机械毕业设计液体动压滑动轴承实验台设计（含全套CAD图纸） .pdf

本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 浙江理工大学 题目： 液体动压滑动轴承实验台 姓名与学号： 指导老师： 年级与专业： 0 9 级机械设计制造及其自动化 学院： 机械与自动控制学院 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 毕业论文（设计）诚信保证书 我已经按照毕业论文（设计）指导老师的要求，熟悉和理解了我 校关于“二级学院全日制学生毕业论文（设计）规范化规定”文 件的精神和有关要求，愿意在毕业论文（设计）中诚实守信，绝 不抄袭、剽窃他人论文、设计及其他智力成果, 引用材料注明出 处, 参考书目附在论文( 设计) 篇尾。 如有违反愿意接受相应处理。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 摘 要 滑动轴承是用来支撑轴及其它回转零件的一种重要部件， 因其本身具有一些 独特的优点：轴颈轴瓦间所特有的润滑油膜具有缓冲吸振作用，使用寿命长，结 构紧凑，回转速度高等，这些优点使它在某些场合占有重要地位。因此滑动轴承 在金属切削机床、内燃机、铁路机及车辆、轧钢机、雷达、卫星通信地面站及天 文望远镜等方面的应用十分广泛。为了帮助大学学生更加深入、细致地了解和研 究滑动轴承，各种滑动轴承实验台应运而生，但在实验的效率、效果方面都还有 不足。现有的滑动轴承试验台不能满足我们需要的要求，因此，我们需要为了测 试专门的改进。 本论文主要对液体动压滑动轴承进行分析、设计，使得其能够更好的工作， 测得各种实验数据。对电机、温度传感器、加热装置进行解析、选择，可以测量 及仿真径向油膜压力分布、油膜温度变化、油槽温度变化等各种参数。在基于流 体力润滑理论的基础上，以雷诺方程的建立和求解过程，揭示了影响油膜压力的 因素和其变化规律。 可以通过改变各种参数揭示影响油膜压力的因素及其变化规 律，从而能够更加深刻的理解和掌握滑动轴承的原理。如此一来，不仅完成了滑 动轴承实验，并且加深了对油膜承载机理的理解，同时还提高了对滑动轴承的设 计能力。 关键词：液体动压滑动轴; 油膜压力; 油膜温度 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 abstract sliding bearing is used to support shaft and other rotating parts is an important part， because of its itself has some unique advantages： between the journal bearing of lubricating oil film vibration cushioning、long service life、compact structure、 rotation speed is higher and so on，these advantages make it occupies an important position in some occasions.so the sliding bearing in the metal cutting machine tools, internal combustion engines, railway and vehicle, rolling mill, radar, satellite communication earth station and astronomical telescope are widely used, etc.in order to help college students more in- depth and meticulous understanding of and research on the sliding bearing, all kinds of sliding bearing experimental platform arises at the historic moment, but in the experimental efficiency, effect and inadequacy. existing sliding bearing test rig can not meet the requirements of we need, therefore, we need to test the specific improvements. this thesis mainly analyze the fluid dynamic pressure sliding bearing, the design, make it can work better, measured a variety of experimental data.motor, temperature sensors, heating device for parsing, choice, can be measured and simulation of radial oil film pressure distribution, oil film temperature, oil temperature and other parameters.based on flow, on the basis of manual lubrication theory, with the establishment of the reynolds equation and the solving process, reveals the factors