1、135 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算一、动压油膜和液体摩擦状态的建立过程流体动力润滑的工作过程：起动、不稳定运转、稳定运转三个阶段起始时 n=0，轴颈与轴承孔在最下方位置接触1、起动时，由于速度低，轴颈与孔壁金属直接接触，在摩擦力作用下，轴颈沿孔内壁向右上方爬开。2、不稳定运转阶段，随转速上升，进入油楔腔内油逐渐增多，形成压力油膜，把轴颈浮起推向左下方。（由图 b图 c）3、稳定运转阶段（图 d）：油压与外载 F 平衡时，轴颈部稳定在某一位置上运转。转速越高，轴颈中心稳定位置愈靠近轴孔中心。（但当两心重合时，油楔消失，失去承载能力） 从上述分析可以得出动压轴承形成动压油膜的必要条件是（1
2、）相对运动两表面必须形成一个收敛楔形（2）被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度 vs，其运动方向必须使润滑从大口流进，小口流出。（3）润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。v 越大， 越大，油膜承载能力越高。 实际轴承的附加约束条件：压力pv 值速度最小油膜厚度温升二、最小油膜厚度 hmin1、几何关系图 1313 径向滑动轴承的几何参数和油压分布O轴颈中心，O 1轴承中心，起始位置 F 与 OO1重合，轴颈半径-r，轴承孔半径 R半径间隙： （13-6-1）半径间隙： （13-6）相对间隙： （13-7）偏心距： （13-8）偏心率： （13-9）以 OO1为极轴，任意截面处相对于极轴位
3、置为 处对应油膜厚度为 h，（13-10）h 的推导：在 中，根据余弦定律可得（13-11）略去高阶微量 ，再引入半径间隙 ，并两端开方得（13-12）三.流体动力润滑基本方程（雷诺方程）流体动力润滑基本方程（雷诺方程）是根据粘性流体动力学基本方程出发，作了一些假设条件后简化而得的。假设条件是：1）忽略压力对润滑油粘度的影响；2）流体为粘性流体；3）流体不可压缩，并作层流；4）流体膜中压力沿膜厚方向是不变的；2）略去惯性力和重力的影响。可以得出： （13-13） 一维雷诺流体动力润滑方程上式对 x 取偏导数可得（13-14） 若再考虑润滑油沿 Z 方向的流动，则（13-15）二维雷诺流体动力润
4、滑方程式四、最小油膜厚度由 中可看出油压的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度和油膜厚度的变化有关，利用该式可求出油膜中各点的压力 p，全部油膜压力之和即为油膜的承载能力。根据一维雷诺方程式，将 及 h 和 h0的表达式代入，即得到极坐标形式的雷诺方程为：（13-16） 将上式从压力区起始角 1 至任意角 进行积分，得任意极角 处的压力，即（13-17）而压力 P 在外载荷方向上的分量为（13-18）（13-19）（13-20）（13-21）V轴颈圆周线速度 m/s；L轴承宽； 动力粘度 Pa.S；Fr外载，N；C p承载量系数见下表 5，数值积分方法求得。表 133C p是轴颈在轴承中位置的函数
5、C p取决于轴承包角 ，编心率 x 和宽径比 L/d 一定时，C p、 、L/d，h min越小（ 越大）， L/d 越大，C p越大，轴承的承载能力 Fr 越大。实际工作时，随外载 F 变化 hmin随之变化，油膜压力发生变化，最终油膜压力使轴颈在新的位置上与外载保持新的平衡。hmin受轴瓦和轴颈表面粗糙度的限制使之油膜不致破坏，h min不能小于轴颈与轴瓦表面粗糙度十点高度之和。（13-22）式中，R Z1，R Z2分别为轴颈表面和轴孔表面微观不平度十点高度K安全系数，考虑几何形状误差和零件变形及安装误差等因素而取的安全系数，通常取K2RZ1，R Z2应根据加工方法参考有关手册确定。一般常
