气体动压轴承
气体动压轴承
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气体动压轴承 |
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气体动压轴承与液体动压轴承的支承原理相同，只是气体可以压缩，为可压缩流体润滑轴承。气体压强与密度的关系 pρ-n＝常数 其中 n为多变指数。由于气膜内温升很低，可以把气体在轴承气膜内的流动近似看作等温过程，这时n＝1 气体动压润滑的雷诺方程是
式中
Λ —— 压缩数，是判别轴承的压缩效应及切向速度影响的特性数，当Λ＜1时气体润滑与液体润滑相同， σ—— 挤压数,是判别气膜挤压效应及法向速度影响的特性数，当σ≥10时，为挤压膜轴承， pa—— 环境压力； c—— 轴承间隙； R—— 轴承半径； B—— 轴承宽度； η—— 气体的动力粘度； ω—— 轴颈角速度 |
气体动压径向轴承
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气体动压径向轴承 |
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气体动压径向轴承的结构类型见表气体动压、润滑轴承。如圆筒轴承由于轴的自重或载荷使轴颈中心偏离轴承中心，当轴与轴承表面作相对运动时，其间隙内的气体便形成流体动力楔，产生承载能力 螺旋槽径向轴承，当轴和轴承表面按规定方向作相对运动时，由于偏心及螺旋槽，使间隙内气体既有流体动力楔形效应，又有阶梯效应和泵唧效应，它们共同形成承载能力 圆筒轴承的承载能力低、稳定性差，采用较少。常用的是螺旋槽或人字槽轴承，其承载能力高，稳定性好。可倾瓦轴承稳定性最好，适用于很高速的场合 径向轴承的宽径比和相对间隙一般取：B/D＝0.5～2，c/r＝0.0002～0.0004 螺旋槽或人字槽径向轴承槽的结构参数建议按表螺旋槽径向轴承推荐的结构参数选取，符号参考如右图所示 径向轴承的工作性能与压缩数和偏心率有关，压缩数 |
人字槽径向轴承 bg—沟宽；br—台宽；Δ—槽深 |
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式中 pa—— 环境压力 正常工作下，取偏心率ε＝0.1～0.5，极限状态下可取ε＝0.8～0.9。轴承的性能计算包括承载能力F、刚度G、摩擦力矩M和偏位角Φ。前三者常以无量纲的载荷系数 |
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(1)承载能力 |
按最大承载能力设计时，其载荷系数
按最大稳定性设计时，其承载能力FW要低于上式计算值，约为
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(2)刚度 |
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(3)摩擦力矩 |
螺旋槽轴承 圆筒轴承 |
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(4)偏位角 |
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螺旋槽径向轴承推荐的结构参数
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螺旋槽径向轴承推荐的结构参数 |
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结 构 参 数 |
最 大 承 载 能 力 |
最 大 稳 定 性 |
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槽 面 转 |
非 槽 面 转 |
槽 面 转 |
非 槽 面 转 |
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螺旋角 β |
23°~24° |
27°~28° |
20°~50° |
21°~32° |
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槽宽系数 |
0.35~0.45 |
0.40~0.50 |
0.60 |
0.47~0.53 |
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槽长系数 |
0.50~0.60 |
0.70~0.85 |
1.00 |
0.50~0.70 |
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槽深系数 |
2.6 |
2.6~2.8 |
3.0~4.0 |
2.2~2.5 |
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槽 数 Z |
Z≥Λ/5 |
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气体动压推力轴承
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气体动压推力轴承 |
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|---|---|
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螺旋槽推力轴承示意图 |
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螺旋槽推力轴承最为常用，有泵入型、泵出型和人字槽型三种，如上图所示。其中以泵入型性能较好，其承载能力比泵出型约高20%～50%。止推环和轴肩连接处与环境压力沟通称为开式螺旋槽止推轴承，反之称为闭式螺旋槽止推轴承。由于螺旋槽有方向性，所以这种轴承只能按预定的方向转动 螺旋槽推力轴承槽的最佳结构参数建议按表环形螺旋槽推力轴承槽的荐用参数选取 推力轴承在间隙为h0时的压缩数：
其承载能力、刚度和摩擦力矩可用下面的近似公式计算 |
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(1)泵入型螺旋槽环形推力轴承 |
①承载能力
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②刚度
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③摩擦力矩
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(2)人字型螺旋槽推力轴承 |
①承载能力
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②刚度
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③摩擦力矩
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环形螺旋槽推力轴承槽的荐用参数
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环形螺旋槽推力轴承槽的荐用参数 |
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|---|---|---|---|---|
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结 构 参 数 |
泵 入 型 |
人 字 型 |
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最大承载 |
最大刚度 |
最大承载 |
最大刚度 |
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β |
71.2° |
72.2° |
74.5° |
75.0° |
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0.66 |
0.65 |
0.50 |
0.50 |
|
|
0.73 |
0.72 |
0.50 |
1.00 |
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4.05 |
3.25 |
3.61 |
2.93 |
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1.5~2.5 |
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|
Z |
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注：①泵入型 Lg＝(R2-Rg)；人字型 Lg＝(R2-Rg2)+(Rg1-R1)。 |
