液体动力滑动轴承的设计计算

1、1潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FFFF先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会

2、下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。 v v 潘存云教授研制F v vvh1aah2ccvvh0bbF一、动压润滑的形成原理和条件一、动压润滑的形成原理和条件 两平形板之间不能形成压力油膜！两平形板之间不能形成压力油膜！ 动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：1.1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.2.两工件表

3、面之间必须连续充满润滑油或其它液体；两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。3潘存云教授研制二、流体动力润滑基本方程的建立二、流体动力润滑基本方程的建立 为了得到简化形式的流体动力平为了得到简化形式的流体动力平衡方程（衡方程（NavierNavierStokesStokes方程），作方程），作如下假设：如下假设： 流体的流动是层流流体的流动是层流; ; 忽略压力对流体粘度的影响忽略压力对流体粘度的影响; ; 略去惯性力及

4、重力的影响，故所研究的单元体为略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为 静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上；静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上； 流体是不可压缩的；流体是不可压缩的； 流体中的压力在各流体层之间保持为常数。即流体中的压力在各流体层之间保持为常数。即p p不随不随y y的变化的变化而变化而变化 流体满足牛顿定律，即流体满足牛顿定律，即 ；=du udy y实际上粘度随压力的增高而增加； 即层与层之间没有物质和能量的交换； V VBAxzy4潘存云教授研制取微单元进行受力分析取微单元进行受力分析: +dp+dpppdydz+(+d)dxdz-(

5、p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。对对y积分得：积分得：u= y2+C1y+C2 21dxdp引入边界条件引入边界条件整理得：整理得：u= (y2- - hy) +21dxdpv vhy- -hVBAxzy压力流压力流剪切流剪切流vvaaccxzyVh0bb5潘存云教授研制vvFaaccxzy212130hvhdxdpudyqhx任意截面内的流量：任意截面内的流量：依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的=6vdxdph0- -hh3得：得：-一维雷诺方程一维

6、雷诺方程由上式可得压力分布曲线由上式可得压力分布曲线: : p=f(x)p=f(x)在在b-bb-b处：处：h=hh=h0 0， p=pp=pmaxmax液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度h之间的关系。pmaxxph0bb021vhqxb-bb-b截面内的流量：截面内的流量：6潘存云教授研制轴颈最终的平衡位置可用偏位角轴颈最终的平衡位置可用偏位角a a和偏心距和偏心距e e来表示。来表示。 轴承工作能力取决于轴承工作能力取决于h hminmin，它与，它与、和和F F 等有等有 关，关， 应保证应保证 h hminminh h 。F F F Fy

7、 y =F =F F Fx x 0 0三三. .径向滑动轴承动压油膜的形成过程：径向滑动轴承动压油膜的形成过程：静止静止爬升爬升将轴起抬将轴起抬转速继续升高质心左移质心左移 稳定运转稳定运转工作转速eah hminmine e -偏心距偏心距 F Fy y =F =F F Fx x = 0= 0三阶段：三阶段： 1 1。轴的启动阶段。轴的启动阶段 2 2。不稳定润滑阶段。不稳定润滑阶段 -混合摩擦润滑状态混合摩擦润滑状态3 3。液体动压润滑运行阶段。液体动压润滑运行阶段 -液体摩擦润滑状态液体摩擦润滑状态7 e / e / 为偏心率为偏心率 直径间隙：直径间隙： D d 半径间隙半径间隙： R

8、 R r r / / 2相对间隙相对间隙： / r / d 稳定工作位置如图所示稳定工作位置如图所示 ，连心线与外载荷的方向形成一偏位角，连心线与外载荷的方向形成一偏位角， 设：孔、轴半径：设：孔、轴半径：R, r R, r ； 直径为：直径为：D D，d d，偏心距偏心距: : e e 偏位角：偏位角： a a注注：偏心率偏心率的大小反映了轴承的承载能力。的大小反映了轴承的承载能力。当载荷很小或转速很高时，当载荷很小或转速很高时， 0，此时轴、孔中心接此时轴、孔中心接近重合，油楔消失，近重合，油楔消失， hmin；当载荷很大或转速很小时，当载荷很大或转速很小时， 1，此时轴颈与轴瓦接此时轴颈

