[发明专利]一种具有轴向压差的径向滑动轴承的快速计算与设计方法

权利要求书

1.一种具有轴向压差的径向滑动轴承的快速计算与设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据已知的径向滑动轴承的轴径参数、偏心参数和润滑参数，初步选定轴承具体类型；再选定包括轴承直径、宽度、间隙、预负荷以及收敛比在内的各项设计参数；

2)取径向滑动轴承的径向中心截面，其周向坐标为x，轴向坐标为z，依据径向中心截面的轴向压力分布图，设定A点表示轴承上端面，坐标为B点表示轴承下端面，坐标为C点表示轴承中心截面，坐标为(0，p_c)；其中轴承宽度L、A点压力值p_a和B点压力值p_b均已知，C点压力值p_c未知，根据A、B、C三点坐标即可求出三点所在的二次曲线表达式，即为径向中心截面上任意一点(x，z)处的压力值p与轴向坐标z的关系；

3)根据给定偏心参数计算轴承的油膜厚度h及其随时间的变化关系；

4)采用有限差分法或有限元法求解一维Reynolds方程，计算轴承的油膜压力p分布，润滑油粘度通过温粘方程计算；

5)根据求得的油膜压力p，计算得出轴承其他静特性参数，包括油膜力，轴颈摩擦力，润滑油流速及流量，轴承功率损耗，轴承温升，以及轴承有效温度；

6)根据上一步计算得到的滑动轴承各项静特性参数值，判定所选定的轴承参数是否符合工况条件要求，如果不满足要求：重选轴承类型及轴承直径、宽度、间隙、预负荷、收敛比后，依次执行步骤2)至6)；直至满足要求：进行下一步；

7)利用小扰动法，计算得出滑动轴承动特性参数，包括刚度系数：x方向直接刚度k_xx，y方向直接刚度k_yy，交叉刚度k_xy、k_yx；以及轴承阻尼系数：x方向直接阻尼c_xx，y方向直接阻尼c_yy，以及交叉阻尼c_xy、c_yx；

8)根据上一步计算得到的滑动轴承各项动特性参数值，判定所选定的轴承参数是否符合工况条件要求，如果不满足要求：重选轴承类型及轴承直径、宽度、间隙、预负荷和收敛比后，依次执行步骤2)至8)，如果设计指标达到工况需求，则获得径向滑动轴承最佳设计参数。

2.根据权利要求1所述的一种具有轴向压差的径向滑动轴承的快速计算与设计方法，其特征在于，步骤2)中，径向中心截面上任意一点(x，z)处的压力值p与轴向坐标z的关系为：

式中：C点压力值p_c仅与周向坐标x有关，与轴向坐标z无关。

3.根据权利要求2所述的一种具有轴向压差的径向滑动轴承的快速计算与设计方法，其特征在于，步骤3)中，轴承的油膜厚度h及其随时间的变化关系为：

h＝C-e_xcosθ-e_ysinθ

式中：h表示轴承的油膜厚度，表示油膜厚度的导数，θ表示轴承偏位角，C表示轴承的半径间隙。

4.根据权利要求2所述的一种具有轴向压差的径向滑动轴承的快速计算与设计方法，其特征在于，步骤4)中，一维Reynolds方程的表达式如下：

式中：x表示轴承周向坐标，h表示轴承的油膜厚度，μ指流体粘度，L为轴承宽度，U指相对运动速度，t指时间；先求出C点压力值p_c，再代入式(1)求出点(x，z)处的油膜压力p。

5.根据权利要求3所述的一种具有轴向压差的径向滑动轴承的快速计算与设计方法，其特征在于，步骤5)中，轴承其他静特性参数的计算公式如下：

油膜力：

式中，F_h表示轴承水平方向油膜力，L为轴承宽度，θ表示轴承周向的角度，且x表示轴承周向坐标，R表示轴承半径，F_v表示轴承竖直方向油膜力，p表示油膜压力；

轴颈摩擦力：

式中，F_t指轴径转动的总摩擦力，τ_yx指轴径转动过程中的剪切应力，μ指流体粘度，U指相对运动速度，h表示轴承的油膜厚度，p指油膜压力；

润滑油流速及流量：

通过式(8)和(9)计算出轴承间隙在周向和轴向任意截面上的流速v_x、v_z，再通过对v_x在轴向和油膜厚度方向积分得到周向的流量q_x，对v_z在周向和油膜厚度方向进行积分得到轴承两端的流量q_z；

式中：v_x、v_z为润滑油在周向和轴向的流速；q_x、q_z为润滑油在周向和轴向任意截面的质量流量；U、W指固体表面相对运动速度；x、y、z指轴承周向、油膜厚度方向和轴承轴向坐标；μ指流体粘度；p表示油膜压力；L指轴承宽度；B指轴承周向长度；h表示油膜厚度；

轴承功率损耗：

式中：F指力向量矩阵；V指速度矩阵；T指摩擦力矩矩阵；ω指角速度矩阵，下标j＝1指轴颈，j＝2指轴瓦；

轴承温升：

轴承有效温度：

T_eff＝T_in+ΔT (14)

式中：P指总功率，T_eff指有效温度，T_in指润滑油进油温度，ΔT指温度升高值，ρ₀指流体密度，c₀指流体的热容，Q_leakage指轴承测泄流量。