油膜轴承性能计算可视化界面的开发

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Development of Visualized Interface for Performance Calculation ofOil-Film BearingsTang Liang，Wang Jian-mei，Kang Jian-feng，Ma Li-xin，Xue Ya-wen(College of Mechanical Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China)Abstract：The load capacity of oil-film bearings is calculated by using finite diference method and Foran program，and then other drawing software is used for data post-processing.The drawing functions of Visual Basic are integratedin the visualized interface.According to the dynamic visualization of the oil-film pressure of the circumferential andaxial nodes，the regulation of oil-film pressure distribution under any condition parameters is discovered.The integra-tion of calculation and graphics is achieved.which provides a new mean for further insight into the oil-film bearingperformance。

Key words：oil-film bearing；perform ance calculation；visualization；graphics油膜轴承是-种以润滑油为介质的滑动轴承，作为重要的支承元件，广泛应用于中厚板轧机、冷轧机、高速线材轧机及核电发电机组等设备中。动压油膜轴承工作时根据流体动压润滑理论，当安装于轴颈的锥套以-定的速度旋转时，锥套和衬套之间被-层油膜完全隔离开，形成纯液体摩擦状态，能有效减小摩擦和磨损。因此，润滑油膜的工作特性决定着轴承的使用寿命 。

收稿日期：2012-08-22；修回日期：2012-09-10基金项目：国家自然科学基金(51205269)；山西侍育厅留学归 国项 目(20121003)；山西省大学生创新项 目($2010002)；校级博士启动基金(20092007)作者简介：唐亮(1987-)，男，山西临汾人，硕士，从事现代轧制设备设计理论研究。E-mail：shinetangl214###yahoo.cn。

通讯作者：王建梅(1972-)，女，山西定襄人，教授，博士，从事摩擦学及先进制造技术研究。E-mail：wjmhdb###163.com。

油膜轴承性能计算的可视化界面设计是对油膜轴承润滑理论研究的完善与扩展。本例通过For-trail和Visual Basic(简称VB)的混合编程得到了油膜压力在周向和轴向的分布规律，给出了不同工况下沿轴向和周向油膜压力变化曲线的可视化显示。

1 可视化计算的思路图 1所示为油膜轴承可视化计算系统流程。

可视化计算界面通过计算轴承的工作性能参数模拟油膜轴承的实际工况。基于 VB界面输入或更改计算参数，其中输入参数包括相对间隙、轴承直径、宽径比和偏心率等；输出参数包括最大承载力、最小油膜厚度、偏位角和轧制压力，计算结果以报表形式输出 J。该系统基于 Fortran源程序生成动态链接库DLL，通过VB调用动态链接库进行混合编程，整个计算过程在后台运行，将计算结《轴承)2013.No.2果返回VB主程序界面，同时绘制油膜压力曲线。

该计算系统关键在于动态链接库的建立与子程序的输出 。

l VB输入参数II Fortran动态链接库I界面显示结果绘制压力曲线图 1 油膜轴 承可视化 计算 系统流程1.1 动态链接库的建立Fortran PowerStation为建立动态链接库提供了全面的支持〃立-个动态链接库包括：生成动态链接库，输出动态链接库中的变量或过程，以供其他程序使用，使其他程序顺利地使用动态链接库 。

利用 Fortran PowerStation建立动态链接库的步骤如下：(1)在 Microsoft FortranStation4.0的环境下，新建-个类型为 Dynamic Link Library的工程并命名；(2)在该工程中编写 Fortran源程序；(3)编译、建立此源程序，生成动态链接库文件。

1.2 从动态链接库中输出程序将Fortran编写的计算程序导入动态链接库，首先要在Fortran子程序中声明该子程序为外部子程序，使其能被 DLL从外部访问 J。Fortran程序名必须从 DLL中输出且与 VB的名字完全匹配。

