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,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.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g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
|