高速重载工况下滑动轴承结构对性能的影响分析

本文的计算程序按等温等粘度计算，亦可在绝
本文围绕高速重载的工况下对滑动轴承进行结 构设计展开，计算对比不同的轴承类型以及结构参
数下滑动轴性能的差别，确定不同类型的滑动轴改
变结构参数后对性能影响的规律。以圆柱轴承、椭
圆轴承、三油叶轴承为研究对象，通过改变三油叶和
椭圆轴承的预负荷系数改变最小半径间隙大小，计
算并对比分析各自性能的变化趋势，并且以椭圆轴
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳｌｉｄｉｎｇＢｅａｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＵｎｄｅｒＨｉｇｈＳｐｅｅｄａｎｄＨｅａｖｙＬｏａｄＣｏｎｄｉｔｉｏｎ
ＹｕＹａｎｇｆｅｉ ＦａｎＨｏｎｇｈｕｉ ＣｈｅｎＸｉａｏｍｅｎｇ ＷａｎｇＷｅｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｂｅａｒｉｎｇｓｗｉｔｈｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｂｅａｒｉｎｇｓ，ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｂｅａｒｉｎｇｓａｎｄｔｈｒｅｅｏｉｌｌｅａｆｂｅａｒｉｎｇｓｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｌｉｄｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｕｎｄｅｒｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄａｎｄｈｅａｖｙｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓＢｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｐｒｅｌｏａｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｏｃｈａｎｇｅｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｒａｄｉｕｓｇａｐ ｏｆｔｈｅｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｂｅａｒｉｎｇ，ａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｂｅａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｒａｄｉｕｓｃｌｅａｒａｎｃｅａｎｄｐｒｅｌｏａｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄｔｈｅｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｂｅａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｒａｄｉｕｓｇａｐａｓｔｈｅａｎａｌｏｇｙｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ ｔｉｃｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｂｏｔｈｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｙｐｅａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａｖｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｉｄｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓ；ｐｒｅｌｏａｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｙｐｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｂｅａｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
关，因此确定预负荷系数对轴承性能的影响对轴承
设计中确定合适的轴承轴承参数非常重要。
１２ 滑动轴承性能计算基本方程
无量径向油膜轴承的雷诺方程表达式如下：
Φ（ηＨ３ΠΦ）＋Ｚ（ηＨ３ΠＺ）＝６ΦＨ＋１２ΩＨ （４） 其中无量纲压力 Π ＝Ｐψ２ｍｉｎ／（η０ω）；无 量 纲 温 度 ν＝Ｔ／Ｔ０；相对动力粘度 η ＝η／η０；Ｔ０—参考温 度；Ｔ—温度；η０—Ｔ０ 时的粘度；η—动力粘度；Ｐ—压 力；Ω＝ωｔ为无量纲时间（即转角）。
０ 引言 滑动轴承在诸多领域中都有非常重要的应用，
无论是航空航天领域，还是日常生活中都能发现滑 动轴承的身影。滑动轴承结构参数直接影响着滑动 轴承性能，因此在滑动轴承设计时必须考虑其结构 参数因素。已有关于结构参数对于滑动轴承性能的 影响的研究并不多，颜勇明等对预负荷系数与三油 叶滑动性能的关系有过研究；易礼松分析了波形表 面对滑动轴性能的影响；陈龙江研究了预负荷系数 对五块可倾瓦轴承的动静特性的影响。其余大多围 绕结构参数对滑动轴承稳定性方面展开研究，在高 速重载情况下，关于滑动轴承结构参数对其结构性 能的影响的系统研究则更加少。
２
《计量与测试技术》２０１９年第 ４６卷第 ６期
式中：ψｍｉｎ ＝ｃｍｉｎ／Ｒ；ψｍａｘ ＝ｃｍａｘ／Ｒ；ｍ—预负荷系 数；β—轴瓦张角。
其中：Ｒ是轴承半径，对 ｃｍａｘ、ｃｍｉｎ的定义是：当轴 颈中心位于轴承中心的时候，轴瓦的边缘处测得的 间隙是最大半径间隙 ｃｍａｘ，亦常称为侧隙，它近似等 于轴瓦半径与轴颈半径间隙 ｃ：ｃｍａｘ≈ｃ，轴瓦中间测 得最小半径间隙 ｃｍｉｎ，亦常称为顶隙，ｃｍｉｎ≈ ｃ－δ（δ 为轴瓦的偏心距），见图 １。
! () * *+ %"&'
!"#$
wenku.baidu.com
图 １ 顶隙和侧隙位置关系图
椭圆轴承的瓦张角近似为 １８０°，其预负荷系数
与顶隙和侧隙的关系为：
ｍ≈１－ｃｃｍｍａｉｎｘ
（２）
三油叶轴承的瓦张角近似为 １２０°，其预负荷系
数与顶隙和侧隙的关系为：
ｍ≈１－２ｃｍａｃｘｍ－ｉｎｃｍｉｎ
（３）
由式（２）、（３）可 知 预 负 荷 系 数 与 轴 瓦 形 状 有
承最小半径间隙相等半径间隙的圆柱轴承作为参考
对象，分析不同结构类型轴承的性能差异。
１ 滑动轴承性能计算理论分析
１１ 预负荷系数对轴承结构的影响
对于椭圆轴承和三油叶轴承，根据滑动轴承基
本原理可知，预负荷系数的定义为：
１－ｃｏｓβ
ｍ＝１－
２
ψｍｉｎ －ｃｏｓβ
ψｍａｘ
２
（１）
基金项目：上海市科技攻关计划 项目编号：１６ＤＺ１１２０６０３项目名称：高承载能力滑动轴承设计
樊洪辉等：高速重载工况下滑动轴承结构对性能的影响分析
１
高速重载工况下滑动轴承结构对性能的影响分析
俞扬飞 樊洪辉 陈晓萌 王 文
（上海大学机电工程及自动化学院，上海 ２００４４４）
摘 要：本文针对高速重载工况下滑动轴承结构设计展开，计算对比圆柱轴承、椭圆轴承和三油叶轴承三种类型轴承的性能差异。通过改变预 负荷系数的数值改变椭圆轴承的最小半径间隙，并选择相同半径间隙和预负荷系数的椭圆轴承以及等效半径间隙的圆柱轴承作为类比对象， 计算对比分析三者的静态和动态特性表现。结果表明滑动结构类型和结构参数都对轴承性能表现有重要影响。 关键词：滑动轴承；预负荷系数；结构类型；结构参数；轴承性能 中图分类号：ＴＨ１１７２ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４６０４０３０ ＤＯＩ：１０．１５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４－６９４１．２０１９．６．００１