液體動(dòng)力滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)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先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無(wú)載荷時(shí)， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)

2、下沉。這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過(guò)渡到凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。 v v 潘存云教授研制F v vvh1aah2ccvvh0bbF一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成原理和條件一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成原理和條件 兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ 動(dòng)壓油膜動(dòng)壓油膜-因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。12-7 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算2形成動(dòng)壓油膜的必要條件：形成動(dòng)壓油膜的必要條件：1.1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.2.兩工件表

3、面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；3.3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)方向必須兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來(lái)。保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來(lái)。3潘存云教授研制二、流體動(dòng)力潤(rùn)滑基本方程的建立二、流體動(dòng)力潤(rùn)滑基本方程的建立 為了得到簡(jiǎn)化形式的流體動(dòng)力平為了得到簡(jiǎn)化形式的流體動(dòng)力平衡方程（衡方程（NavierNavierStokesStokes方程），作方程），作如下假設(shè)：如下假設(shè)： 流體的流動(dòng)是層流流體的流動(dòng)是層流; ; 忽略壓力對(duì)流體粘度的影響忽略壓力對(duì)流體粘度的影響; ; 略去慣性力及

4、重力的影響，故所研究的單元體為略去慣性力及重力的影響，故所研究的單元體為 靜平衡狀態(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)，且只有表面力作用于單元體上；靜平衡狀態(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)，且只有表面力作用于單元體上； 流體是不可壓縮的；流體是不可壓縮的； 流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù)。即流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù)。即p p不隨不隨y y的變化的變化而變化而變化 流體滿足牛頓定律，即流體滿足牛頓定律，即 ；=du udy y實(shí)際上粘度隨壓力的增高而增加； 即層與層之間沒(méi)有物質(zhì)和能量的交換； V VBAxzy4潘存云教授研制取微單元進(jìn)行受力分析取微單元進(jìn)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：任意一點(diǎn)的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點(diǎn)y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。對(duì)對(duì)y積分得：積分得：u= y2+C1y+C2 21dxdp引入邊界條件引入邊界條件整理得：整理得：u= (y2- - hy) +21dxdpv vhy- -hVBAxzy壓力流壓力流剪切流剪切流vvaaccxzyVh0bb5潘存云教授研制vvFaaccxzy212130hvhdxdpudyqhx任意截面內(nèi)的流量：任意截面內(nèi)的流量：依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過(guò)不同截面的流量是相等的=6vdxdph0- -hh3得：得：-一維雷諾方程一維

6、雷諾方程由上式可得壓力分布曲線由上式可得壓力分布曲線: : p=f(x)p=f(x)在在b-bb-b處：處：h=hh=h0 0， p=pp=pmaxmax液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動(dòng)力粘度、相對(duì)滑動(dòng)速度及油膜厚度h之間的關(guān)系。pmaxxph0bb021vhqxb-bb-b截面內(nèi)的流量：截面內(nèi)的流量：6潘存云教授研制軸頸最終的平衡位置可用偏位角軸頸最終的平衡位置可用偏位角a a和偏心距和偏心距e e來(lái)表示。來(lái)表示。 軸承工作能力取決于軸承工作能力取決于h hminmin，它與，它與、和和F F 等有等有 關(guān)，關(guān)， 應(yīng)保證應(yīng)保證 h hminminh h 。F F F Fy

7、 y =F =F F Fx x 0 0三三. .徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：靜止靜止爬升爬升將軸起抬將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高質(zhì)心左移質(zhì)心左移 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)工作轉(zhuǎn)速eah hminmine e -偏心距偏心距 F Fy y =F =F F Fx x = 0= 0三階段：三階段： 1 1。軸的啟動(dòng)階段。軸的啟動(dòng)階段 2 2。不穩(wěn)定潤(rùn)滑階段。不穩(wěn)定潤(rùn)滑階段 -混合摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)混合摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)3 3。液體動(dòng)壓潤(rùn)滑運(yùn)行階段。液體動(dòng)壓潤(rùn)滑運(yùn)行階段 -液體摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)液體摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)7 e / e / 為偏心率為偏心率 直徑間隙：直徑間隙： D d 半徑間隙半徑間隙： R

8、 R r r / / 2相對(duì)間隙相對(duì)間隙： / r / d 穩(wěn)定工作位置如圖所示穩(wěn)定工作位置如圖所示 ，連心線與外載荷的方向形成一偏位角，連心線與外載荷的方向形成一偏位角， 設(shè)：孔、軸半徑：設(shè)：孔、軸半徑：R, r R, r ； 直徑為：直徑為：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軸承的承載能力。的大小反映了軸承的承載能力。當(dāng)載荷很小或轉(zhuǎn)速很高時(shí)，當(dāng)載荷很小或轉(zhuǎn)速很高時(shí)， 0，此時(shí)軸、孔中心接此時(shí)軸、孔中心接近重合，油楔消失，近重合，油楔消失， hmin；當(dāng)載荷很大或轉(zhuǎn)速很小時(shí)，當(dāng)載荷很大或轉(zhuǎn)速很小時(shí)， 1，此時(shí)軸頸與軸瓦接此時(shí)軸頸

