[发明专利]一种滑动轴承端盖安装间隙值设计方法

说明书

技术领域

本发明属于机械设计领域，涉及滑动轴承轴套安装时，轴承端盖与机体间初始间隙值的设计，特别是涉及船用柴油发动机滑动轴承安装时初始间隙值的设计。

背景技术

发动机设计中，滑动轴承多采用整体轴套式结构，轴套安装在轴承孔中，实现滑动轴承的工作。对于轴孔配合公差的选取，传统中多根据经验和查询机械设计手册来确定，没有理论计算的方法，然后采用冷套的方式，完成轴套与机体轴承孔的盈装配，来保证轴套的固定作用。由于采用了冷套的过盈装配方法，滑动轴承的轴套在拆装维修时非常麻烦然而对于轴承端盖的安装间隙设计的技术未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种滑动轴承端盖安装固定轴套时轴承端盖与机体间初始间隙的计算方法，具体技术方案包括以下步骤：

步骤1：建立轴承端盖安装组件的有限元模型并求解

根据CAD三维模型，建立轴承端盖与箱体安装的有限元模型，其中端盖螺栓、轴套和轴套合金层采用一阶六面体单元，单元类型为C3D8I，轴承端盖和箱体部分采用二阶四面体单元，单元类型为C3D10M；将模型底面采用固定约束，轴承端盖与箱体之间初定2mm的初始间隙值，计算的载荷为端盖螺栓的预紧力作用，预紧力为173kN；

步骤2：提取变形值与螺栓载荷的关系曲线并计算斜率

从计算结果中提取轴承端盖与箱体变形结果，根据计算结果得到轴承端盖与箱体接触面的间隙值与螺栓预紧载荷之间的规律，从计算结果得到失圆度、 偏心度以及接触面的间隙值与螺栓载荷基本呈线性关系，变形量与螺栓载荷的关系方程如下：

a圆度与螺栓预紧载荷的斜率：

b纵向偏心度与螺栓预紧载荷的斜率：

c最小间隙值减少量与螺栓预紧载荷的斜率：

d最大间隙值减少量与螺栓预紧载荷的斜率：

步骤3：确定安装工况下螺栓预紧力载荷范围

根据滑动轴承安装公差、齿轮安装公差、轴套安装最小过盈量和轴承端盖与箱体压紧的要求得到轴套的失圆度、纵向偏心度、端盖与箱体接触面最大间隙值的减少量以及最小间隙值的减少量的要求：

a圆度：F₁(x)≤A₁

b纵向偏心度：F₂(x)≤A₂

c最小间隙值减少量：F₃(x)≥C₁

d最大间隙值减少量：F₄(x)≥C₂

e同时需满足在安装最小过盈量要求时，即时，接触面两侧区域不发生接触：

式中：A₁为安装公差确定的失圆度限定值；

A₂为安装公差确定的纵向偏心度限定值；

C₁为初始间隙值；

C₂为轴套与轴承孔安装最小过盈量要求

得到安装工况下螺栓的预紧载荷应满足：

步骤4：确定运行工况下螺栓预紧力载荷范围

齿轮箱轴承盖在工作过程中轴套不会发生纵向开口，螺栓预紧载荷满足：n·x≥F_n

齿轮箱轴承盖在工作过程中轴套不会发生切向滑移，螺栓预紧载荷满足：n·μ·x≥F_τ

式中：n为齿轮箱端盖螺栓个数；

F_n为轴承载荷纵向分力；

μ为轴承盖与螺母接触面摩擦系数；

F_τ为轴承载荷水平分力

得到安装工况下螺栓的预紧载荷满足：

步骤5：根据步骤3和步骤4综合确定端盖螺栓预紧力

根据安装工况以及滑动轴承运行工况的要求，得到齿轮箱端盖螺栓预紧载荷的范围为：

根据有限元计算得到各变形值与螺栓预紧力的关系曲线，对曲线求斜率得：

k₁＝0.00014mm/kN，k₂＝0.00025mm/kN，k₃＝0.003mm/kN，k₄＝0.00057mm/kN

根据轴承力计算得到轴承水平方向载荷为F_τ＝10.5kN，竖直方向载荷为F_n＝0，其中，竖直方向为螺栓连接的方向；