输人参数类型，INTENT(IN)：：输人参数表；输出参数类型，INTENT(OUT)：：输出参数表。

1.3 动态链接库的调用1.3.1 动态链接库 DLL的声明Fortran动态链接库中的子程序或函数过程相对 VB系统是个子过程，使用时须指定过程的位置和调用参数，以便编译器找到该过程，生成正确的调用接口，声明可用 Declare语句提供这类信息。

clare Function<动态链接库中的子过程名>Lib，<动态链接库中文件路径名 >[alis过程别名”](参数表)。如果过程没有返回值，可将其声明为：Declare Sub<动态链接库中的子过程名 >Lib，<动态链接库中文件路径名>[alis过程别名”](参数表)。

1.3.2 动态链接库 DLL的调用在声明DLL过程之后，VB将其作为内部过程使用。在声明函数之后，其调用方式与标准的 VB函数相同。需要先定义被调用子程序的过程参数类型，然后赋值，最后使用 Cal语句调用。调用格式为：Cal子过程或函数过程名(实参，)，其中无参数时，省略括号 J。

2 可视化界面的开发2.1 油膜压力计算油膜压力计算关键在于 Reynolds方程的求解。Reynolds方程是流体动压润滑基本方程，普遍形式为 J( ) ( 警)[A (Uph)Ox dx Oz 7孔 m dz L(Gob)2r(w- 。)I。 (1)对于稳态工况的轴承，假设润滑油为不可压缩流体，液体润滑剂密度可视为常数。当润滑油膜的热效应不十分明显时，可视为等温状态，即流体黏度在整个润滑膜中保持不变，可将 Reynolds方程简化为( )拿( 。 )6 Ohox ox oz oz ox 。 (2) -为计算简便，对 Reynolds方程进行如下无量纲化Xx/R，Yy/÷， zz/c，PPc /(n0woR)，hc/h0，eCoO，叼//0，其中，z为油膜轴承周向长度；z为油膜轴承轴向长度；y为油膜厚度；尺为轴承半径；c为半径间隙； 为轴承宽度；oO为偏心率；to为轴颈 自转角速度；叼。为人口处润滑油的黏度。

在等黏度条件下，即卵1，Reynolds方程无量纲形式为3I2嚣嚣。等3h -Oh O p(D，I a a a aAA。蛆a，2 k ) 3 (3)式中：D为轴颈的直径；h为无量纲油膜厚度；P为无量纲油膜压力； 为周向间距；A为轴向间距。

运用有限差分法解上述偏微分方程，利用有限差分近似值代替导数，把二维偏微分方程转换为-维差分方程，将承载区沿周向展开成矩形区域并划分网格，计算各个节点的压力值 ]。

唐亮，等：油膜轴承性能计算可视化界面的开发2.2 油膜压力分布的可视化将油膜轴承承载区沿周向平均分为 个节点，沿轴向平均分为 Ⅳ个节点，本例设定 M49，Ⅳ37，运用有限差分法计算出各网格节点的压力值 ，然后采用 VB绘图，其编程方法为：(1)在 VB界面中创建命令控件 1(command。

buton)，标签设定为绘制压力曲线”；创建命令控件2，标签设定为清屏”，代码中使用 Cls方法清 。

box)，在控件上输出图形并用print方法输出文本，同时设定绘图区域大小，其代码在命令控件 1中设置。

(3)用 scale方法设定坐标区域大小，使用 line方法绘制两坐标轴，横坐标为周向或轴向节点，纵坐标为无量纲压力大小，用 print方法输出坐标轴信息，其代码在命令控件 1中设置。

(4)创建文本框用以输人所绘制的位置，并在命令控件 1中编写代码给变量赋值，在循环语句中写入 line语句，从而绘制出压力分布曲线 ]。

输入表 1中工况 1的参数，点击 VB界面计算”按钮，并点击绘制压力曲线”按钮，绘制出承载区周向压力分布(图2)和轴向压力分布(图3)；输人工况2的参数，进行与工况 1相同的操作，绘制出承载区周向压力分布(图4)和轴向压力分布(图5)。

