液体动压径向滑动轴承的设计计算

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册中》第1198页（3899字）

计算用名词术语见表4．9-33。滑动轴承的承载量系数S₀可根据a、B／D及ε分别由图4．9-3(a=360°)及4．9-4(a=180°)查取。其中的有效角速度ω，外载稳定时，ω=ω_s+ω_B；外载为随轴回转的离心载荷时，ω=|ω_B－ω_s|。滑动轴承的摩擦系数f／ψ分别由图4．9-5(a=360°)及4．9-6(a=180°)查取。滑动轴承的承载区油流量系数q₁分别由图4．9-7(a=360°)及4．9-8(a=180°)查取。非承载区油流量系数q₂，按表4．9-34中的相应公式计算。径向滑动轴承的参数选择见表4．9-36。

表4．9-33 液体动压径向轴承的计算用名词术语

图4．9-3 包角a=360°滑动轴承的承载量系数曲线

图4．9-4 包角a=180°滑动轴承的承载量系数曲线

图4．9-5 包角a=360°滑动轴承的摩擦系数f／ψ曲线

图4．9-6 包角a=180°滑动轴承的摩擦系数f／ψ线

图4．9-7 包角a=360滑动轴承的承载区油流量系数曲线

图4．9-8 包角a=180°滑动轴承的承载区油流量系数曲线

表4．9-34 非承载区油流量系数的计算公式

表4．9-35 径向滑动轴承的参数选择

液体动压径向滑动轴承的计算包括如下内容：

① 承载能力的计算。轴承的承载能力，除应验算p和pv值使其不超过轴瓦材料的允许值之外，还应保证在最小油膜厚度处液体摩擦状态不遭破坏。计算时，可根据确定的轴承的工作条件(F，ω)、几何参数(B、D、a、ψ)和润滑油(在给定温度下的μ)，先按承载量系数S₀及宽径比由图4．9-3或4．9-4查出工作时的偏心率ε，再由下式算出最小膜厚h_min：

h_min=Rψ(1－ε) (4．9-2)

为保证完全液体润滑，应满足下述条件：

h_min≥〔h_min (4．9-3)

式中 〔h_min〕=ξ(R_e1+R_e2+y₁+y₂)，为许用最小油膜厚度。其中的ξ为可靠性系数，取1．2～1．5；、为轴颈和轴瓦表面不平度的平均高度，见表4．9-35；y₁为轴颈在轴承中的挠度，见图4．9-9a，对于轴端的端轴颈，可近似按下式计算：

式中 p的单位为MPa(当p≤3MPa时，y₁可以略去不计)；y₂为安装误差和轴的弯曲变形引起的轴颈偏移量，见图4．9-9b，其值为

其中λ为轴颈偏转角，对自动调心轴承，或轴的刚性大而且安装时对中良好，可取y₂=0．

图4．9-9 轴颈的挠曲和偏移

② 轴承温升的计算。对于非压力供油径向滑动轴承，可以认为滑动轴承的摩擦生热全部通过轴承体向周围大气散逸，由此得：

式中的k为轴承表面散热系数，一般可取k=15～20W／m²℃，当用风冷，其风速u＞1．2m／s时，则

上式中的A为轴承散热面积(m²)，即；

机器箱壁 A=(15～20)·D·B(4．9-10)t₀为环境温度(℃)；t_m为润滑油平均温度(℃)，一般要求t_m＜70℃。

对于压力供油滑动轴承，可认为滑动轴承的摩擦生热全部被润滑油带走，而忽略轴承表面的散热作用。由此可得：

上式中的t₁为润滑油入口温度，一般取t₁=35～45℃。p，c为润滑油的密度和比热，对于矿物油，可取。Q表示起散热作用的润滑油流量(m³／s)，对部分瓦轴承，Q=Q₁=D³ψωq₁；对全周轴承(a=360°)，Q=Q₁+Q₂，其中Q₂=D³ψp_Eq2／μ，供油压力p_E可取0．05～0．2MPa。以上的q₁及q₂值可由图4．9-7、4．9-8及表4．9-34查得。

③滑动轴承润滑油流量的计算。其总油流量为：

非压力供油或部分瓦轴承

Q=Q₁ (4．9-12)

压力供油全周轴承

Q=Q₁+Q₂ (4．9-13)

④滑动轴承的摩擦功率计算：

P_f=F·f·v (4．9-14)

其中的摩擦系数f可由图4．9-5或4．9-6查得f／ψ后，按该轴承的ψ值计算获得。

例4．9-1 拟设计压力供油包角为a=360°的液体动压径向轴承。已知径向载荷F=48000N，轴颈直径d=120mm，轴承工作宽度B=96mm，轴颈转速n=2000r／min，供油压力0．2MPa，进油温度36～40℃，轴刚度较高。其设计计算步骤如下：

① 压强和速度：

pv=4．17×12．57=52．4MPa·m／s

② 选择轴瓦材料和结构：选用锡基轴承合金ZSnSb11Cu6为轴承衬材料。由表4．9-22查得〔p〕=25MPa，〔pv〕=100MPa·m／s，满足要求。其结构采用置于上端的单油腔入油(表4．9-34中型式4)，取。

③ 确定轴承相对间隙ψ：根据表4．9-35得

ψ=0．8×10^－3×v^0．25=0．8×10^－3×12．57^0．25=0．0015

④选择润滑油，确定粘度μ：初步选用L-AN68全损耗系统用油。假定平均温度t_m=60℃，先由图4．11-2查得其运动粘度，然后换算出动力粘度为0．024Pa·s。

⑤ 承载量系数：

⑥ 求偏心率ε：由S₀=1．869及，查图4．9-3得ε=0．73。

⑦ 最小油膜厚度：由(4．9-2)式得

h_min=Rψ(1－ε)=60×0．0015(1-0．73)=0．0243mm

⑧ 许用最小油膜厚度〔h_min〕：由表4．9-35，取、，再由(4．9-3)、(4．9-4)式得

由于轴刚度大，y₂忽略不计，故

能保证完全液体润滑。

⑨ 摩擦系数f：由S₀=1．869及B／D=0．8，查图4．9-5得f／ψ=2．8，因而

f=2．8ψ=2．8×0．0015=0．0042

⑩ 润滑油流量Q：由ε=0．73及B／D=0．8。查图4．9-7得q₁=0．125。因而

又由表4．9-34得

因而

总油流量为：

⑾ 温升计算：由式(4．9-11)得

⑿ 修改计算：重新假设润滑油平均温度t_m=50℃，重复以上④～⑾计算，可得：μ=0．036Pa·s，S₀=1．246，ε=0．66，h_min=30．6μm，f=0．0051，Q₁=6．12×10^－5m³／s，Q₂=0．925×10^－5m³／s，Q=7．045×10^－5m³／s，t_m=48．1～52．1℃。此时与假设值相符。

⒀ 摩擦功率： P_f=Ff_v=48000×0．0051×12．57=3077W

⒁ 选择轴承配合：选用配合，则得

平均相对间隙：