9、與軸瓦接觸，觸，hmin0 ，油膜被破壞；，油膜被破壞；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-)定義定義:8四、四、徑向滑動(dòng)軸承的工作能力設(shè)計(jì)徑向滑動(dòng)軸承的工作能力設(shè)計(jì)1 1、主要失效形式、主要失效形式： （油楔破壞）（油楔破壞）1 1）粘著磨損：由于外載過(guò)大或溫升過(guò)高等，）粘著磨損：由于外載過(guò)大或溫升過(guò)高等，油楔被破壞，油楔被破壞， 造成軸與軸承造成軸與軸承粘著咬死。粘著咬死。措施：保證軸承具有一定的承載能力，同時(shí)嚴(yán)格控制溫升措施：保證軸承具有一定的承載能力，同時(shí)嚴(yán)格

10、控制溫升2 2）磨粒磨損：由于油中污物或外界的雜質(zhì)的進(jìn)入等引起）磨粒磨損：由于油中污物或外界的雜質(zhì)的進(jìn)入等引起措施：定期檢查油，加強(qiáng)密封。措施：定期檢查油，加強(qiáng)密封。 （鐵譜技術(shù)）（鐵譜技術(shù)）2 2、承載能力計(jì)算、承載能力計(jì)算： （油楔破壞）（油楔破壞）計(jì)算計(jì)算前提條件：前提條件：（任意點(diǎn)油膜壓力可由（任意點(diǎn)油膜壓力可由雷諾方程得到，而雷諾方程是雷諾方程得到，而雷諾方程是建立在層流基礎(chǔ)之上，滿足層流建立在層流基礎(chǔ)之上，滿足層流條件）條件）200013 .41vRe雷諾數(shù)9將將dx=rd, v=r，h0, h代入上式得：代入上式得：=6vdxdph0- -hh3將一維雷諾方程：將一維雷諾方程：

11、改寫成極坐標(biāo)的形式 3002)cos1 ()cos(cos6ddp積分得積分得: 承載能力方程：承載能力方程：潘存云教授研制eh0ho1oF寬度為寬度為B B的軸承，油膜的總承載能力為的軸承，油膜的總承載能力為 pCdBF2C Cp p-承載量系數(shù)承載量系數(shù)，計(jì)算很困難，工程上可查表確定。，計(jì)算很困難，工程上可查表確定。-粘度粘度-相對(duì)間隙相對(duì)間隙10表表12-8 有限寬度滑動(dòng)軸承的承載量系數(shù)有限寬度滑動(dòng)軸承的承載量系數(shù)Cp113 3、最小油膜厚度、最小油膜厚度h hminmin 動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)應(yīng)保證：動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)應(yīng)保證：h hminminh h 其中：其中： h h=S S( (R

12、 Rz1z1+ +R Rz2z2) )S S 安全系數(shù)，常取安全系數(shù)，常取S S22。R Rz1z1、R Rz2z2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度。分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度?？紤]表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等124 4、軸承的熱平衡計(jì)算、軸承的熱平衡計(jì)算 熱平衡方程：產(chǎn)生的熱量熱平衡方程：產(chǎn)生的熱量= =散失的熱量散失的熱量 Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2 其中，摩擦熱：其中，摩擦熱： Q=fvQ=fv W W 式中式中: : q q -潤(rùn)滑油流量潤(rùn)滑油流量m m3 3/s/s； - -滑油密度滑油密度kg/mkg/m3 3；c c -潤(rùn)滑油的比熱容，潤(rùn)滑油的比熱容，J

13、/(kg. )J/(kg. )；t ti i - -油入口溫度油入口溫度 ；t to o -油出口溫度油出口溫度 ；3 3 - -表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) W/(mW/(m2 2. ). )。潤(rùn)滑油帶走的熱：潤(rùn)滑油帶走的熱：Q Q1 1 = q = qc(tc(to o-t-ti i) ) W W軸承散發(fā)的熱：軸承散發(fā)的熱： Q Q2 2 = =3 3dB (tdB (to o-t-ti i) ) W W13溫升公式：溫升公式： vvBdqcpfttti30vBdq其中其中 -潤(rùn)滑油流量系數(shù)；查圖潤(rùn)滑油流量系數(shù)；查圖12-16 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使出油溫度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使出油溫度: : t t0 0=t=tm m+ +t/2 80 100t/2 80 100平均溫度平均溫度: :2/ )(0imttt14六、液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)過(guò)程六、液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)過(guò)程 已知條件：外加徑向載荷已知條件：外加徑向載荷F F(N)(N)，軸頸轉(zhuǎn)速，軸頸轉(zhuǎn)速n n(r/min)(r/min) 及軸頸直徑及軸頸直徑d d(mm)(mm)。2 2求：求：1 1）軸承材料，潤(rùn)滑油）軸承材料，潤(rùn)滑油 2 2）軸承幾何參數(shù)：）軸承幾何參數(shù)： ，e, B