右图为轴承工作时轴颈的位置。如图所示,轴承和轴颈的连心线OO1与外载荷F(载荷作用在轴颈中心上)的方向形成一偏位角。
轴承孔和轴颈分别用D和d表示,则轴承直径间隙为:△=D-d
半径间隙为轴承孔半径R与轴颈半径r之差,则
δ=R-r= Δ/2
直径间隙与轴颈公称直径之比称为相对间隙,以ψ表示,则
ψ=Δ/d= δ/r
轴颈在稳定运转时,其中心O与轴承中心O1的距离,称为偏心距,用e表示。偏心距与半径间隙的比值,称为偏心率,以χ表示,则 χ=e/δ
于是由图可见,最小油膜厚度为
hmin=δ-e=δ(1-χ)=rψ(1-χ)
对于径向滑动轴承,采用极坐标描述比较方便。取轴颈中心O为极点,连心线OO1为极轴,对应于任意角(包括均由OO1算起)的油膜厚度为h,h的大小可在△AOO1中应用余弦定理求得,即:
解上式得:
若略去,并取正号,则得任意位置的油膜厚度为:
在压力最大处的油膜厚度为: 式中相应于最大压力处的极角。
将雷诺方程写成极坐标形式,即及h,h0 代入雷诺方程后得极坐标形式的雷诺方程
将上式从油膜起始角到任意角进行积分,得任意位置的压力,即
压力在外载荷方向上的分量为
:
把上式在到的区间内积分,就得出在轴承单位宽度上的油膜承载力,即
为了求出油膜的承载能力,理论上只需将py乘以轴承宽度B即可。但在实际轴承中,由于油可能从轴承的两个端面流出,故必须考虑端泄的影响。这时,压力沿轴承宽度的变化成抛物线分布,而且其油膜压力也比无限宽轴承的压力低(左图),所以乘以系数,的值取决与宽度比B/d和偏心率的大小。这样,在角和距轴承中线为z处的油膜压力的数学表达式为
因此,对有限长轴承的总承载能力为
由上式得
式中
于是得
式中Cp为一个无量纲的量,称为承载量系数,η为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度,Pa·s;B为轴承宽度,m;F为外载荷,N;V为轴颈圆周速度,m/s。
Cp的积分非常困难,因而采用数值积分的方法进行计算,并作成相应的线图或表格供设计应用。在给定边界条件时,Cp是轴颈在轴承中位置的函数,其值取决于轴承的包角α(入油口和出油口所包轴颈的夹角),相对偏心率和宽径比B/d。当轴承的包角α(α=120°,180°或360°)给定时,经过一系列的换算,Cp可表示为:
若轴承是在非承载区内进行无压力供油,且设液体动压力是在轴颈与轴承衬的180度的弧内产生时,则不同和B/d 的承载量系数Cp值见下表。
B/d
|
|
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.65 |
0.7 |
0.75 |
0.8 |
0.85 |
0.9 |
0.925 |
0.95 |
0.975 |
0.99 |
承 载 量 系 数 Cp
|
0.3 |
0.0522 |
0.0826 |
0.128 |
0.203 |
0.259 |
0.347 |
0.475 |
0.699 |
1.122 |
2.074 |
3.352 |
5.73 |
15.15 |
50.52 |
0.4 |
0.0893 |
0.141 |
0.216 |
0.339 |
0.431 |
0.573 |
0.776 |
1.079 |
1.775 |
3.195 |
5.055 |
8.393 |
21.00 |
65.26 |
0.5 |
0.133 |
0.209 |
0.317 |
0.493 |
0.622 |
0.819 |
1.098 |
1.572 |
2.428 |
4.261 |
6.615 |
10.706 |
25.62 |
75.86 |
0.6 |
0.182 |
0.238 |
0.427 |
0.655 |
0.819 |
1.070 |
1.418 |
2.001 |
3.036 |
5.214 |
7.956 |
12.64 |
29.17 |
83.21 |
0.7 |
0.234 |
0.361 |
0.538 |
0.816 |
1.014 |
1.312 |
1.720 |
2.399 |
3.580 |
6.029 |
9.072 |
14.14 |
31.88 |
88.90 |
0.8 |
0.287 |
0.439 |
0.647 |
0.972 |
1.199 |
1.538 |
1.965 |
2.754 |
4.053 |
6.721 |
9.992 |
15.37 |
33.99 |
92.89 |
0.9 |
0.339 |
0.515 |
0.754 |
1.118 |
1.371 |
1.745 |
2.248 |
3.067 |
4.459 |
7.294 |
10.753 |
16.37 |
35.66 |
96.35 |
1.0 |
0.391 |
0.589 |
0.853 |
1.253 |
1.528 |
1.929 |
2.469 |
3.372 |
4.808 |
7.772 |
11.38 |
17.18 |
37.00 |
98.95 |
1.1 |
0.440 |
0.658 |
0.947 |
1.377 |
1.669 |
2.097 |
2.664 |
3.580 |
5.106 |
8.186 |
11.91 |
17.86 |
38.12 |
101.15 |
1.2 |
0.487 |
0.723 |
1.033 |
1.489 |
1.796 |
2.247 |
2.838 |
3.787 |
5.364 |
8.533 |
12.35 |
18.43 |
39.04 |
102.90 |
1.3 |
0.529 |
0.784 |
1.111 |
1.590 |
1.912 |
2.379 |
2.990 |
3.968 |
5.586 |
8.831 |
12.73 |
18.91 |
39.81 |
104.42 |
1.5 |
0.610 |
0.891 |
1.248 |
1.763 |
2.099 |
2.600 |
3.242 |
4.266 |
5.947 |
9.304 |
13.34 |
19.68 |
41.07 |
106.84 |
2.0 |
0.763 |
1.091 |
1.483 |
2.070 |
2.446 |
2.981 |
3.671 |
4.778 |
6.545 |
10.091 |
14.34 |
20.97 |
43.11 |
110.79 |