窥探—径向滑动轴承静特性计算(一)

1.引言

生产实践中，轴承的承载能力是滑动轴承设计的重点问题，对滑动轴承承载能力的研究对于轴承技术的发展具有重要意义。通常影响径向滑动轴承承载能力的因素有很多，如宽径比、偏心率、相对间隙等。在不同工作载荷和转速的情况下，油膜承载力也不尽相同。

2.油膜压力分布的计算

基于有限差分法求解径向滑动轴承油膜压力分布如图1所示，其计算过程可参考往期，此不再赘述。

图1 油膜压力分布

根据此组压力值，再用相应的数值积分，便可进一步求得稳态条件下轴承油膜承载力，其计算流程如图2。

图2 Matlab编程计算流程

3.油膜承载力及偏位角计算

对于有限宽轴承，水平、垂直方向油膜合力如图3所示，其无量纲值为：

式中，φ是由轴承上方起始计量的角。

图3 油膜力示意图

用数值积分时，可先用Simpson积分法算出各列上P沿轴向的积分(设n为偶数)：

而后，再计算方向的积分，仍用Simpson积分(设m为偶数)：

偏位角α—轴颈中心与轴瓦孔中心的连线鱼载荷作用线所夹锐角，其计算式：

偏位角的理论值指明最大油膜厚度和最小油膜厚度的角度位置，因而可以确定供油槽的大致位置。

4.求解结果分析

由油膜承载力求解方法及公式，根据给定参数，如滑动轴承宽径比、偏心率等，利用Matlab数值计算软件计算出轴承无量纲承载力和偏位角离散化数值点，然后再进行数据点拟合曲线。得到宽径比、偏心率对轴承承载能力、偏位角的影响关系分别如图4、5所示。

图4 无量纲承载-偏心率变化曲线图

图5 偏位角-偏心率变化曲线图

由图4可知，在不同的宽径比和偏心率下，无量纲油膜承载力的其求解计算结果与轴承经典理论相吻合：

1) 宽径比一定时，偏心率越大，无量纲承载力越大；

2) 偏心率一定时，宽径比越大，轴承承载能力愈强；

3) 同承载能力之下，偏心率随宽径比增加而减小。

再据图5：给定一宽径比，偏位角整体随偏心率的增加而减小；且各拟合曲线汇交于一点，表明在给定一偏心率之下，宽径比越大，偏位角先趋于小而后又趋于大。

5.结论

通过对流体润滑理论的学习，以及对二维Reynolds方程的分析求解，利用数值分析软件对油膜无量纲承载力及轴承偏位角进行计算，其求解计算结果与轴承经典理论相吻合。