that affect the oil film pressure and its change rule.can by changing various parameters that influences factors of oil film pressure and variation law, to be able to more deeply understand and master the principle of sliding bearing.as a result, not only completed the sliding bearing experimental, and deepen the understanding of the mechanism of oil film bearing, also raised the design capability of sliding bearing. k e y w o r d s : liquid dynamic pressure sliding bearing; the oil film pressure；the oil film temperature 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 目 录 摘 要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i i a b s t r a c t. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i v 第一章 绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 1 . 1 国内外研究现状和发展趋势 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 . 1 液体动压滑动轴承试验台国内外研究现状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 . 2 液体动压滑动轴承试验台发展趋势. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 2 液体动压滑动轴承试验台的研究目的和意义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 . 3 课题研究的主要内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 第 2 章 液体动压滑动轴承的理论基础. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2 . 1 滑动轴承 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 . 1 . 1 滑动轴承的主要类型和结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 . 2 液体动压润滑的基本原理和基本关系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 . 2 . 1 液体动压油膜的形成原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 . 2 . 2 液体动压润滑的基本方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 2 . 3 油楔承载机理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 . 3 径向滑动轴承液体动压基本原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 . 3 . 1 径向滑动轴承液体动压润滑的建立过程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 . 3 . 2 径向滑动轴承的主要几何关系和承载能力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 3 . 3 径向滑动轴承的参数选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 第 3 章 液体动压滑动轴承油膜特性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 3 3 . 1 径向滑动轴承油膜压力分布的理论基础 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 . 1 . 1 液体动压润滑的基本方程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 . 1 . 2 雷诺方程的简化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 . 1 . 3 雷诺方程的无量纲形式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 3 . 1 . 4 雷诺方程的无量边界条件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 3 . 1 . 5 开设油槽时油膜压力的计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 第 4 章 液体动压滑动轴承试验台的实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 7 4 . 