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§8-5 液体摩擦动压向心滑动轴承的设计 一、设计约束分析 1、形成动压油膜和液体摩擦的约束条件
图8-13 动压向心滑动轴承的工作过程 图8-13中:为轴颈中心,为轴承中心,当、重合时,轴颈与轴承间有一间隙,称为半径间隙,也称为设计间隙(图8-13(e))。 图8-13(a):轴颈静止时,在外载荷作用下,轴颈处于轴承孔最下方的稳定位置,两表面间自然形成一弯曲的楔形。此时偏心距(即的连线)=等于半径间隙。 图8-13(b):润滑油进入轴承间隙并吸附在轴径和轴承表面上。轴颈开始转动时,速度极低,这时轴颈和轴承间的摩擦为金属间的直接摩擦。作用于轴颈上的摩擦力的方向与其表面上的圆周速度方向相反,迫使轴颈沿轴承孔内壁向上爬。 图8-13(c):随着轴颈转速的升高,润滑油顺着旋转方向被不断的带入楔形间隙,由于间隙越来越小,根据流体通过管道时流量不变的原理,当楔形间隙逐渐减小时,则润滑油的流速将逐渐增大,使润滑油被挤压从而产生油膜压力。在间隙最小处,流速越来越大,润滑油被挤得越来越厉害,这些油膜压力的合力大到足以将轴颈推离,使轴颈和轴承的金属接触面积不断减少,以致在轴颈和轴承间形成一层较薄的油膜。但由于油膜压力尚不足以完全平衡外载,油膜厚度还没有大于两表面粗糙度之和,此时轴承仍处于非液体摩擦状态。 图8-13(d):当轴颈转速升至一定值时,油膜压力完全将轴颈托起,形成将两表面完全隔开的油膜厚度。此时,轴承开始工作在完全液体摩擦状态下。当轴颈转速进一步升高时,油膜压力进一步升高,轴颈不断抬高,使轴承偏心距不断减少,导致两表面形成的楔形角减少。楔形角减小会降低油的挤压,使油膜压力下降。然而,油膜压力下降,又将使轴心下移,增大楔形角,使油压升高。如此反复,直至油膜压力的合力与外载荷达到新的平衡为止。 图8-13(e):理论上当轴颈转速达到无穷大时,轴承偏心距将趋于零。 从上述滑动轴承运行机理可见,形成动压油膜的必要条件为: 为保证动压轴承完全在液体摩擦状态下工作,轴承工作时的最小油膜厚度必须大于油膜允许值。同时,考虑到轴承工作时,不可避免存在摩擦,引起轴承升温,因此,还必须控制轴承的温升不超过允许值。另外,动压轴承在起动和停车时,处于非液体摩擦状态,受到平均压强、滑动速度及的约束。这些约束条件分别为:
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