滑动轴承设计1

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） 图1312向心轴承动压油膜形成过

2、程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）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，O1轴承中心，起始位置F与OO1重合，轴颈直径-d，轴承孔直径D直径间隙： （13-6-1）   半径间隙： （13-6）相对间隙： （13-7） 偏心距： （13-8

3、） 偏心率： （13-9） 以OO1为极轴，任意截面处相对于极轴位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）  

4、  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）

5、            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）  

6、 V轴颈圆周线速度m/s；L轴承宽； 动力粘度Pa.S；Fr外载，N；Cp承载量系数见下表5，数值积分方法求得。表133Cp是轴颈在轴承中位置的函数Cp取决于轴承包角，编心率x和宽径比L/d 一定时，Cp、L/d，hmin越小（ 越大），L/d越大，Cp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，hmin不能小于轴颈与轴瓦表面粗糙度十点高度之和。      

7、0;      （13-22）式中，RZ1，RZ2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，RZ2应根据加工方法参考有关手册确定。一般常取，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）

8、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+Q3Q1m3/s （13-27）Q1承载区端泄流量与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

9、、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，m3/s；润滑油的密度850950 kg/m3c润滑油的比热

10、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/（m2）轻型结构轴承Ks80W/（m2）中型结构，一般散热条件 1400W/（m2）重型结构，加强散热条件热平衡时：H=H1+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（ti）到出口（to

11、）温度逐渐开高的，因而轴承中不同处润滑油粘度不相同，计算承载能力时，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<6070，一般取tm=50设计时：先给定tm，求出t后ti一般ti常大于环境温度，依供油方法而定，通常要求ti=3545另为不使 下降过多，保证油膜有较高的承载能力，要求出口温度to70°(一般油)或100（重油）a)若ti>>(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t1<(3545) ，则说明轴承不易达到热平衡状态

12、（措施）适当加大间隙、降低轴颈和轴瓦表面的粗糙度重新计算。c)t2>80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、to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

13、.8汽轮机、鼓风机一般L/d=0.61.2电动机、发电机、离心泵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。三、材 料GBT 11741992 铸造轴承合金GBT 183262001 滑动轴承 薄壁滑动轴承用金属多层材料JBT 79211995(原GB 1044889) 滑动轴承 单层和多层轴承用铸造铜合金JBT 79221995(原GB 1044989) 滑动轴承 单层轴承用锻造铜合金JBT 79231995(原GB 1045089) 滑动轴承 单层轴承用铝基合金J

14、BT 79241995(原GB 1045189) 滑动轴承 薄壁轴承用金属多层材料QCT 5161999 汽车发动机轴瓦 锡基和铅基合金金相标准四、产品技术要求GBT 11511993 内燃机主轴瓦及连杆轴瓦技术条件GBT 26851981 滑动轴承 粉末冶金筒形轴承型式、尺寸与公差 GBT 26861981 滑动轴承 粉末冶金带挡边筒形轴承型式、尺寸与公差 GBT 2687一1981 滑动轴承 粉末冶金球形轴承型式、尺寸与公差 GBT 26881981 滑动轴承 粉末冶金轴承技术条件GBT 31621991 滑动轴承薄壁轴瓦尺寸、结构要素与公差GBT 73081987 滑动轴承薄壁翻边轴瓦尺

15、寸、公差及检验方法 GBT 104451989 滑动轴承 整体轴套的轴径 GBT 104461989 滑动轴承 整圆止推垫圈 尺寸和公差GBT 104471989 滑动轴承 半圆止推垫圈 要素和公差 GBT 12613.12002 滑动轴承 卷制轴套 第1部分：尺寸 GBT 12613.22002 滑动轴承 卷制轴套 第2部分：外径和内径的检测数据 GBT 12613.32002 滑动轴承 卷制轴套 第3部分：润滑油孔、润滑油槽和润滑油穴GBT 12613.42002 滑动轴承 卷制轴套 第4部分：材料 GBT 129491991 滑动抽承 覆有减摩塑料层的双金属轴套 GBT 13345一1992 轧机油膜轴承通用技术条件GBT 149101994 滑动轴承 厚壁多层轴承衬背技术要求GBT 183232001 滑动轴承 烧结轴套的尺寸和公差GBT 183242001 滑动轴承 铜合金轴套JBT 25601991 整体有衬正滑动轴承座 型式与尺寸JBT 25611991 对开式二螺柱正滑动轴承座 型式与尺寸JBT 256