流体动压润滑径向滑动轴承的设计与计算实例

【实例1】 某径向滑动轴承受径向载荷18000N，轴颈直径150mm，轴承宽度120mm，包角180°，轴转速1500r/min，入口温度35℃，润滑油采用L-AN32号油，轴承直径间隙为0.3mm，轴颈和轴瓦表面粗糙度R_z分别为1.6μm与3.2μm。计算该轴承能否获得流体动压润滑？

解：能否获得流体动压润滑主要应判断最小油膜厚度是否大于许用值（即最小油膜厚度处的表面不平度高峰不直接接触），即h_min≥[b_min]＝S(R_z1＋R_z2)。

1）计算临界最小油膜厚度［h_min］：

［h_min］＝S(R_z1＋R_z2)＝2×(1.6＋3.2)mm＝9.6mm

2）计算最小油膜厚度hmin由公式进行计算，此处ψ可求，即

式中轴颈直径由已知条件知：d＝150mm。关键在于求偏心率ε。由图11-6动压径向滑动轴承S₀-ε可知：ε由索氏数S₀及宽径比B／d而定，因此首先必须求出索氏数S₀。

初设润滑油平均温度t_m＝50℃，查图11-9，得知运动黏度γ＝20cSt，取油密度为900kg/m³，则该温度下的动力黏度为

由宽径比B／d＝120/150＝0.8，查图11-6得ε＝0.67，得最小油膜厚度为

所以能形成流体动压润滑。

3）求温升Δt：

符号含义见参考文献［1］，摩擦特性系数由ε＝0.67及B／d＝0.8，查图11-8得：μ≈3.5。

流量系数可由偏心率ε及宽径比B／d查图11-7得：q_v≈0.068。压强为：，油的比热容C_p按参考文献［1］取1900J／（kg·℃）。

轴承传热系数α_b取75W／（m²·℃），将上述数据代入：

所以热平衡条件合适。

【实例2】 试设计一齿轮减速器的液体动力润滑向心滑动轴承。已知：径向载荷F＝30000N，轴颈直径d＝120mm，轴颈转速n＝1200r/min。

解：

1.确定轴承结构、选择材料、润滑油及公差配合

（1）确定轴承结构形式 采用剖分式结构，轴承包角α＝180°

（2）确定轴承结构参数 取B/d＝1，则轴承工作宽度为

B＝1d＝1×120mm＝120mm

（3）选择轴瓦材料 计算轴承的p、v和pv值。

根据p、v和pv值，查表11-1，选用锡锑轴承合金（ZSnSb11Cu6），其[p]＝25MPa，[v]＝80m/s，[pv]＝20MPa·m/s。轴颈为钢制，淬火精磨。

（4）选定轴承相对间隙Ψ和轴承配合公差

ψ＝0.8×10^-3v^0.25＝0.8×10^-3×7.54^0.25＝1.326×10^-3，取ψ＝1.4×10^-3，确定轴承直径间隙为

Δ＝ψd＝0.0014×120mm＝0.168mm

选定轴承配合公差时，应使所选配合的最小和最大配合间隙接近轴承的理论间隙Δ。现选定配合为，则轴瓦孔径D＝120^＋0.035₀，轴颈直径d＝120^+0.035₀，最大间隙Δ_max＝0.035mm＋0.155mm＝0.190mm，最小间隙Δ_max＝0＋0.120mm＝0.120mm

（5）选定润滑油 根据轴承的[p]、[v]值，选用L-AN32全损耗系统用油，取运动黏度v₄₀＝32cSt（32×10^-6m²/s），密度ρ＝900kg/m³，比热容c＝1800J/（kg·℃）。(https://www.xing528.com)

计算平均温度t_m下润滑油的动力黏度：

取t_m＝50℃，查得50℃，L-AN32的运动黏度v₅₀＝19～22.6cSt，取v₅₀＝19cSt（19×10^-6m²/s），得其动力黏度为

η₅₀＝ρv₅₀＝900×19×10^-6N·s/m²＝0.0171N·s/m²

2.承载能力计算

计算轴承索氏数S₀：

轴颈角速度

确定偏心率ε：根据S₀和b/d值，查图11-6得偏心率ε＝0.696。

3.流量计算流量系数：由图11-7查得流量系数（由ε＝0.696、B/d＝1查得）。由第1步计算可知：相对间隙ψ＝1.4×10^-3，因此轴承润滑油的体积流量为

4.功耗计算

摩擦特性系数：由ε＝0.696、B/d＝1、β＝180°，查图11-8得。

摩擦因数μ：μ＝ψμ，μ＝1.4×10^-3×2.5＝3.5×10^-3。

摩擦功耗P_μ：P_μ＝μFv＝3.5×10^-3×30000×7.54W＝792W。

5.热平衡计算

轴承油温升Δt：

速度

上式取导热系数α_s＝80J/（m²·s·℃）。

进口油温（在35～45℃之间）。

出口油温。

进、出口油温均符合要求。

6.安全度计算

计算最小油膜厚度h_min：

选定和轴颈（精磨）、轴瓦（精车）表面粗糙度：

R_z1＝1.6μm，R_z2＝3.2μm，则

安全度：

计算结果说明，具有上述参数的滑动轴承可以获得液体动力润滑。