1 试验台的简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 4 . 1 . 1 液体动压滑动轴承试验台的结构简图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 4 . 1 . 2 关于电机的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 . 1 . 3 关于热敏电阻传感器的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 . 1 . 4 关于加热装置的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 4 . 2 液体摩擦径向滑动轴承的计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 . 2 . 1 主要技术指标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 . 2 . 2 选择轴承材料和结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 . 2 . 3 润滑剂和润滑方法的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 . 2 . 4 承载能力计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 . 2 . 5 层流校核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 4 . 2 . 6 流量计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 4 . 2 . 7 功耗计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 4 . 2 . 8 热平衡计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 4 . 2 . 9 安全度计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 4 . 3 滑动轴承内轴瓦、油温、油压的关系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 第五章 总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 4 致 谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 5 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 第一章 绪论 滑动轴承是用来支撑轴及其它回转零件的一种重要部件， 因其本身具有一些 独特的优点：轴颈轴瓦间所特有的润滑油膜具有缓冲吸振作用，使用寿命长，结 构紧凑，回转速度高等，这些优点使它在某些场合占有重要地位。因此滑动轴承 在金属切削机床、内燃机、铁路机及车辆、轧钢机、雷达、卫星通信地面站及天 文望远镜等方面的应用十分广泛 。为了帮助大学学生更加深入、细致地了解和 研究滑动轴承，各种滑动轴承实验台应运而生，但在实验的效率、效果方面都还 有不足。 1.1 国内外研究现状和发展趋势 1.1.1 液体动压滑动轴承实验台国内外研究现状 早在 1 9 8 9年，东南大学机械学研究室已经设计研制成静压和动静压轴承实 验台 ，它可以进行静压和动静压滑动轴承的静动特性实验。 1 9 9 5 年，上海机械电子工程学院为研究滑动轴承静态和动态油膜气穴分布， 设计并开发了 3 6 0 。动、静载荷滑动轴承油膜分布实验台 。 2 0 0 1年，广东工业大学为了对轴承进行系统的理论与实验研究，设计并研 制了 y z - 1 型轴承试验台。 2 0 0 2 年，湖南长庆科教仪器厂研制了 h s - a 型滑动轴承实验台。h s - a 型滑动 轴承实验台主要用于教学实验。 它可以帮助学生观察滑动轴承的结构及油膜形成 的过程，测量其径向油膜压力分布，通过测定可以绘制出摩擦特性曲线、径向油 膜压力分布曲线和测定其承载量。后湖南长庆科教仪器厂又研制了 h s - b型滑动 轴承实验台。 此外上海同育教学仪器设备有限公司研制了 t y k - i 液体动压轴承实验台。 该实验 台的实验功能有观察滑动轴承的动压油膜形成过程与现象； 使用压力表测量轴承 径向及轴向压力分布值；使用摩擦力传感器进行实时采样并显示轴承摩擦力矩 值；采用力及转速传感器，测量轴承工作载荷及主轴转速；实验台工作载荷、摩 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 擦力矩及主轴转速传感器信号接入实验台所配的测试仪， 由单片微机控制实时采 样、分析、并显示；通过抄录测试仪及压力表所显示实验数据，手动绘制出滑动 轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线及摩擦特性曲线。 1.1.2 液体动压滑动轴承实验台发展趋势 随着计算机技术的发展与应用，滑动轴承实验台从手动实验，手工绘制实 验曲线，填写实验表格的阶段向实验信息采样、过程控制、数据处理方面智能化 发展，计算机辅助教学、计算机仿真等先进教学手段与技术也开始应用于实践教 学环节 1 0 。 1.2 液体动压滑动轴承实验台的研究目的和意义 目前的滑动轴承实验台普遍存在功能单一、测试数据精度低、实验数据稳定 性差等问题。