ISO 12167-12023 滑动轴承.稳态条件下带排水槽的静压滑动轴承.第1部分带排水槽油润滑滑动轴承的计算标准立项发展报告

滑动轴承稳态条件下带排水槽的静压滑动轴承第1部分：带排水槽油润滑滑动轴承的计算标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PlainBearings—HydrostaticPlainJournalBearingswithDrainageGroovesunderSteady-StateConditions—Part1:CalculationofOil-LubricatedPlainJournalBearingswithDrainageGrooves摘要滑动轴承作为旋转机械中不可或缺的核心支承部件，其性能优劣直接关系到大型装备的运行安全与服役寿命。静压滑动轴承因其承载能力高、摩擦阻力小、精度保持性好等突出优势，被广泛应用于重型机床、汽轮发电机组、大型船舶推进系统等关键领域。带排水槽结构作为提升静压轴承性能的重要技术路径，其设计与计算方法长期缺乏统一的国际标准规范。本文基于国际标准化组织（ISO）发布的ISO12167-1:2023标准，系统分析了该标准的立项背景、技术内容、编制历程及行业影响。该标准于2023年6月14日正式发布，替代了原有的ISO12167-1:2006版本，在静压轴承承载能力计算模型、排水槽几何参数优化、供油参数选取及温度效应修正等方面实现了显著的技术升级。标准明确了带排水槽油润滑滑动轴承在稳态条件下的计算流程与方法，涵盖了轴承几何参数、供油压力、油膜厚度、功耗及温升等核心计算环节，为全球滑动轴承设计制造提供了统一的技术准则。本标准由ISO/TC123/SC1（滑动轴承技术委员会）归口管理，德国、中国、日本等多个成员国深度参与编制工作，其发布对于促进滑动轴承技术进步、推动国际贸易与技术交流具有重要意义。关键词：滑动轴承；静压轴承；排水槽；稳态条件；ISO12167；国际标准；油润滑AbstractPlainjournalbearingsserveasindispensablecoresupportingcomponentsinrotatingmachinery,andtheirperformancedirectlydeterminestheoperationalsafetyandservicelifeoflarge-scaleequipment.Hydrostaticplainjournalbearings,owingtotheiroutstandingadvantagesofhighload-carryingcapacity,lowfrictionresistance,andexcellentaccuracyretention,arewidelyappliedincriticalfieldssuchasheavy-dutymachinetools,turbogeneratorunits,andlargemarinepropulsionsystems.Thedrainagegrooveconfiguration,asanimportanttechnicalapproachtoenhancinghydrostaticbearingperformance,haslonglackedunifiedinternationalstandardsforitsdesignandcalculationmethods.Thisreportsystematicallyanalyzestheprojectinitiationbackground,technicalcontent,compilationprocess,andindustryimpactofISO12167-1:2023publishedbytheInternationalOrganizationforStandardization.OfficiallyreleasedonJune14,2023,thisstandardsupersedesthepreviousISO12167-1:2006version,achievingsignificanttechnicalupgradesinload-carryingcapacitycalculationmodels,drainagegroovegeometricparameteroptimization,supplyparameterselection,andtemperatureeffectcorrection.Thestandardspecifiesthecalculationproceduresandmethodsforoil-lubricatedplainjournalbearingswithdrainagegroovesundersteady-stateconditions,encompassingcorecalculationaspectsincludingbearinggeometricparameters,supplypressure,oilfilmthickness,powerloss,andtemperaturerise,providingunifiedtechnicalguidelinesforglobalplainbearingdesignandmanufacturing.ThestandardisunderthejurisdictionofISO/TC123/SC1,withactiveparticipationfrommultiplemembercountriesincludingGermany,China,andJapan.Itspublicationholdssignificantimportanceforadvancingplainbearingtechnologyandpromotinginternationaltradeandtechnicalexchange.Keywords:PlainBearings;HydrostaticBearings;DrainageGrooves;Steady-StateConditions;ISO12167;InternationalStandards;OilLubrication1引言1.1研究背景滑动轴承是旋转机械中应用最为广泛的支承形式之一，其通过轴颈与轴承表面之间形成的润滑油膜实现载荷传递与运动支承。与滚动轴承相比，滑动轴承在承受重载、高速运转及冲击载荷方面具有独特的优势。静压滑动轴承（HydrostaticPlainJournalBearing）通过外部供油系统将高压油注入轴承间隙，依靠流体静压力形成承载油膜，即使在轴颈静止或低速运转状态下也能保持稳定的流体润滑状态，从根本上消除了启动阶段的边界摩擦与磨损问题。这一特性使静压轴承在重型、精密及低速重载工况下展现出不可替代的技术价值。在静压滑动轴承的设计中，排水槽（DrainageGrooves）的设置对轴承性能具有至关重要的影响。排水槽能够有效排出轴承端部的泄漏油液，降低轴承端泄流量，提高油膜的静压承载能力，同时有利于油液的冷却与循环过滤。然而，带排水槽静压轴承的流场分布较为复杂，涉及油腔压力、节流器参数、排水槽几何尺寸及油膜厚度等多因素的耦合作用，其准确计算一直是轴承设计领域的技术难点。1.2标准立项的必要性在国际标准化组织（ISO）颁布相关标准之前，各国在静压滑动轴承设计计算方面长期采用各自的国家标准或企业规范。由于缺乏统一的计算模型和评价准则，不同国家、不同企业设计的同类轴承产品在性能参数上存在显著差异，严重影响了产品的互换性和国际贸易的顺利进行。此外，随着装备制造业向高精度、高可靠性方向不断发展，对静压轴承的设计精度和性能预测准确性提出了更高的要求，亟需建立一套科学、完善、国际通用的计算标准。2标准编制单位与归口管理2.1归口技术委员会ISO12167-1:2023由国际标准化组织ISO/TC123（滑动轴承技术委员会）归口管理，具体由SC1分技术委员会（轴承及轴承应用术语、定义、分类与计算）负责起草与维护。ISO/TC123成立于1965年，是国际标准化组织下设的专门负责滑动轴承领域标准制定的技术委员会，其秘书处由德国标准化协会（DIN）承担。该技术委员会的工作范围涵盖了滑动轴承的术语定义、分类方法、材料规范、计算方法和试验标准等各个方面，目前已发布国际标准40余项，在全球滑动轴承标准化工作中发挥着核心引领作用。2.2主要起草单位介绍本标准的主要起草工作由德国、中国、日本、英国、美国、意大利等国家的专家共同承担。其中，德国FAG轴承公司（现隶属于舍弗勒集团）的滑动轴承研发团队在静压轴承技术领域拥有超过50年的研究积累，其提出的节流器设计理论和排水槽优化方法为本标准的核心技术内容提供了重要的技术支撑。在中国方面，洛阳轴承研究所有限公司作为全国滚动轴承标准化技术委员会（SAC/TC98）的秘书处承担单位和中国滑动轴承领域最重要的科研机构之一，深度参与了本标准的编制工作。该公司始建于1958年，是专业从事轴承基础理论研究、产品设计开发、试验检测和标准制定的综合性研究机构。洛阳轴承研究所有限公司建有国家轴承质量检验检测中心，拥有国际先进的高速轴承试验台、静压轴承性能测试平台和摩擦学实验室，在滑动轴承特别是静压轴承领域开展了大量系统性研究工作。该公司的研究人员在本标准编制过程中具体负责了排水槽几何参数对轴承静压特性影响的试验验证工作，以及不同供油条件下轴承性能的数值仿真分析，为中国在该国际标准中争取技术话语权发挥了关键作用。日本NSK株式会社和英国GlacierVandervell公司也分别在轴承合金材料、轴承加工工艺和计算软件开发等方面为本标准的制定贡献了重要的技术力量。3标准主要内容与技术要点3.1标准适用范围ISO12167-1:2023规定了稳态条件下带排水槽的油润滑静压滑动轴承的计算方法。该标准适用于采用循环供油方式、工作介质为矿物油或合成润滑油、轴承长径比在0.5至2.0范围内的静压滑动轴承。标准涵盖的计算工况包括节流器类型选择、轴承几何参数确定、供油系统设计以及轴承性能校核等方面。这些计算方法主要针对采用固定式节流器（如小孔节流器和毛细管节流器）的静压轴承，对于可变节流器，标准也提供了相应的修正计算程序。3.2标准主要内容3.2.1术语与符号体系标准系统定义了带排水槽静压滑动轴承的基本术语，包括油腔、排水槽、节流器、承载能力、油膜刚度、流量系数等专业术语，并统一了各参数的计算符号。该术语体系的建立为全球范围内的技术交流和工程设计提供了统一的语言基础，消除了因术语差异导致的沟通障碍。3.2.2计算流程与方法标准给出了完整、系统的计算流程，主要包括以下步骤：（1）轴承基本参数的确定。包括轴承公称直径、轴承宽度、径向间隙、油腔几何尺寸（油腔包角、油腔深度、排水槽宽度与位置）等基本参数的选取方法与推荐取值范围。（2）供油参数的计算。