液体润滑动压向心F&F滑动轴承的设计

时间：2010-12-20

一、液体摩擦油膜厚度表达式
1、最小油膜厚度hmin
对应φ2角
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2、任意φ角时，对应剖面处的油膜厚度 h
φ角很小时
h=δ-oa=δ-ecos(1800-φ）=δ+ecosφ=rφ(1+xcosφ)
3、比压最大处油膜厚度h。
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二、轴承承载能力计算公式
根据两倾斜布置的平板导出
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平板 → 滑动轴承
1、前面用直角坐标在滑动轴承用极坐标
2、前面用平板 t方向无限长，在滑动轴承为有限长
将直角坐标方程变为极坐标方程
将 h和 h。值代人直角坐标方程式[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g6.gif[/img]
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为求取任意轴剖面处的作用力Pφ,对上式积分
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用于角对应的轴剖面处附近徽设上的压力[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g9.gif[/img]
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该在外载荷P方向的分力为[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g11.gif[/img]
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在所研究轴承横剖面(对称剖面)处单位轴承宽度上全部分力之和
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“无端泄”轴承油膜的承载能力P＝Pyl，但在实际中轴承宽度是有限的，必须考虑端面油的流失，实际上油膜压力沿轴承宽度方向的变化呈抛物线规律分布如图12-15
方程为
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式中：C’--修正系数，取决于 B／d和x
对于“有限长”轴承油楔的承载能力为
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[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g15.gif[/img][img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g19.gif[/img]
式中：Cp--承载量系数
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_j1.jpg[/img]
是轴颈在轴承中位置( Z，φ)的函数，其值取决于轴承包角，相对偏心率 X和长径比 B／d[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g20.gif[/img] 0 C’取决于上式积分非常困难。[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g18.gif[/img]
当轴承是在非承载区内进行无压力供油时，不同 X和 B／d的 Cp值见表12-8。
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三、最小油膜厚度与承载能力P的关系
由P297表12-8知，
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x↑ C[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g24.gif[/img]p↑ P↑，现hmin 越小，承载能力越大。然而hmin受结构制造安装和使用等因素的约束，从可靠性出发要求
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式中：hmin --临界最小油膜厚度。主要取决于轴颈和轴承表面微观平均不平度。
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式中，RZ1 、RZ2--表面微观平均不平度，RZ1 RZ2按表7-6查取，对于重要的重载轴承推荐轴颈轴承
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四、轴承中的摩擦系数
1、承受载荷前
由粘性定律可知，剪切阻力为
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在液体摩擦中作用于轴颈表面的粘滞阻力为
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式中：A--轴颈表面积， [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g29.gif[/img]
-- 速度梯度 [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g32.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g31.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g34.gif[/img]
在油液中轴颈表面所受压力为
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g35.gif[/img]
式中：dl--投影面积。
轴承中的摩擦系数
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g36.gif[/img]
式中： --轴承特性系数[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g37.gif[/img]

2、摩擦系数与的关系[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g37.gif[/img]
f与关系曲线如图[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g38.gif[/img]
(l)边界摩擦区f很大，但变化不大
(2)混合摩擦区f随增大而急剧下降[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g38.gif[/img]
(3)刚形成液体摩擦时f最小
在液体摩擦区， ↑[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g38.gif[/img] 油液内阻力F↑所以f↑ [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g39.gif[/img]
当n↑或p↓时在新的状态下平衡，所以液体摩擦状态是稳定工作状态。[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g40.gif[/img]
3、承受载荷后
承受载荷后，承载区的间隙减少，使该区导致f增大，为此公式中应加一修正项，即[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g39.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g41.gif[/img]
式中： --变化系数， [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g48.gif[/img]， [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g43.gif[/img] 、 [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g42.gif[/img] ， [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g47.gif[/img] [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g44.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g46.gif[/img] [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g45.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g50.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g49.gif[/img]

五、轴承的耗油量 Q
充足的油量是产生液体摩擦的必要条件，可以采用各种方法供油，但供多少依据是耗油量Q。然而耗油量 Q与各种因素有关，计算方法复杂，根据大量分析计算，制成图12-16线图，设计时根据不同长径比 B／d时的线图来确定耗油量。[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g51.gif[/img]
[img]http:///UserFiles/Image/003(15).jpg[/img]
---称为耗油量系数，式中各参数单位为：[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g52.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g53.gif[/img]

六、轴承中的热平衡计算
在工作中摩擦功将转化为热量，这些热量一部分被流动的润滑油带走，一部分通过热传导和辐射，将散逸到周围空气中，在轴承工作状态下，润滑油和轴承的温度不允许超过许用值，否则将使轴承过热，为此，需要进行热平衡计算。
在热平衡状态下，单位时间内由于摩擦产生的热量应等于同时间内流动油所带走的热量与轴承散逸的热量之和。
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g56.gif[/img]
式中：P--径向载荷，N [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g55.gif[/img]
Q--耗油量[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g54.gif[/img]
--润滑油的密度，对矿物油[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g58.gif[/img][img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g57.gif[/img]
C--润滑油的比热，对矿物油 C＝1675-095(J／(kg℃))
--轴承散热系数[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g60.gif[/img]
对于轻型结构轴承或通风条件差时 [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g59.gif[/img]
对于中型结构轴承或通风条件一般时 [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g61.gif[/img]
对于重型结构轴承或良好的冷却条件时 [img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g62.gif[/img]
--润滑油出口温度[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g63.gif[/img]
--润滑油入口温度[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g64.gif[/img]
上式两边均除以经整理得[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g66.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g65.gif[/img]
润滑油平均温度
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g67.gif[/img]
当计算轴承承载能力时，应采用tm时油的粘度代入(12-14)即[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g68.gif[/img]
[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g69.gif[/img]
为保证轴承的承载能力，tm不应超过75℃。
例如：北京热电厂有四套机组容量为20万千瓦，选用20号透平油，回油温度65℃，供油温度40℃。
设计时：
(l)给定tm、
(2)按式（12-28）求出油温升，校核[img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g71.gif[/img][img]http://njtu.edu/depart/xyjxdq/lesson/jxsj_00/html_jxnr/d12z/d12z_6_g70.gif[/img]
(3)若ti＞35℃-40℃时，表示热平衡易于建立。这时应降低给定的 tm，并加大轴颈和轴瓦表面粗糙度。
若ti＜35℃-40℃时，表示热平衡难于建立。这时应加大间隙，降低表面粗糙度。
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