前言

回轉窯是對散狀物料進行加熱處理的熱工設備。是一種低速、重載、多支點且超靜定的機械運轉系統。廣泛用于水泥、冶金、建材、化工等領域。隨著技術的不斷進步，生產能力的不斷擴展，以及回轉窯的大型化發展，滑動軸承已經成為大型回轉窯設備中普遍應用的軸承。

由于回轉窯長期在高溫、低速及重負荷的條件下運行，這就給回轉窯支承部位的軸承提出了更高的要求。如果能在工作表面發生相對運動時保證充分的流體潤滑，使得滑動表面被流體膜隔開，并由其建立的流體膜壓力平衡外載荷，形成流體潤滑。由于摩擦面不發生直接接觸，只在流體的分子之間產生摩擦，則可以大大減少摩擦損失、工作表面磨損和滑動軸承溫度的升高，從而延長軸承的壽命。而潤滑油膜具有一定的吸震能力，還有利于提高滑動軸承運轉的穩定性和運轉精度。

回轉窯在運行中，滑動軸承潤滑膜的形成是滑動軸承能正常工作的基本條件。1886年雷諾（Reynolds）根據對托爾（Tower）試驗結果的理論分析， 提出了著名的雷諾方程， 奠定了流體動壓潤滑的理論基礎。將雷諾方程無量綱化得出如下方程式：

摩擦表面之間存在三種典型的摩擦狀態。當在一定條件下兩摩擦表面被一層粘性流體完全分開，并由其所形成的流體膜平衡外載荷，形成流體潤滑。由于兩摩擦面不直接接觸，當兩表面發生相對運動時，就只在流體的分子間發生摩擦，此時流體動壓潤滑的摩擦性質完全取決于流體的粘性。流體動壓潤滑問題的理論基礎中的基本方程之一，就是著名的雷諾方程。

根據流體動壓潤滑理論，影響滑動軸承油膜壓力分布的參數主要有軸承寬徑比、相對間隙、徑向載荷、潤滑油的粘度、主軸轉速等。（見圖1-2、圖1-3）

圖1-2給出了不同寬徑比下中心線處的壓力分布。從圖中可以看出，在一定的偏心率下，隨著寬徑比值的增大，油膜的壓力值也隨之增大。而在軸承的軸向寬度上，由于在軸承的兩端發生側泄，無量綱油膜壓力壓力值在減小。

而圖1-3給出了不同偏心率下中心線處的壓力分布。可以看出，隨著偏心率的增大油膜最高壓力增大，壓力峰值位置處于收斂段內，并且向著最小油膜厚度方向移動。此時軸承溫度也會隨之升高，溫度分布最大值位置處于最小油膜厚度附近。

為承受載荷，油膜壓力必須是正的，即壓力曲線應為凸曲線。凸曲線特點是：

斜率dp/dx隨x的增加由大逐漸變小。由此可見，若v>0，即圖2-1的上表面朝X軸正向運動，必須使dh/dx<0，間隙朝X軸正向收斂，反之，若v>0，即圖2-1的上表面朝逆X軸方向運動，必須使dh/dx>0，間隙朝逆X軸方向收斂。總之，利用兩表面的相對運動把潤滑劑從收斂間隙的大口帶向小口，借此使油膜形成“尖楔”作用，即油楔。

圖2-1 液體受力分析

由圖1-1和圖3-1。

p的分布情形：沿軸承寬度呈拋物線，沿軸承軸向在θ=0~π 間p>0。將p沿分布去積分，得

式中：

S：徑向軸承的軸承特性數，反應載荷、速度、粘度和軸承之間的約束關系；滑動軸承特性數是軸承包角β、寬徑比L/b、和偏心率ε的函數。在式3-4中， S與b/d的平方成反比。

圖3-1  壓力分布

通過上述分析，對滑動軸承參數的選擇提出如下看法供設計參考：

（1）平均壓強Pm和寬徑比l/d

選取較大的寬徑比可以降低平均壓強。但寬徑比越大，軸頸的允許偏轉角越小，要求制造和安裝對中精度越高。否則在軸承端部將出現軸頸與軸承的“棱緣接觸”，從而破壞了液體的摩擦狀態。

選取合適的寬徑比，還可最大限度的降低軸承的溫升。根據長期的實踐證明，在中小型回轉設備中，軸承的寬徑比l/d一般選取=1.44比較合理，而在大型回轉窯的設計中，由于載荷相對較大，根據圖1-2和圖1-3綜合分析，寬徑比l/d的值宜選擇1.2左右較為適宜，目前包括史密斯在內的國外一些公司在大型回轉設備的設計中，l/b的取值范圍也均在1.2附近。

（2）粘度η

當限定偏心率時，軸承特性數S將是個定值。為實現液體動力潤滑，對重載、低速的軸承應選用粘度高的潤滑油。圖4-1是轉速與粘度的關系曲線，可作為選取潤滑油的參考。

（3）相對間隙Ψ

軸承的某些特性參數是相對間隙（亦即半徑間隙）的平方或立方的函數。因此間隙值的改變對軸承性能有很大影響，軸承在制造中不可能取得數值完全一樣的間隙。運轉中由于磨損會使間隙逐漸增大，這就要求掌握間隙的變化的軸承某些特性值的具體影響。為此設計時應做出主意特性參數與間隙的關系曲線，作為選取恰當的間隙和配合的依據。

圖4-1  粘度和相對間隙選擇圖

間隙過小，軸承溫升高，加速軸承材料疲勞損壞；最小油膜厚度過薄，潤滑油中的污物微小顆粒不易順利通過，加速軸承的磨損。增大間隙可以防止上述缺點。但間隙過大，軸承油膜厚度會再度減小。最好在最小油膜厚度曲線最高點左邊選取間隙范圍和配合，以便當軸承磨損使間隙增大時油膜厚度還是增加的，至少不會減少過多。

(4) 包角β（接觸角）

滑動軸承要求具有一定的包角。傳統的滑動軸承對180°瓦一般要求120°的包角，與根據油楔形成條件相差甚遠，不利于潤滑油膜的形成。選擇適當的包角β，可以使瓦口到滑動軸承最大受力處的相對間隙逐漸減小，不僅可以滿足油楔形成條件，且符合雷諾方程流體動壓潤滑條件，及易形成潤滑油膜。實踐證明對于大型設備來說，在60°范圍內選取比較合理。

綜上所述，影響潤滑膜形成的因素有潤滑方式、動副相對運動速度、潤滑劑的物理性質和運動副表面的粗糙度等。滑動軸承的設計應根據軸承的實際工作條件，確定軸承的結構類型、選擇合適的潤滑劑和潤滑方法及確定軸承的幾何參數等。對文中提出的選擇方法及實際中的得出的一些數據具有一定的參考價值，對對提高滑動軸承承載能力有著重要意義。

作者：李光

來源：《洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司》

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