油膜轴承静态反应

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当轴在轴承中不旋转时，轴将位于轴承的底部，接触轴承表面。随着轴的旋转，它将开始从轴承中抬起增加高度，直到最大转速。除了垂直抬高，大部分轴颈轴承也将呈现在轴承间隙内的横向静态移动。

有几个针对简单轴承的数学解析，它们可用来描述常见圆筒滑动轴承的反应。最基本的形式是长和短圆筒轴承两个模型，长轴承模型假定轴承具有无限的长度，近似于一个长度/直径 (L/D)>>1的轴承，对于长轴承，在轴承的轴向长度上几乎没有压力变化。相反，短轴承假定轴承足够短，其压力轮廓的轴向变化是抛物线，实际上只要L/D<=0.25，短轴承是准确的。大部分实际圆筒滑动轴承处于0.5<L/D<1.5，大约介于短和长轴承之间。为了评价轴承的功能，定义了一些参数：

Somerfeld数

  · u=油粘度，Reyn(Lbf-sec/in2)
  · N=RPM/60，Hz
  · P=单位载荷=F/(DxL) , PSI
  · R 轴颈半径，Inch
  · C=轴承径向间隙，Inch
  · ε=e/C
  · e=轴颈偏心
  · ψ=姿态角，角度=从轴承底部到最小油膜厚度的角度

那么，对假定的完全空穴的短轴承：

例如：以一个普通套筒轴承为例，其参数为：

  · 轴承上的力= 680kG
  · ISO68油在140°F平均温度
  · 轴颈直径=100mm，长度=100mm (L/D=1)
  · 径向间隙=200um

随着转速的升高，轴中心的踪迹可在一个极坐标图上描述偏心率 (ε) 和姿态角 (ψ) 的变化，如下图所示。该图包括了转速达到9000RPM的踪迹，可以观察到在高转速下发生的情况，正如所看到的，普通圆筒轴承将产生一个接近半圆形的轴中心线踪迹，它从轴承圆周的底部开始，在非常高的转速时结束在轴承的中心。

图 普通圆筒轴承轴中心线对转速的变化

当一个普通圆筒轴承运行在一个小于约0.4-0.7的偏心率时，它变得不稳定，对应于从轴承底部开始约45-60°的姿态角。一旦状态允许轴承上升的更高，它将开始涡动，导致油膜涡动。

轴承上施加的载荷的变化也导致轴中心线位置相似的变化，如果轴承完全卸载，它将运行在轴承的中心没有偏心率。随着载荷垂直向施加，将导致相同的轴中心线轮廓，轴沿着半圆路径移动，直到在非常高的载荷下接近轴承的底部。

与圆筒轴承不同，一个对称的可倾瓦轴承，例如一个载荷在瓦间的4瓦片轴承，随着转速和/或载荷的变化将产生一个几乎垂直的轴中心线踪迹，如图所示。

图 可倾瓦轴承轴中心线绘图

油膜涡动是普通圆筒轴承的著名问题，普通圆筒轴承将变得不稳定并产生可能很高的0.43-0.47X轴转速频率振动，如果偏心率小于0.4-0.7姿态角大约在45-60°时将发生这种情况。可能增加涡动的潜在状态是那些增加 Somerfeld 数的因素，他们是较高的油粘度、轻载荷或高转速。这也是为什么油膜涡动在很多情况下可以通过升高油温（较低的粘度）、增加载荷或减低转速来减弱或消除的原因。

来源：普迪美状态监测微信公众号（ID：bpdm-cm）