置角= 215.0°
最小油膜厚度= 138.6μm 最小膜厚位置角= 190.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.8568E+08; kxy=-.8824E+09; kyx=.6447E+09; kyy=.1761E+10
阻尼,N*s/m bxx=.8824E+06; bxy=-.1188E+07; byx=-.1178E+07; byy=.3657E+07
B转向时
1 低速轴轴承
静特性：
偏心率= .901
偏位角= 96.0°
泄油量= 55.01 l/min
圆周摩擦阻力= 1016.21N
摩擦功耗= 39906.49W
最大油膜压力= 4.527MPa 最大压力位置角= 190.0°
最高油膜温度= 54.41℃ 最高温度位置角= 345.0°
最小油膜厚度= 102.1μm 最小膜厚位置角= 325.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.6308E+09； kxy=-.9781E+09； kyx=.7561E+09； kyy=.1784E+10
阻尼,N*s/m bxx=.3963E+07； bxy=-.1444E+07； byx=-.1407E+07； byy=.8104E+07
2 高速轴轴承
静特性：
偏心率= .374
偏位角= 53.4°
泄油量= 81.45 l/min
圆周摩擦阻力= 1694.26N
摩擦功耗=139720.50W
最大油膜压力= 6.532MPa 最大压力位置角= 160.0°
最高油膜温度= 59.42℃ 最高温度位置角= 215.0°
最小油膜厚度= 136.9μm 最小膜厚位置角= 190.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.1001E+09； kxy=-.8592E+09； kyx=.6634E+09； kyy=.1793E+10
阻尼,N*s/m bxx=.8819E+06； bxy=-.1114E+07； byx=-.1109E+07； byy=.3663E+07
四 间隙减小的设计
由上可见，原设计轴承在工作时的温度颇低而膜厚颇大，为改善动力特性计，可尝试减小其间隙。经过多次试算，建议可采用如下参数：
低速轴轴承：
将冷态半径间隙减小为cmin=0.12mm; cmax=0.24mm。即：制造时的轴承直径比轴颈直径大0.48mm，垫片厚度为0.24mm。
高速轴轴承:
将冷态半径间隙减小为cmin=0.15mm; cmax=0.3mm。即：制造时的直径间隙改为0.6mm，垫片厚度改为0.3mm。
五 改变设计的轴承性能计算结果（计入热变形）
A转向时
低速轴轴承：
静特性：
偏心率= .537
偏位角= 92.3°
泄油量= 23.07 l/min
圆周摩擦阻力= 1345.41N
摩擦功耗= 52834.13W
最大油膜压力= 13.228MPa 最大压力位置角= 165.0°
最高油膜温度= 76.22℃ 最高温度位置角= 220.0°
最小油膜厚度= 55.0μm 最小膜厚位置角= 345.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.1985E+10； kxy=-.7317E+10； kyx=.2531E+10； kyy=.1346E+11
阻尼,N*s/m bxx=.1498E+08； bxy=-.1825E+08； byx=-.1815E+08； byy=.5249E+08
高速轴轴承:
静特性：
偏心率= .163
偏位角= 44.6°
泄油量= 51.83 l/min
圆周摩擦阻力= 1840.77N
摩擦功耗=151802.50W
最大油膜压力= 12.290MPa 最大压力位置角= 155.0°
最高油膜温度= 74.35℃ 最高温度位置角= 210.0°
最小油膜厚度= 84.0μm 最小膜厚位置角= 185.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.4864E+09； kxy=-.3888E+10； kyx=.1943E+10； kyy=.6877E+10
阻尼,N*s/m bxx=.3479E+07； bxy=-.5121E+07； byx=-.5099E+07； byy=.1356E+08
B转向时
低速轴轴承
静特性：
偏心率= .447
偏位角= 95.0°
泄油量= 22.52 l/min
圆周摩擦阻力= 1348.61N
摩擦功耗= 52959.95W
最大油膜压力= 12.430MPa 最大压力位置角= 160.0°
最高油膜温度= 75.59℃ 最高温度位置角= 10.0°
最小油膜厚度= 55.3μm 最小膜厚位置角= 350.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.1757E+10； kxy=-.7282E+10； kyx=.2449E+10； kyy=.1313E+11
阻尼,N*s/m bxx=.1443E+08； bxy=-.1911E+08； byx=-.1904E+08； byy=.5227E+08
高速轴轴承
静特性：
偏心率= .189
偏位角= 51.2°
泄油量= 52.03 l/min
圆周摩擦阻力= 1838.19N
摩擦功耗=151589.50W
最大油膜压力= 12.479MPa 最大压力位置角= 155.0°
最高油膜温度= 74.43℃ 最高温度位置角= 210.0°
最小油膜厚度= 83.6μm 最小膜厚位置角= 185.0°
动特性：
刚度,N/m kxx=.4889E+09； kxy=-.3873E+10； kyx=.1961E+10； kyy=.6917E+10
阻尼,N*s/m bxx=.3481E+07； bxy=-.5084E+07； byx=-.5066E+07； byy=.1357E+08