油膜轴承理论概述.doc

第二章油膜轴承润滑理论概述轧机轴承工作时,靠轴颈转动把润滑油带入收敛间隙形成动压,在形成油膜动压过程中,流体运动遵循流体动力学规律。为全面研究轴承特性,需要求解根据动量、质量得出有关方程,以求得压力分布。本文从轧机使用油膜轴承为研究对象,在剖析计算中,认为轴承处于稳定工作状态,并且只考虑承载区域动力学效应。--1Fluidmodel雷诺方程是滑动轴承计中最基本方程,它描述了轴承中油膜压力与其它各参数关系。通常,应用是简化雷诺方程,它是根据一系列假设推导出来,适用于一般工况条件下润滑计算。为了便于了解流体润滑中物理现象,这里采用流体力学中微元体剖析方法推导Reynolds方程。其主要步骤是:⑴由微元体受力平衡条件,求出流体沿膜厚方向流速分布;⑵将流速沿润滑膜厚度方向积分,求出流量;⑶应用流量连续条件,推导出Reynolds方程[1]。当两刚体被润滑油隔开,移动件以速度沿方向滑动,另一刚体静止不动。一维雷诺方程式推导是建立在以下假设基础上:⑴忽略压力对润滑油粘度影响;⑵润滑油沿向没有流动,既油膜压力沿z方向无变化,在微元体上垂直于z轴前后两面压力相平衡;⑶润滑油是层流流动;⑷油与工作表面吸附牢固,表面油分子随工作表面一同运动或静止,因此在微元体上下两面有沿剪切力;⑸不计油惯性力与重力影响,后者表明油膜中压力沿y向无变化,微元体上下两面压力相互平衡;⑹润滑油不可压缩等。从润滑膜中取一微单元进行剖析,如图2--2Fluidinfinitesimalanalysis图2-2所示,及是作用在微单元体左右两侧压力,及是作用在微单元体上下两面切应力。根据方向力系平衡,得(2-1)整理后得(2-2)根据牛顿内摩擦定律[16]将上式代入,得(2-3)积分上式,得(2-4)由图可知,当时(随移动件移动);(油膜厚度)时(随静止件不动)。利用这两个边界条件可解出(2-5)再剖析任何截面沿方向单位宽度流量(2-6)设油压最大截面处间隙为(即时),在这一截面上(2-7)根据流动连续行原理,油膜各截面处流量应相等,由此得(2-8)上式为一维雷诺动力润滑方程式。经整理,并对取偏导数可得另一表达式(2-9)若再考虑润滑油沿方向流动,则(2-10)考虑Z向流动时方程右边没有关于h与z因式。为什么?原因:,即使求偏导后为零,故没有因式。该式为二维雷诺方程,是计算液体动压轴承基本公式。,因此要研究轴承间隙(油膜厚度)表达式,即间隙函数。轴颈旋转将润滑油带入收敛间隙而产生流体动压,油膜压力合力与轴颈上载荷相平衡,其平衡位置偏于一侧,平衡位置为什么会偏于一侧,是因为哪个力矩所产生作用?轴颈相对位置用偏心率来表示[17﹑18]。对于圆柱轴承,油膜厚度沿圆周方向变化,轴心平衡位置通过两个参数可以完全确定,即偏位角与偏心率。偏位角为轴承与轴颈中心连心线与载荷作用线夹角。油膜厚度,这里是指轴承锥套与衬套之间楔形间隙,系指皆无变形情况下间隙表达式,是在进行弹流计算时重要几何参数。如图2-3所示,轴颈与轴承半径分别为﹑,在衬套上任取一点P,并将P﹑衬套中心及锥套中心三点连成三角形。其偏心距线段,,。在△中应用余弦定理,则有(2-11)上式可以表达成一元二次方程,并忽略,即得到(2-12)式中——半径间隙;——相对偏心率,即。有时,也可将表达式写成(2-13)此两式均正确,但计算时起始位置不同:当角自最小油膜厚度处算起时,则采用式(2-12),而当角自最大油膜厚度处算起时,则采用式(2-13)。,正是由于润滑油具有粘性,在弹流计算何为弹流计算?达量trans
时考虑了润滑油粘度随压力而变化特性,才可能在接触面内建立起弹流油膜,从而奠定了弹流理论基础。研究表明,,粘度随压力变化开始显著。压力继续增加,粘度变化率也增加。当压力为几个吉帕时,粘度升高几个数量级,最后润滑油丧失流体性质而变成蜡状固体。由此可知,对于重载流体动力润滑,特别是弹性流体动力润滑,润滑油粘压特性是十分重要。对于弹性流体动压润滑问题,需要在润滑油粘度与压力之间建立起一定数学关系,即有一定数学表达式精确地表明粘度随压力变化情况。但是当前人们还不能完全应用分子理论定量地描述润滑油粘压关系。现有粘压关系都是以实验为根据。下面介绍所采用经验