一种顺应挠度曲线的旋转轴系的轴承孔系布置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于旋转轴系设计制造技术领域，具体地，涉及一种旋转轴系的轴承孔系 布置方法。
【背景技术】
[0002] 轴系是轴、轴承和安装于轴上的传动体、密封件及定位组件组成的系统。其主要功 能是支撑旋转零件，传递转矩和运动。在轴系中，轴承的位置直接影响到轴的转动状态。轴 承的位置由轴承孔系的布置决定，如果轴承孔系布置不好，会导致轴承的磨损，影响轴承的 使用效率，从而影响轴系的寿命，还有可能发生轴承严重磨损，造成振动显著增加，甚至引 起断轴。因此轴承孔系的布置方法至关重要。
[0003] -般船舶推进轴系、航空发动机轴系、汽轮发电机轴系和多气缸的发动机曲轴的 轴承有3个或更多个，这些轴系一般采用滑动轴承、静压轴承或者滚柱轴承支撑。目前，航 空发动机、汽轮发电机组和多气缸的发动机等旋转轴系和短的船舶推进轴系的轴承沿旋转 轴系的设计基准直线布置且轴承中心轴线与旋转轴系的设计基准直线同轴，轴系的基准直 线就是轴系理论中线，并用同轴度公差和同心度公差控制所有的轴承对轴系基准直线的径 向位置偏差和方向偏差。在轴系的某个具体轴向位置的同轴度公差称之为同心度公差。
[0004] 而中长的船舶推进轴系可以采用沿曲线轴线控制其轴承，但该曲线受制于附加条 件：推进轴系的艉管后轴承支撑点处截面转角一般应不超过3. 5X l(r4rad和推进轴系安装 时考虑推进轴系的挠度尽量小，即推进轴系轴承对推进轴系的设计基准直线只能合理变位 偏置。国防科学技术工业委员会发布的标准"船舶推进轴系校中"中规定，当靠近螺旋桨的 轴承支点处轴截面转角超过3. 5 X KT4rad时，需要采取斜镗孔技术处理，即对轴承衬套或 艉轴管进行一定方向上一定角度的斜镗孔，使转角符合要求。不同类型的船舶的轴系校中 计算规定的艉轴承斜镗值不尽相同，通常在〇. 3~0. 4mm/米之间。
[0005] 由于轴系的现有理论基础是经典的转子动力学，经典的转子动力学不支持曲线轴 线以及轴承相对基准轴线的倾斜，加之现有的测量技术和制造技术的限制，所以现有的轴 系安装工艺采用权宜之计，即目前的推进轴系的艉管后轴承支撑点处截面转角计算值不超 过3. 5X KT4rad，实际安装工艺中推进轴系的艉管后轴承被安装成与轴系的设计基准直线 同轴，轴系的基准直线就是轴系理论中线，推进轴系的艉管后轴承支撑点处截面转角计算 值超过3. 5X l(T4rad才用特定的斜角键孔。
[0006] 轴承的工作部位是轴承孔和轴颈，轴承孔是轴承的支撑部位，轴颈是被轴承支撑 的轴上部位，轴承中心轴线也就是轴承孔中心轴线。轴承中心轴线与相配合的轴之间由于 挠度的存在会有相对的夹角，轴转动时轴承孔与轴的接触就不均匀，从而造成轴承孔与轴 接触处应力或压强不均匀，使得轴承沿轴向的不同位置的磨损量不一样的状况，形成轴承 的偏磨。现有的推进轴系合理校中的设计和工艺技术不能很好的解决轴承偏磨的问题，特 别是艉轴后轴承自身的偏磨问题。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种旋转轴系的轴承孔系的 布置方法，该方法通过顺应挠度曲线，使轴承安装角度与轴系轴线之间的夹角基本为零，从 而使得轴承孔与相配的轴之间的接触比较均匀，轴承沿轴向的不同位置所受应力或压强基 本一致，理论上来说所受应力或压强是一样的。从而可以解决旋转轴系轴承自身的偏磨问 题。本发明还提供了一种利用上述布置方法的布置轴承孔系的旋转轴系。
[0008] 按照本发明的一个方面，提供一种旋转轴系轴承孔系布置方法，通过对支撑旋转 轴系各轴承的轴承孔轴线的位置和偏转角度进行布置，使单个轴承沿轴向的不同位置所受 应力或压强基本一致，从而实现对旋转轴系的支撑和基本消除轴系轴承自身的偏磨，其特 征在于，所述各轴承按照顺应轴承的轴承孔型心处的轴系挠度曲线安装布置，也就是按顺 应轴系挠度曲线安装布置，即轴承的轴承孔型心位于所述挠度曲线上。
[0009] 其中旋转轴系的挠度曲线是指理论计算的旋转轴系的中心轴线的挠度曲线。
[0010] 作为本发明的进一步优选，所述顺应的轴系挠度曲线安装布置具体包括：
