更新时间：2023-01-31 21:36
在小钢轮的支承座内，装有轴承座、振动轴承和压在轴承座上的端盖。在支承座和轴承座内一周，布有导油孔连通，轴承座内的导油孔在周边用封头堵塞，朝端盖的油孔较导油孔其它部位直径小，端盖与轴承座形成一个环形空间。在压路机行驶时，钢轮旋转，使装入小钢轮内的冷却润滑液，经导油孔、油孔、环形空间，进入振动轴承内，再回到小钢轮，进行循环润滑冷却。
支承座，在小钢轮的支承座内，装有轴承座、振动轴承和压在轴承座上的端盖。在塑料成型的壳体的右侧设有一梯形的圆台，圆台的中心孔为一斜孔，圆台的上端面为一斜面，左侧端为一凸起的挡块，其圆孔内放置开瓶器，壳体的上平面左侧端设有一“U”型凹槽，“U”型凹槽内放置开瓶器配件，其结构简单，使用方便快捷。
一种预紧的支承座，该支承座用于可绕销轴转动的悬臂、优选用于与轨道连接的车辆如悬臂上的起重机小车的可转动运行轨道，该悬臂借助销轴可转动地支承，所述支承座包括在悬臂上的锁和在所述锁的上、下支承点之间的滑板，其中在上支承点中的两个滑板的至少一个滑板弹性地支承，使得当悬臂向内转动到工作位置时，整个锁垂直地预紧并且使销轴卸载。
某产品支承座零件如图1所示，材料为6061铝合金，结构复杂，四侧都有侧凹结构，有较高的力学性能要求。从成型工艺分析，采用压力铸造，难以达到力学性能的要求；采用固态塑性成型，结构太复杂，难以实现。研究采用液态模锻技术—一种先进的成型新技术，具有压力铸造和固态塑性成形的优点。
液态模锻是使注入模腔的金属，在高压下凝固成型。液态金属在高压之下，其固相线向高温方向移动，与原固相线出现一个∆T，其大小取决于施加力的大小。若液态金属在接近固相线时，施加的压力使液态金属处于过冷状态。在大的过冷度条件下，液态金属便能形核并长大，形成晶粒的内生长，阻碍了未加压时枝晶的单向延伸，而形成等轴晶组织结构。也避免了未加压时先结晶区与后结晶区组织成分差异—偏析。由于结晶是在压力下进行的，其制件内部组织致密，无空洞与疏松。主要特点如下：①液锻模具的充填性高于固体金属模锻的充填性；②液锻件组织致密，无成分偏析，基本为等轴晶结构，无各向异性；③液锻件有铸件的基因而具有高的抗腐蚀性能，其密度、力学性能基本同锻件；④液锻成形速度低，排气性能好，而压铸过程由于金属高速流动裹入了大量气体，不能排出而凝留于金属之中，造成铸件强度和伸长率低于液锻件。
（1） 模具结构
根据产品的结构特点，模具结构上需要在前后左右四个方向上进行侧向抽芯，见图2。使用的设备为某厂生产的专用液态模锻压力机，主缸压力为 500 t，下加压缸压力为300 t，两侧加压缸压力为160 t，设备的功能和动作比较完善。由于该产品的结构特点，在模具设计时，左右两侧的抽心由设备的侧加压缸完成，而前后两侧的抽芯通过模具的斜销抽芯机构实施。
（2）模具工作过程
将铝合金熔液注入模具凹模6型腔中，上模下行，两侧缸加压，实现模具型腔的闭合。在压力机下加压缸的作用下，通过推板1推动下压头5、17，压头上行，对金属液体进行加压，凝固成型，待锻件冷却定型后，两侧液压缸进行左右侧向抽芯，同时上模上行，继续通过斜销进行前后侧向抽芯。最后下加压缸上行，通过压头将锻件推出模具型腔。之后，进入下一个工作循环。
（1）工作部分模具材料及要求
液态模锻模具虽然所受的平均单位压力要比模锻时小得多，但在成形过程中，与液态金属接触的模具零件要吸收大量的热量，因温度过高而导致强度降低。故材料选用3Cr2W8VA，热处理后的硬度为48～52 HRC；模具的型腔粗糙度为Ra=0.2～0.4 μm。热处理后的硬度不要求太高，因为与液态金属接触后，其硬度会略有降低。