结合工况1和工况 2的计算结果，观察可知油膜轴承的受载特征。

表 1 油膜轴承输入参数图2 工况 1的周向油膜压力分布图3 工况 1的轴向油膜压力分布递 粕 巨 回 -- 偏位角嚏 ) 。瑚：- . ! ” I f# l I№m I l ～ ～图4 工况2的周向油膜压力分布输 参数 --～I - -相对问。1lnd0- 胡精抽钻虚 Ef )D- - ( F- ；-㈣ 鞴～ 岫瞒厚度(槭籼r 舯 j培制压力曲线l州---啸位月墟) r赫 - !，Ij P 兰!I- - i 1f 11 /---、 Ii/ I- ]i- r1f-- 嗍 l I搬. I m # t燃 f f ～ ～ 图5 工况2的轴向油膜压力分布(1)选定工况 1中周向第19组数据进行绘图(图2)，周向油膜压力分布具有对称性，在 0～15节点和35～48节点内数值较小，而且变化平稳；在15～35节点内数值较大；在27节点附近达到峰值，确定该点区域为周向承受轧制力的主要区域。

(2)选定工况 1中轴向第 30组数据进行绘图(图3)，轴向油膜压力分布均匀且对称，在 19节点附近达到峰值，确定该点区域是轴向承受轧制力的主要区域。

(3)分别选定周向第 l9组数据和轴向第30组数据进行绘图(图4、图5)，油膜压力分布趋势基本相同。对比图4与图2、图5与图3可知，相同节点处在工况2下的油膜压力高于工况1。由兰- 芎鞫-三-融-!量 Q二 !鱼CN41-1148/TH轴承 2013年2期Bearing 2013，No.2.I创新与革新40CrNiMoA钢兜孔带锁点保持架加工工艺改进李娜，胡俊卿，刘友国，郭晓玉(洛阳LYC轴承有限公司 031轴承厂，河南 洛阳 471023)摘要：分析40CrNiMoA钢制兜孔带锁点保持架现有加工方法中存在的问题，对加工工艺进行了改进，研究出了能稳定保证产品加工的工艺方法。

关键词：圆柱滚子轴承；实体保持架 ；40CrNiMoA；带锁点兜孔中图分类号：TH133.33 2 文献标志码：B 文章编号：1000-3762(2013)2-0064-01某型圆柱滚子轴承采用兜孔带锁点保持架，结构如图 1所示，保持架材料为40CrNiMoA钢。保持架在加工过程中，兜孔的锁点已经形成，不需要在装配的过程中进行压域者凿印，装配比较方便。

改进前 40CrNiMoA材料实体保持架兜孔的加工工艺为：钻孔 镗孔-扩锁点-拉孔。钻孔的目的是加工出兜孑L锁点；镗孔工序则为拉孔预留出合适的留量。拉刀设计成带有凹槽的形状(符合图纸要求锁点的宽度 )。但是在进行拉孔工序时，发现由于40CrNiMoA材质黏性大、硬度高，以及底部锁点的引导长度较短，造成拉削过程不平稳，产生甩刀”现象，致使拉刀承受的抗力过大，出现断裂，无法满足大批量生产要求。

为保证拉削过程平稳，加工时加大底部锁点引导长度，改进后的加工工艺为：钻孔-镗孔-拉收稿日期：2012-ol-05；修回日期：2012-10-12图 1 保持 架兜孔 结构 示意图孔-扩锁点，即拉孔时兜孔仍旧为直孔，拉孔完成后再进行扩锁点工序。为了避免装夹误差造成锁点大小不-，还设计了兜孔定位销配合使用。

实践证明，改进后工艺使拉刀寿命大幅延长，可保证大批量加工生产的需要，此加工方法也可应用于同材质、同结构的保持架兜孔的加工。

(编辑：李超强 )此可知，在其他输入参数不变的情况下，油膜压力随着轧辊转速的升高而增大。

3 结束语本系统可依据不同参数进行计算和绘图，可以直观地显示油膜压力沿周向和轴 向的分布规律，能方便地分析出不同工况对油膜压力的影响。

将可视化技术作为油膜轴承润滑理论研究的新方法，将会显著地缩短油膜轴承的设计周期，有效降低设计成本。 。