但计算机技术的发展与应用，使教与学的形式与内容发生了变化， 也改变了实验教学的模式，使实现教学改革成为可能。将计算机辅助教学、计算 机仿真等先进教学手段与技术应用于实践教学环节，科学地应用新技术，充分发 挥高科技的特长，使实验室在现代化管理体制下高效运行，成为了一个新课题。 本课题的研究意义在于：用现代化的技术手段改造原有教学实验设备，提高实验 台测试度、实验数据的可靠性及实验性能，满足教学要求。同时也可以验证实际 轴承的性能是否和设计的性能相吻合；检验轴承的设计、制造和装配是否合理。 新型实验台开发完成后，可向全国高等工科院校相关专业实验室推广使用。 1.3 课题研究的主要内容 本课题重点完成实验台传动电机及调速方法选择、相应传感器的选择，其 主要内容有： 1)了解液体动压滑动轴承实验台研制研究目的。理解液体动压滑动轴承结构及 其特点。确定完整实验系统总体方案。 2)相关测试用传感器型号、电机选定。 3)进行油温测试，对油膜进行加热，测得油温与压力的关系 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 （这是以前所不具有的，是本试验台最大的创新） 4) 对油膜形成过程进行三维仿真。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 第 2 章 液体动压滑动轴承的理论基础 2.1 滑动轴承 根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承） 和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。滑动轴承本身具有的一些独特有点， 使得它在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合占有重要地位。因此， 滑动轴承在轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发 电机附件、雷达、卫星通信地面站、天文望远镜以及各种仪表中应用颇为广泛。 2.1.1 滑动轴承的主要类型和结构 按受载荷方向不同，滑动轴承可分为径向滑动轴承和止推滑动轴承 1 。 1 . 径向滑动轴承 径向滑动轴承用于承受径向载荷。图 2 - 1所示为整体式径向滑动轴承，图 2 - 2 所示为对开式径向滑动轴承。对开式滑动轴承拆装方便，轴瓦磨损后可方便 更换及调整间隙，因而应用广泛。 2 . 止推式滑动轴承 止推式滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的结构形式有空心式、单环 式和多环式。 图 2 - 1 整体式径向滑动轴承 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 图 2 - 2 对开式径向滑动轴承 2.2 液体动压润滑的基本原理和基本关系 2.2.1 液体动压油膜的形成原理 图 2 - 3 动压油膜形成原理图 液体动压油膜形成原理是利用摩擦副表面的相对运动， 将液体带进摩擦表面 之间，形成压力油膜，将摩擦表面隔开，如图 2 - 3 所示。两个互相倾斜的平板， 在它们之间充满具有一定粘度的液体。当 a b 以速度 v 向左移动，而 c d 保持静止 时，液体在此楔形间隙中作层流流动。当各层流的速度分布规律为直线时，由于 进口间隙大于出口间隙，则进口流量必大于出口流量；但液体是不可压缩的，因 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 此，在楔形间隙内形成油压，迫使大口的进油速度减小，小口的出油速度增大， 从而使流经各截面的流体流量相等。同时，楔形油膜产生的内压将与外载荷相平 衡。 2.2.2 液体动压润滑的基本方程 雷诺方程是液体动压润滑基本方程，是研究流体动力润滑的基础。它是根据 粘性流体动力学基本方程出发，作了一些假设条件后简化得的。 图 2 - 4 被油膜隔开的两平板的相对运动情况 如图 2- 4 所示，两平板被润滑油隔开，设板 a 沿 x轴方向以速度 v移动，另一板 b 静止。再假定油在两平板间沿 z轴方向没有流动（可视此运动副在 z轴方向的 尺寸为无限大） 。现从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析。 由图可见， 作用在此微单元体右面和左面的压力分别为 p 及dx x p p +， 作用 在单元体上下两面的切应力分别为及dy y + 。根据 x方向的平衡条件，得 0= + +dxdzdy y dydzdx x p pdxdzpdydz 整理后得 yx p = （2- 1) 根据牛顿粘性流体摩擦定律， 将式 （2- 1） 对y求导数， 得 2 2 y u y = ， 代入式 （2- 1） 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 得 2 2 y u x p = （2- 2） 该式表示了压力沿x轴方向的变化与速度沿y轴方向的变化关系。 下面进一步介绍流体动力润滑理论的基础方程。 1.油层的速度分布 2.将式（2- 2）改写成 x p y u = 1 2 2 （2- 3） 对y积分后得 1 1 cy x p y u + = （2- 3） 21 2 2 1 cycy x p u+ = （2- 4） 根据边界条件决定积分常数 1 c及 c2：当y=0 时，vu =；y=h（h为相应于所取 单元体处的油膜厚度）时，u=0，则得 h v x ph c = 2 1 ;vc = 2 代入式（2- 4）后，即得 ()() x pyhy h yhv u = 2 （2- 5） 由上式可见， 油层的速度 v由两部分组成： 式中前一项表示速度呈线性分布， 这就是直接由剪切流引起的；后一项表示速度呈抛物线分布，这是由层流沿x方 向的变化所产生的压力流所引起的。 