6、取 ，式（13-6-18）加流体动力润滑的三个基本条件，即成为形成流体动力润滑的充分必要条件。五、轴承的热平衡计算1、轴承中的摩擦与功耗由牛顿粘性定律：油层中摩擦力（13-23）轴颈表面积摩擦系数： （13-24）特性系数，f 是 的函数。实际工作时摩擦力与摩擦系数要稍大一些， f 要修正（13-25） 随轴承宽径比 L/d 变化的系数， p轴承平均比压 P ； 轴颈角速度，rad/s； 润滑油的动力粘度 Pa.；相对间隙摩擦功耗引起轴承单位时间内的发热量 HH=fFV （13-26）2、轴承耗油量进入轴承的润滑油总流量 QQ=Q1+Q2+Q3Q 1m3/s （13-27）Q1承载区端泄流量与
7、 p、油槽孔、尺寸、包角等轴承结构尺寸因素有关，较难计算Q2非承载区端泄流量Q3轴瓦供油槽两端流出的附加流量 不可忽略实际使用时引入流量（耗油）系数 与偏心率 和宽径比 L/d 关系曲线如下图。图 1314 润滑油油量系数线图3、轴承温升控制温升的目的：工作时摩擦功耗热量温度 间隙改变，使轴承的承载能力下降；另温升过高会使金属软化发生抱轴事故，要控制温升。热平衡时条件：单位时间内摩擦产生的热量 H 等于同一时间内端泄润滑油所带走热量 H1和轴承散发热量 H2之和。H=H1+H2 （13-28）H1端泄带走的热量(W) （13-29）Q端泄总流量，由耗油量系数求得，m 3/s；润滑油的密度 85
8、0950 kg/m 3c润滑油的比热容矿物油 C=16802100 J / (kg)t润滑油的温升，是油的出口 to与入口温度 ti之差值，即（13-30）H2单位时间内轴承由轴颈和轴承壳体散发的热量（W） （13-31）Ks 轴承表面传热系数，由轴承结构和散热条件而定50W/（m 2）轻型结构轴承Ks 80W/（m 2）中型结构，一般散热条件1400W/（m 2）重型结构，加强散热条件热平衡时：H=H 1+H2，得（13-32）将 F=dLP 代入得达热平衡润滑油的温升（13-33） 由于轴承中各点温度不同，从入口（t i）到出口（t o）温度逐渐开高的，因而轴承中不同处润滑油粘度不相同，计
9、算承载能力时，采用润滑油平均 tm时的粘度。润滑油平均温度 tm（计算 时用）（13-34）为保证承载要求 to(3545),表示热平衡易建立，轴承的承载能力尚未充分发挥，则应降低 tm，并充许加大轴瓦和轴颈的表面粗糙度，再行计算。b)若 t180轴承易过热失效，（措施）改变相对间隙 和油的粘度 重新计算直至 ti、t o满足要求为止。六、轴承参数选择1、轴承的平均比压p 较大，有利于提高轴承平稳性，减小轴承的尺寸但 p 过大，油层变薄，对轴承制造安装精度要求提高，轴承工作表面易破坏。2、长（宽）径比 L/dL/d 小，轴承轴向尺寸小，端泄 Q1上升摩擦功耗和 下降，且能减轻轴颈与轴瓦边缘接触。但承载能力下降。高速重载轴承温升高，L/d 应取小值（防止 过高和边缘接触）低速重载轴承为提高支承刚性，L/d 应取大值高速轻载轴承为提高支承刚性，L/d 应取小值0.30.8汽轮机、鼓风机0.61.2电动机、发电机、离心泵一般 L/d=0.81.5机床、拖拉机0.60.9轧钢机3、相对间隙1）速度高， 取大值； 载荷小， 取小值；2）直径大，宽径比小，调心性能好，加工精度高， 取小值；反之， 取大值。