[0011] 确定所述旋转轴系的挠度曲线并进而确定该挠度曲线在各轴承孔型心处的挠度 值及转角的步骤，其中所述轴系挠度曲线转角指轴系在轴承的轴承孔型心处的挠度曲线与 所述旋转轴系的基准直线的夹角，所述挠度值指轴系在轴承的轴承孔型心处对轴系的基准 直线的偏移量；根据所述轴承孔中心轴线与该轴承的轴承孔型心处的轴系挠度曲线的夹角 的当量误差确定所述各轴承的安装角度即按顺应挠度曲线安装或是按基准直线安装的步 骤，其中所述轴承的安装角度指各轴承孔中心轴线与所述旋转轴系的基准直线的夹角，以 及根据上述步骤确定的轴承挠度值和安装角度，进行轴承安装，完成各轴承顺应轴承孔型 心处的轴系挠度曲线的安装。
[0012] 作为本发明的进一步优选，所述确定各轴承的安装角度具体为：当轴承孔的型心 布置在轴系基准直线上且其中心轴线与轴系挠度曲线夹角的当量误差dt大于轴系同心度 公差阈值，或轴承单边间隙差值的允许最大值阈值时，按顺应轴系挠度曲线安装，此状况就 是按顺应轴系挠度曲线的转角安装；当轴承孔的型心布置在轴系基准直线上且其中心轴线 与轴系挠度曲线夹角的当量误差dt小于等于轴系的同心度公差阈值或轴承单边间隙差值 的允许最大值阈值时，按顺应轴系挠度曲线的安装也就是沿轴系的基准直线安装。
[0013] 轴系同心度公差阈值为预先设定值，其根据轴系性能要求选取，可以为轴系同心 度公差φ t或者轴系同心度公差φ t的一定百分比。轴承单边间隙差值的允许最大值阈值 为预先设定值，可以为轴承单边间隙差值的允许最大值gap或者轴承单边间隙差值的允许 最大值gap的一定百分比，其中，所述轴承单边间隙差值的允许最大值gap是指周向同一位 置、轴向不同位置的单边最大间隙减去单边最小间隙的差值的允许最大值。轴承单边间隙 差值是指周向同一位置、轴向不同位置的单边最大间隙减去单边最小间隙的差值。
[0014] 上述百分比取值区间为（0,100%)，可根据轴系性能要求选取，且上述两种阈值的 百分比的值不同。
[0015] 作为本发明的进一步优选，所述轴承孔中心轴线与轴系挠度曲线夹角的当量误差 为dt=LX Θ，其中轴系的某个轴承的长度为L，轴承孔中心轴线与轴承型心处轴系挠度曲 线的夹角为Θ。沿轴系的基准直线安装轴承时，Θ等于轴系挠度曲线转角。
[0016] 按照本发明的另一方面，提供一种利用上述方法布置其轴承孔系的旋转轴系。
[0017] 作为本发明的进一步优选，所述旋转轴系为3个或3个以上的轴承且理论上共一 根轴线的轴系，包括船舶推进轴系、航空发动机轴系、汽轮发动机轴系或多气缸发动机曲 轴。
[0018] 作为本发明的进一步优选，在计算好挠度曲线并且得到轴系的挠度曲线在轴承孔 型心处的挠度值以及转角之后，再进行判断是否顺应轴承孔型心处轴系挠度曲线安装轴 承。
[0019] 首先计算轴承孔的型心布置在轴系基准直线上时，轴承孔中心轴线与轴承孔型心 处轴系挠度曲线夹角的当量误差。该轴承孔中心轴线与轴承型心处轴系挠度曲线夹角的当 量误差为：轴系中存在轴系基准轴线、轴系挠度曲线和轴承孔中心轴线，定义推进轴系的某 个轴承的长度为L，轴承孔中心轴线与轴承孔型心处轴系挠度曲线的夹角为Θ，则轴承孔 中心轴线与轴系挠度曲线夹角的当量误差为dt=LX Θ。沿轴系的基准直线安装轴承时，Θ 等于轴系挠度曲线转角。
[0020] 因为轴系制造安装的不同，对轴承孔中心轴线与轴承型心处轴系挠度曲线夹角的 当量误差要求也不同，轴系的同心度公差Pt或轴承单边间隙差值的允许最大值gap也有 所不同。由于轴颈与轴承孔的单边间隙在轴向不同位置可能大小不同，轴承单边间隙差值 的允许最大值gap是指周向同一位置、轴向不同位置的单边最大间隙减去单边最小间隙的 差值的允许最大值。
[0021] 当轴承孔的型心布置在轴系基准直线上且其中心轴线与轴系挠度曲线夹角的当 量误差dt大于轴系的同心度公差阈值或轴承单边间隙差值的允许最大值阈值时，轴承会 出现轴承自身的偏磨问题，因此轴承必须按顺应轴承孔型心处轴系挠度曲线安装，此状况 就是按顺应轴系挠度曲线的转角安装。当轴承孔的型心布置在挠度曲线上时，轴承的挠度 值加上轴承中心轴线与轴系挠度曲线夹角的当量误差dt的和大于轴系的同心度公差阈值 或轴承单边间隙差值的允许最大值阈值时，按顺应轴系挠度曲线的挠度和转角安装，否则 按顺应轴系挠度曲线的安装就是沿轴系的基准直线安装。顺应轴系挠度曲线来安装轴承， 需要保证轴承孔中心轴线与轴系挠度曲线夹角的当量误差dt小于轴系的同心度公差阈值 或轴承单边间隙差值的允许最大值阈值。
[0022] 轴系同心度公差阈值为预先设定值，其根据轴系性能要求选取，可以为轴系同心 度公差φ t或者轴系同心度公_.φ t的一定百分比。轴承单边间隙差值的允许最大值阈值为 预先设定值，可以为轴承单边