2.润滑油流量 当无侧泄时，润滑油在单位时间内流经任意截面上单位宽度面积的流量为 = h udyq 0 （2- 6） 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 将式（2- 6）代入式（2- 7）并积分后，得 ()() x phvh dy x pyhy h yhv q h = = 1222 3 0 （2- 7） 设在 max pp =处的油膜厚度为 h0 = 0 0hh x p 时，即 ， 在该截面处的流量为 2 0 vh q = （2- 8） 当润滑油连续流动时，各截面的流量相等，由此得 x phvhvh = 1222 3 0 整理后得 () 0 3 6 hh h v x p = （2- 9） 2.2.3 油楔承载机理 由式 3 0 6 h hh v x p = 可看出油压的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度和油 膜厚度的变化有关，利用该式可求出油膜中个点的压力p，全部油膜压力之和即 为油膜的承载能力。 油膜必须呈收敛楔形，才能使油楔内各处油压都大于入口处和出口处的压 力，产生正压力以支承外载。 所以形成液体动力润滑（即形成动压油膜）的必要条件是： 1)相对运动两表面必须形成一个收敛楔形； 2)被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度 2 v ， 其运动方向必须使润 滑从大口流进，小口流出； 3) 润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 2.3 径向滑动轴承液体动压基本原理 2.3.1 径向滑动轴承液体动压润滑的建立过程 径向滑动轴承的轴颈与轴承孔间必须流油间隙。 滑动轴承形成动压润滑油膜 的过程如图 2 - 5 （a ）所示。当轴静止时，轴承孔与轴颈直接接触，如图 2 - 5 （b ） 所示。径向间隙使轴颈与轴承的配合面之间形成楔形间隙，其间充满润滑油。 由于润滑油具有粘性而附着于零件表面的特性，因而当轴颈回转时，依靠附着在 轴颈上的油层带动润滑油挤入楔形间隙。因为通过楔形间隙的润滑油质量不变 （流体连续运动原理） ，而楔形中的间隙截面逐渐变小，润滑油分子间相互挤压， 从而油层中必然产生流体动压力，它力图挤开配合面，达到支承外载荷的目的。 当各种参数协调时，液体动压力能保证轴的中心与轴瓦中心有一偏心距 e 。最小 油膜厚度 nm i n存在于轴颈与轴承孔的中心连线上。 液体动压力的分布如图 2 - 5（c ） 所示。 静止时 n = 0 启动时 形成动压油膜 图 2 - 5 径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 径向滑动轴承液体动压润滑油膜形成过程经历启动、不稳定运转、稳定运转 三个阶段。 1.启动时（n0） 刚开始启动时，由于速度低，轴颈与轴瓦金属直接接触，在摩擦力作用下 轴颈沿轴瓦内壁向右上方爬行。 （由图 2- 5（a）（c） ） 2.不稳定运转阶段 随着 n增大，从油楔大口带入小口的油逐渐增多，形成压力油膜，把轴颈浮 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 起推向左上方。 （由图 2- 5（b）（c） ） 3.稳定运转阶段 逐渐增大的油膜压力的垂直分量与外载荷 f 相等时， 轴颈稳定在某一位置上 运转。n越高，轴颈中心稳定位置愈靠近轴孔中心。但两中心永远不能重合，因 为当两心重合时，油楔消失，不满足液体动压润滑油膜形成的第一个条件，油膜 将失去承载能力。 （如图 2- 5（c） ） 2.3.2 径向滑动轴承的主要几何关系和承载能力 图 2 - 6 径向滑动轴承的集合参数和油压分布 径向滑动轴承的几何关系，如图 2- 6 所示。 基本参数：o轴颈中心，o1轴承中心，起始位置 f 与 1 oo重合，轴颈直 径d，轴承孔直径 d 根据以上基本参数可以直接计算出： 直径间隙：dd= 半径间隙： () 22 dd rr = = 相对间隙：d = 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 偏心距： 1 ooe = 偏心率： e = 以 1 oo为级轴，对应油膜厚度为h， 0 h 为 max p处油膜厚度， 0 为 max p处的压 力角， 1 ， 2 为压力油膜起始角和终止角，其大小与轴承包角有关。 在 1 aoo中，根据余弦定律可得 ()()() 22 22 22 sincoscos2eehrhrehrer+=+= 略去高阶微量 22 sine，再引入半径间隙 rr = ，并两端开方得 coserhr+=+ 整理得任意位置时油膜厚度为 ()()cos1cos1cos+=+=+=reh 压力最大处 max p 时油膜厚度 ()() 000 cos1cos1+=+=rh 当 =时，油膜最小厚度 min h ()()erwh=11 min 2.3.3 径向滑动轴承的参数选择 影响滑动轴承油膜压力的因素很多，根据液体动压润滑理论，影响压力分布 的参数主要有轴承宽径比、 相对间隙、 油槽开设形式、 径向载荷、 润滑油的粘度、 主轴转速等。 1.宽径比 d b 轴瓦宽度与轴颈直径之比 d b 成为宽径比。 d b 小时，轴承轴向尺寸减小，p 增大，运转平稳，端泄量增大，摩擦功耗减小，轴承承载能力减小。高速重载轴 承温升温， d b 应取小量；低速重载轴承为提高支承刚性， d b 应取大值；高速 轻载轴承为提高支承刚性， d b 应取小值。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 2.