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液体摩擦动压向心滑动轴承

1 液体动压润滑的基本方程式——雷诺方程

在摩擦表面之间维持一定厚度的润滑油膜，使相对运动的两摩擦表面完全隔开，这种轴承称为液体摩擦轴承，依靠摩擦表面间的相对运动速度和油的粘性而在油膜中自动产生压力场，并以此油膜压力平衡外载荷，从而保持一定油膜厚度的轴承称为液体动压轴承。描述润滑油膜压强规律的数学表达式称为雷诺方程。

两平板间油膜场中微单元体受力图

上图是两块成楔形间隙的平扳，间隙中充满润滑油。假设两平板在z方向为无限宽(即假设液体在z方向没有流动)，研究楔形油膜中一个微单元体上的受力平衡条件

，即

整理后即可得到压强p变化与剪应力的变化规律：

将牛顿粘性定律公式

代入上式并积分；确定积分常数，即可得到描述油膜场中各点流速v的公式：

h为任意位置x处的油膜厚度。

设在z方向取l单位长度，则单位时间内流经任意位置x处的流量为

，将速度v公式代入，积分即得

由于液体为不可压缩，因此流经任何x位置处的流量Q都应相等，亦即Q沿x方向无变化，这就是连续条件，用数学表示即为

即得：

(a)

该式称为无限宽轴承液体动压基本方程，又称一维雷诺方程。

实际轴承都是有限宽的，因此雷诺方程是二维的，即：

z为轴承宽度方向坐标。

雷诺方程描述了油膜场中各点油压p的分布规律，它是液体润滑理论的基础。

2 油楔承载机理

对公式

积分一次，令

处的油膜厚度为h0则由一维雷诺方程得到如下公式

(b)

从上式可看出，如两块平板互相平行，即在任何x位置处都是h=h0，则

，亦即油压p沿x方向无变化，则油膜场中如无外压供应，油膜不能自动产生动压。

如果两块平板沿动平板运动速度v方向呈收缩形间隙，则动平板依靠粘性将润滑油由间隙h大的空间带向间隙小的空间，由此而使油的压强高于环境压力。式（b）中油压沿x方向的变化率与油膜厚度h之间的关系，如图所示曲线。由式可知，当h＞h0时

，即油压随x 的增加而增大，这在图中相当于从油膜大端到h0这一部分；当h＜h0时

，即油压随x 的增加而减小，这在图中相当于从h0向右到油膜小端。而压强在h=h0处最大。油压分布曲线沿整块动平板的积分即为其总承载能力，当轴承油膜承载能力与外载荷F平衡时，油膜场维持在一定油膜厚度下工作。

油膜承载机理

由上述油楔承载机理可知，两相对运动表面间要建立动压而保持连续油膜的条件是：

（1）相对运动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；
（2）被油膜分开的表面必须有一定的相对运动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；
（3）润滑油必须有一定黏度，供油要充分。

这三条通常称为形成动压油膜的必要条件，缺少其中任何一条都不可能形成动压效应，构成动压轴承。除此之外，为了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hmin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，动压轴承在启动和停车时，处于非液体摩擦状态，受到平均压强p、滑动速度v及pv值的限制。

3 径向滑动轴承形成流体动压润滑的过程

径向滑动轴承的轴颈与轴承孔间必须留有间隙，如图所示，当轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触。此时，两表面间自然形成一收敛的楔形空间。当轴颈开始转动时，速度极低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈在摩擦力作用下沿孔壁向右爬升。随着转速的增大，轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空间的油量也逐渐加多。这时，右侧楔形油膜产生了一定的动压力，将轴颈向左浮起。当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心位置上。这时，轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生的动压力与外载荷F相平衡。此时，由于轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，故摩擦系数达到最小值。

径向滑动轴承形成流体动压润滑的过程