包括供油压力的确定、润滑油黏度的选取以及温度修正等。标准给出了不同类型节流器的流量计算公式和压力流量特性曲线，为供油系统的设计提供了依据。（3）油膜承载能力的计算。这是静压轴承设计的核心环节。标准给出了多油腔静压轴承在稳态条件下的油膜压力分布计算模型，考虑了排水槽对压力分布的影响。计算模型引入了排水槽几何因子和压力降系数，能够较为准确地反映排水槽结构参数对轴承静压特性的影响规律。（4）油膜厚度与刚度的计算。标准规定了在不同偏心率条件下油膜厚度的计算方法，并给出了油膜刚度的计算公式。油膜刚度是评价静压轴承支承精度的重要指标，标准特别强调了在重载工况下油膜刚度计算的重要性。（5）功耗与温升的计算。包括摩擦功耗、泵功耗及总功耗的计算方法，以及润滑油温升的预估公式。标准给出了考虑排水槽散热效应的温升修正模型，使计算温升值更接近实际运行工况。3.2.3技术更新要点相较于上一版本ISO12167-1:2006，2023版标准在以下技术方面实现了重要升级：-重新修订了排水槽几何因子的计算模型，引入了更精细的网格离散方法，提高了几何参数对承载能力影响的预测精度；-补充了高速工况下惯性力对油膜压力分布影响的修正方法；-增加了对环保型润滑油（如可生物降解润滑油）的适用性说明和黏温特性修正指南；-完善了计算结果的验证与校核要求，增加了与数值仿真和试验结果的对比验证建议。3.3标准核心技术要素分析静压轴承的设计核心在于如何通过合理的结构参数匹配获得最大的油膜刚度和最小的功率损耗。ISO12167-1:2023在技术层面的突出贡献主要体现在以下方面：其一，标准建立的排水槽参数化计算模型，明确了排水槽宽度、深度和位置对轴承静压特性的定量影响规律。研究与实践表明，排水槽宽度过小将导致排油不畅，降低油膜静压；而排水槽宽度过大则会缩小有效承载面积，削弱轴承承载能力。ISO12167-1:2023给出了基于大量试验数据和数值仿真结果的最优排水槽参数推荐范围，极大地方便了工程设计人员的参数选取。其二，标准完善了节流器的匹配计算方法。静压轴承的节流器是保证油膜压力形成的关键元件，其类型选择和参数匹配直接决定了轴承的静特性。标准系统整理了小孔节流器、毛细管节流器及可变节流器的计算模型，明确了不同节流方式与轴承几何参数的匹配准则，使设计人员能够根据具体工况快速完成节流器的选型和参数设计。4标准实施的意义与行业影响4.1对轴承设计与制造业的推动作用ISO12167-1:2023的实施为全球滑动轴承设计制造企业提供了统一的技术规范，有助于提高产品设计质量和一致性。通过推广应用该标准，轴承制造企业可以更加科学地进行产品选型和参数优化，减少试错成本，缩短产品开发周期。同时，统一的计算方法也有利于不同厂家产品之间的性能对比与质量评价，为下游用户选择优质产品提供了技术依据。4.2对国际贸易与技术交流的促进该标准作为国际标准化组织发布的正式国际标准，为各国间滑动轴承产品的贸易往来提供了统一的技术语言和合格评定依据。通过采用ISO12167-1:2023标准，各国制造商可以在同一技术平台上开展产品研发和质量控制，消除技术壁垒，促进全球范围内滑动轴承产品的自由流通。同时，该标准的实施也为各国技术人员提供了便捷的学术交流平台，推动了静压轴承技术的共同进步。5参与修订的企事业单位实力5.1核心起草组织与成员单位除前述洛阳轴承研究所有限公司外，本标准的编制汇聚了全球范围内在滑动轴承领域具有深厚技术积累的企业和科研机构。在全球范围内，德国舍弗勒集团的滑动轴承技术中心在标准编制中发挥了核心作用。舍弗勒集团是全球领先的轴承和工业零部件供应商，其技术团队在静压轴承油腔设计、节流器匹配和排水槽优化方面积累了数十年的工程实践经验，为本标准核心算法和公式框架的建立提供了重要的技术支持。日本NSK株式会社则在轴承精密制造工艺与试验验证技术方面提供了丰富的数据支撑，其提交的多组对比试验数据为验证标准计算公式的准确性发挥了重要作用。国内方面，西安交通大学润滑理论及轴承研究所作为我国摩擦学与轴承基础理论研究的重要基地，在滑动轴承流体润滑理论方面开展了长期系统的基础研究。该研究所拥有国内领先的滑动轴承试验平台，在静压轴承油膜压力分布、温度场特性和动态特性等方面的研究成果为标准的制定提供了坚实的理论支撑，多名教授级专家参与了标准的技术研讨和审查工作，在标准技术内容的完善和细化过程中发挥了重要的参谋作用。6结论与展望ISO12167-1:2023《滑动轴承稳态条件下带排水槽的静压滑动轴承第1部分：带排水槽油润滑滑动轴承的计算》的发布是国际滑动轴承标准化工作的重要里程碑。该标准在系统总结近年来静压轴承技术研究成果和工程实践经验的基础上，建立了更为科学完善的计算方法体系，有力推动了滑动轴承设计与制造技术的进步。展望未来，随着智能制造和数字化设计技术的快速发展，静压滑动轴承的设计方法将朝着数值仿真与智能化优化方向深入发展。ISO12167-1:2023确立的计算框架和设计理念为后续标准的升级与扩展奠定了坚实基础。可以预见，在不久的将来，针对动载工况、热弹流耦合效应及新型润滑介质适用性等方面的补充标准将逐步完善，形成更加全面、系统的静压滑动轴承国际标准体系。与此同时，随着我国高端装备制造业的快速发展，我国在滑动轴承标准化领域的参与度和话语权也将持续提升，为推动全球滑动轴承技术进步贡献更多中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO12167-1:2023,Plainbearings—Hydros