（2）锁模及抽心机构
模具左右侧向锁模及抽心由设备提供的侧向加压油缸完成，压力约 50t，前后侧滑快的锁模及抽芯由斜销机构实施，锁模力约60 t。通过设计计算分析，机构的强度和刚度均能满足使用要求。
（3）模具的间隙
包括凸模与凹模及凹模与模套之间的间隙。其中最主要的是凸模与凹模的间隙要合理。间隙过大会导致铝液飞溅出来，过小则会造成“卡死”，同时也影响工件的质量。本设计单边间隙为0.12～0.15 mm。
（4）脱模斜度
脱模斜度是为了使锻件脱模方便，而在凸模和凹模与液锻件接触的表面所设的斜度，本模具取1°～3°。
（5）锻件收缩率
根据实验数据，模具型腔尺寸应考虑锻件收缩，取锻件的总收缩率为1%。
（1）比压值
压力因素是液态模锻成败的关键，常用比压值来衡量。比压的大小与加压方式、制件几何形状尺寸、合金特性等相关。平冲头压制比压高于异形冲头压制；实心件比压高于空心件，高制件比压高于矮制件；逐层凝固合金选用的比压高于糊状凝固的合金。本工艺采 用比压值为60～80 MPa。
（2）加压开始时间
加压开始时间是液态金属注人模膛至加压开始的时间间隔。从理论上讲，液态金属注人模膛后，过热度丧失殆尽，到“零流动性温度”加压为宜。加压开始时间的选用主要与合金熔点和特性有关。本工艺加压前延时15 s。
（3）保压时间
升压阶段一旦结束，便进入稳定加压，即保压阶段。从保压开始至结束(卸压)的时间间隔为保压时间。本工艺的保压时间为25 s。
（4）加压速度
加压速度指加压开始时液压机行程速度。加压速度过快，金属液易卷入气体和飞溅；过慢自由结壳太厚，降低加压效果。加压速度的大小主要与制件尺寸有关。
（5）浇注温度
浇注温度过高，增加形成缩孔的倾向，消除它需增大压力。浇注温度过低，将增加自由凝固结壳厚度，降低加压效果。一般采用低温浇注，可减少制件收缩和因收缩而产生的缺陷，提高模具寿命。本工艺浇注温度为 720℃。
（6）模具温度
模具温度低，将降低加压效果，还会增加冷隔，形成柱状晶等缺陷；模具温度高，容易粘焊，加速模具磨损。模具温度选用与合金凝固温度、制件尺寸、形状有关。本工艺模具预热温度为150～200℃，工作温度为200～300℃。
重型燃气轮机透平端支承座位于高温燃气通道中，工作条件极为恶劣。由于燃气温度较高，会引起机座的热变形，如何消除热变形对轴系中心标高的影响，一直是各大燃机制造商保证轴系安全运行所考虑的重要环节。国外对燃气轮机转子机座中心标高研究起步较早。SUNAO等对日本三菱公司的6根切向支承板机座在消除振动方面对中心标高的影响进行了简要的介绍。FUGELSOR等对转子中心标高的变化和转子中心对中问题进行了详细的研究。PAOLO等对带联轴器的转子中心不对中进行了较深入的研究。JORDAN对影响一般轴系的中心标高变化的因素进行了分析，同时对轴系中心标高变化进行了研究。由于对技术的保密性要求，国内外已公布的自适应对中机理的研究文献相对较少。面对我国近年来引进的先进燃气轮机发电机组，研究燃气轮机支座中心标高与热变形之间的关系是消化吸收引进机组、自主研发燃气轮机结构设计技术不可缺少的重要内容。