9、与轴瓦接触，触，hmin0 ，油膜被破坏；，油膜被破坏；潘存云教授研制eaDdo1oFhmin hmin= R R (r +e)(r +e)最小油膜厚度最小油膜厚度 ：最小油膜厚度最小油膜厚度: hmin =e r(1-)定义定义:8四、四、径向滑动轴承的工作能力设计径向滑动轴承的工作能力设计1 1、主要失效形式、主要失效形式： （油楔破坏）（油楔破坏）1 1）粘着磨损：由于外载过大或温升过高等，）粘着磨损：由于外载过大或温升过高等，油楔被破坏，油楔被破坏， 造成轴与轴承造成轴与轴承粘着咬死。粘着咬死。措施：保证轴承具有一定的承载能力，同时严格控制温升措施：保证轴承具有一定的承载能力，同时严格

10、控制温升2 2）磨粒磨损：由于油中污物或外界的杂质的进入等引起）磨粒磨损：由于油中污物或外界的杂质的进入等引起措施：定期检查油，加强密封。措施：定期检查油，加强密封。 （铁谱技术）（铁谱技术）2 2、承载能力计算、承载能力计算： （油楔破坏）（油楔破坏）计算计算前提条件：前提条件：（任意点油膜压力可由（任意点油膜压力可由雷诺方程得到，而雷诺方程是雷诺方程得到，而雷诺方程是建立在层流基础之上，满足层流建立在层流基础之上，满足层流条件）条件）200013 .41vRe雷诺数9将将dx=rd, v=r，h0, h代入上式得：代入上式得：=6vdxdph0- -hh3将一维雷诺方程：将一维雷诺方程：

11、改写成极坐标的形式 3002)cos1 ()cos(cos6ddp积分得积分得: 承载能力方程：承载能力方程：潘存云教授研制eh0ho1oF宽度为宽度为B B的轴承，油膜的总承载能力为的轴承，油膜的总承载能力为 pCdBF2C Cp p-承载量系数承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。，计算很困难，工程上可查表确定。-粘度粘度-相对间隙相对间隙10表表12-8 有限宽度滑动轴承的承载量系数有限宽度滑动轴承的承载量系数Cp113 3、最小油膜厚度、最小油膜厚度h hminmin 动力润滑轴承的设计应保证：动力润滑轴承的设计应保证：h hminminh h 其中：其中： h h=S S( (R

12、 Rz1z1+ +R Rz2z2) )S S 安全系数，常取安全系数，常取S S22。R Rz1z1、R Rz2z2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等124 4、轴承的热平衡计算、轴承的热平衡计算 热平衡方程：产生的热量热平衡方程：产生的热量= =散失的热量散失的热量 Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2 其中，摩擦热：其中，摩擦热： Q=fvQ=fv W W 式中式中: : q q -润滑油流量润滑油流量m m3 3/s/s； - -滑油密度滑油密度kg/mkg/m3 3；c c -润滑油的比热容，润滑油的比热容，J

13、/(kg. )J/(kg. )；t ti i - -油入口温度油入口温度 ；t to o -油出口温度油出口温度 ；3 3 - -表面传热系数表面传热系数 W/(mW/(m2 2. ). )。润滑油带走的热：润滑油带走的热：Q Q1 1 = q = qc(tc(to o-t-ti i) ) W W轴承散发的热：轴承散发的热： Q Q2 2 = =3 3dB (tdB (to o-t-ti i) ) W W13温升公式：温升公式： vvBdqcpfttti30vBdq其中其中 -润滑油流量系数；查图润滑油流量系数；查图12-16 设计时，应使出油温度设计时，应使出油温度: : t t0 0=t=tm m+ +t/2 80 100t/2 80 100平均温度平均温度: :2/ )(0imttt14六、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程六、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程 已知条件：外加径向载荷已知条件：外加径向载荷F F(N)(N)，轴颈转速，轴颈转速n n(r/min)(r/min) 及轴颈直径及轴颈直径d d(mm)(mm)。2 2求：求：1 1）轴承材料，润滑油）轴承材料，润滑油 2 2）轴承几何参数：）轴承几何参数： ，e, B