相对间隙r= 改变轴承的相对间隙并不影响轴承的总体尺寸， 但对轴承的静动态特性影 响很大。若想改变，只有通过改变轴与轴承的配合公差来实现。一般可根据轴 承所受载荷和轴颈速度选取。速度高时，值应取大一些，可减少发热；载荷大 时，值应取小一些，可以提高承载能力。配合间隙是静压和动压轴承装配、调 整中最重要的一个环节，过大的间隙会降低承载能力和刚度，而过小的间隙可能 引起温升过高，一般按经验关系式估算：() 4 3 100 . 106v =（其中v是轴颈圆 周线速度，单位 s m ） ，最后在综合考虑轴承材料、工作状态等因素来决定。 3.轴承的平均比压bdfp = p 较大，有利于提高轴承平稳性，减小轴承的尺寸；但 p 过大，油膜变薄，对轴 承制造安装精度要求提高，轴承工作表面易破坏。 4.轴承的转速 转速是影响滑动轴承油膜压力分别的参数之一。 5.粘度 润滑油的粘度是建立流体润滑的关键，它对轴承承载能力、功率损失和轴承 的温升起着不可忽视的作用。粘度是通过选择润滑油来选定。当转速高、压力小 时，应选粘度低的油；反之，当转速低、压力大时，应选粘度较高的油，这样就 尽可能的减小实验误差，得到较为准确的油膜压力分布图。 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 第 3 章 液体动压滑动轴承油膜特性分析 3.1 径向滑动轴承油膜压力分布的理论基础 3.1.1 液体动压润滑的基本方程 从数学的观点来看， 各种流体润滑计算的基本内容就是对动压润滑的基本方 程雷诺方程的应用与求解。从十九世纪起，人们开始对液体动压现象的研究 以来，液体动压油膜产生机理现在已经趋于成熟，现代液体润滑理论已经得到长 足的发展 2 。 3.1.2 雷诺方程的简化 雷诺方程为各量都是变量的三维非线性偏微分方程， 对它进行积分求解并非 易事。解析法求解存在很多困难，因而需要采取一系列的简化。 根据不同的工作状况，可以采用不同的形式简化。通常的径向滑动轴承设计 采用不可压缩的等粘度润滑计算，进行一系列的假设，即假定润滑油具有相同的 粘度，流体的密度为常数，同时认为间隙h只是x的函数而不考虑误差和轴的弯 曲变形，可以得出在稳定载荷作用下的流体动压润滑二维雷诺方程为 v z h z p h zx p h x 126 33 = + 对于普通径向动压滑动轴承，式中： h油膜厚度，( )cos1+= hh，为偏心率， /e= ，r，r 分别为 轴承、轴颈半径，为所求油膜厚度到轴承与轴颈连线的角度；为流体粘度； p为油膜压力；为轴颈圆周速度；v为轴颈中心运动的径向速度；x，z分别 为轴颈方向和轴线方向的坐标。 上式方程右边第一项为楔形间隙所引起的楔形项， 第二项为由轴承中液体法 向相对运动所引起的挤压效应项， 一般后一项是可以忽略。 这种忽略是有根据的， 因为在稳定匀速的情况下，切向速度v一般均不随x的变化而变化，故伸张可不 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 考虑；另外，当压力不是很高时，楔形项是主要的，也可忽略挤压效应项。于是 方程就变成： x p z p h x p h x 6 33 = + （3- 1） 式（4- 1）是最常见的计算有限长向心动压轴承的二维雷诺方程。 3.1.3 雷诺方程的无量纲形式 对动压滑动轴承进行分析计算，常以无量纲的形式进行。这样，一方面可将 问题归纳成最紧凑的形式，突出各有关因素的作用，并且使处理的变量的数值尽 可能地不致大到天文数字或小到微乎其微，以便于用于计算机运算。并且，分析 所得结果，可直接以无量纲形式推广应用到相似的轴承问题当中3。 以径向滑动轴承为例，先将雷诺方程中的自变量（x和z）用无量纲坐标表 示。是无量纲量，它是用r作为“相对单位”来度量x值的结果，即rx=转 换来的，所以就是x坐标的无量纲值。相似的，对于轴向坐标z，选取轴承宽 度b的一半作为相对单位，则z方向的无量纲坐标就是： /hh = 。对于方程中 之变系数（膜厚h） ，因其级数量远小于x和z方向尺寸的数量级，而与半径间隙 占同级，故选为其相对单位，于是无量纲膜厚为： /hh = 。p 是未知变量， 选定某一特征值作为其相对单位，假设用某一未知变量p。表示，则无量纲压力 为 0 ppp =。 0 p 是经过计算和对公式形式的简化最终确定的， 2 0 2=p。 将这些无量纲量代入（4- 1）中，最终得到雷诺方程的无量纲形式： hp h l dp h3 3 2 3 = + （3- 2） 式中： cos1+=h，其中成为偏心率 rx/= ，的区间是 02 bz/2= ，如果坐标原点放在宽度中央，则的区间是- 11 本科毕业设计（论文） 专业定制冲压、注塑模具设计，工艺夹具设计，机械结构设计，扣扣 194535455 3.1.4 雷诺方程的无量边界条件 图 3 - 1 压力分布的边界条件 在稳定工况下，要求解承受载荷轴承的微分方程，必须先确定边界条件。这 些条件规定了压力分布的边界，称为压力分布边界条件。 对于径向滑动轴承其边界条件如图 4- 1 所示： 1.沿轴向 ()01,=p ； 2. 沿周向 （1） 全索默菲尔德（sommerfeld）边界条件 全索默菲尔德边界认为油压在收敛区为正值，在发散区为负值，压力曲线连 续，并对 =处成反对称。具体边界条件0=或 p=0； 处 p=0。该边界条件 与实际相差很大，通常不采用。 （2） 半索默菲尔德条件 通常轴承只能承受正压而不能承受负压，因为负压下油膜会破裂，故半索默 菲尔德边界只应计算收敛区正压的承载能力，而不应考虑发散区负压的影响。具 体的边界条件为：0=处 p=0； =处 p=0，0=ddp。该边界使液体流动 呈不连续态势，故将产生计算误差，这是其不足之处。但因其计算相对简单，常 备使用。 （3） 雷诺（reynolds） 雷诺边界以油膜区内液体流动的连续性为出发点，理论上更加严密，结果也 相对正确，只是计算难