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气体动压组合型轴承
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气体动压组合型轴承 |
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|---|---|---|
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图a 封闭H型轴承 |
图b 螺旋槽半球型轴承 |
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组合型轴承包括：封闭H型轴承(图a)，球型轴承(图b) 这类轴承径向和轴向的承载能力相互关连。泵入式推力轴承的泵唧作用提高了径向轴承的初端压力，因而提高了轴承的承载能力。组合型轴承等同时承受两个方向的载荷，结构紧凑，易于实现等刚性 |
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(1)封闭H型轴承 |
推力轴承部分槽的结构参数建议取β＝73.5°、 当径向与推力轴承取相同的间隙(即c＝h0)，并要求轴承具有等刚性时，径向轴承宽径比B/D应由下式确定
这时，轴承的刚度
摩擦力矩
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(2)球型轴承 |
球型轴承有半球型(图b)和整球型两种。一般在球面上开螺旋槽。半球型轴承最大承载时的槽结构参数建议按表球轴承槽的结构参数选取 当结构确定后，可以计算出压缩数
轴承的承载能力、刚度和摩擦力矩可以按式(4)～式(6)计算：
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球轴承槽的结构参数
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球轴承槽的结构参数 |
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|---|---|---|---|---|---|
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θ1＝0° |
Z |
5 |
10 |
15 |
30 |
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β① |
12.0° |
13.7° |
14.3° |
15.0° |
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|
0.460 |
0.480 |
0.485 |
0.493 |
|
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4.23 |
3.94 |
3.86 |
3.78 |
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① β 为轴承旋转方向与螺旋槽方向之夹角。 |
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H型轴承计算步骤
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H 型轴承计算步骤 |
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|---|---|---|---|---|
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例：设计一轴向、径向等刚度的封闭H型轴承，其刚度应不小于3×105N/cm，轴承摩擦功耗不大于10W。已知：润滑气体为80℃氢气(ηs0＝2.19×10-9N·s/cm2)；pa＝10N/cm2；工作转速n＝30000r/min(ω＝3.14×1031/s)；轴径d＝1cm；推力盘直径2R2＝1.8cm 选用H型轴承，计算步骤和结果见下表 |
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计 算 项 目 |
单 位 |
计 算 公 式 及 说 明 |
结 果 |
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轴 径 d |
cm |
已 知 |
1 |
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推力轴承外径 2R2 |
cm |
已 知 |
1.8 |
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转 速 n |
r/min |
已 知 |
3×104 |
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环境压强 pa |
N/cm2 |
已 知 |
10 |
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工作气体粘度 η |
N·s/cm2 |
80℃氦，查有关资料 |
2.19×10-9 |
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角 速 度 ω |
1/s |
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3.14×103 |
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推力轴承内径 2R1 |
cm |
2R1＝d |
1 |
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推
力
轴
承 |
外内径比 |
|
|
1.8 |
|
间 隙 h0 |
cm |
选 取 |
2×10-4 |
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槽的螺旋角 β |
(°) |
选 取 |
73.5 |
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槽宽系数 |
|
选 取 |
0.6 |
|
|
槽长系数 |
|
选 取 |
0.8 |
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|
槽深系数 |
|
选 取 |
3.0 |
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|
槽 数 Z |
|
|
取25 |
|
|
外径上槽宽 bg2 |
cm |
|
0.135 |
|
|
槽终端半径 Rg |
cm |
|
0.58 |
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槽终端宽度 bg1 |
cm |
|
0.087 |
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|
槽 深 Δ |
cm |
|
4×10-4 |
|
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压缩数 ΛH |
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83.5 |
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径
向
轴
承 |
间 隙 c |
cm |
c＝h0 |
2×10-4 |
|
槽的螺旋角 β |
(°) |
23 |
||
|
槽宽系数 |
|
0.35 |
||
|
槽长系数 |
|
0.60 |
||
|
槽深系数 |
|
2.6 |
||
|
压缩数 Λ |
|
|
25.8 |
|
|
槽 数 Z |
|
|
取10 |
|
|
宽径比 B/D |
|
|
1.68 |
|
|
轴承宽度 B |
cm |
B＝1.68×1 |
1.7 |
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槽 长 Lg/2 |
cm |
|
0.51 |
|
|
槽 宽 bg |
cm |
|
0.11 |
|
|
槽 深 Δ |
cm |
|
3.2×10-4 |
|
|
刚度系数 |
|
|
4.65 |
|
|
刚 度 G |
N/cm |
|
4.1×105 |
|
|
摩擦力矩 M |
N·cm |
|
8.8 |
|
|
功 耗 N |
W |
N＝Mω |
2.72 |
|