以某重型燃气轮机所用的切向支承座为研究对象，如图3所示，其主要由外壳、扩压器、轴承座和沿轴承座外圆均布的切向支承板等元件组成。支承板为变截面设计，长度为1500 mm，与外壳端连接处的截面尺寸为450 mm×75 mm，机壳内半径为1900 mm。支承板与轴承座连接处的尺寸为450 mm×25 mm，轴承座外半径为400 mm。高温燃气通过扩压器排出，同时在外壳和扩压器外壁之间通入冷却气体，对支承板和轴承座进行冷却。考虑
到支承座结构比较复杂和工作环境比较特殊，文中采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics，CFD)软件，建立了包括切向支承座、扩压器、冷热流体等元件的三维有限元分析模型。考虑冷热流体对支承座和扩压器的热传递，进行热流固耦合计算，对切向支承的热态自适应对中机理进行了研究与探讨。
支承座内的冷热介质的流动和传热过程可分解成三个物理问题：① 流体在扩压器和壳程内的湍流流动过程；② 流体与外壳和扩压器固体壁面之间的对流传热过程；③ 机座、扩压器固体内的热传导过程。将上述三个物理问题转化成数学问题，需要用流体流动、流体对流传热和固体热传导三个数学模型来描述。
流固耦合方法可分为直接耦合法和顺序耦合法。鉴于本文着重研究机座在热变形下的自适应对中问题，故采用顺序耦合法。该方法用CFD和有限元分别求解流体方程和结构方程。通过在界面处定义控制面将流场分析得到的温度场作为热载荷传递到结构场中来实现耦合分析，如图4所示。在机座壳体外表面设置为固支约束。将壳体、扩压器与流体接触面处设置为流固交界面，整个分析中由有限元法进行固体结构分析，用CFD进行流体动力学分析得到相应流场，两个域的计算各自独立，只是在界面处进行耦合，不需要在不同域间反复跌代，能有效地缩短计算时间，在流固耦合界面处使用软件提供的标准的壁面函数方法来处理流动边界层和热边界层。
在CFD计算中，应用CFX的前处理模块ICEM CFD网格划分功能可满足CFD对网格划分的严格要求。本文采用四面体非结构化网格对机座、扩压器及燃气和冷却气体的模型进行区域离散，如图5所示。通过344万和423万两套网格对定常计算进行网格无关性检验，发现两者计算机壳温度相对差值在1.5%以内，因此，考虑计算精度和时间本文选择344万网格对流场进行数值模拟。
最大应力分布在切向支板与轴承座相连接处，与王旭等计算结果相一致，最大应力为394.6 MPa，但在支承板与壳体连接处的应力集中也应引起注意。由于温度产生的热应力使支承板产生热变形，促使支承板向内伸长，轴承座发生转动。但轴承座变形相对较小,竖直方向中心标高几乎无变化。在支承板与机壳、
轴承座连接处产生应力集中，是设计时主要考虑的问题。
在本研究中，由于机座为中空结构，不能直接研究其中心标高的变化。所以这里分别在轴承座前后端连接处的水平和垂直方向各取2个关于机座几何中心对称的检测面，共8个检测点进行研究。
（1）采用流固耦合数值计算方法能很好地将流场与结构分析结合起来，实现支承座、扩压器和流体的共轭传热、结构热力耦合及流场耦合分析，为燃机透平端支承结构和冷却通道设计提供数值试验平台，并给出优化设计方向。
（2）最大应力发生在支承板与轴承座连接处。与壳体的连接处，应力集中较明显，易于发生疲劳破坏。产生最大变形的部位是支承板与机座连接处，且越向机座的后端变形量逐渐变大。轴承座整体变形相对较小。
（3）切向支承板的热变形量对整体的转动影响较大。但是，这些热变形量通过6根切向支承板的切向传递、使轴承座微转以降低热应力，仍然可保证中心标高保持不变，保证高度的对中性。