1、ICS 2 1. 100. 10 J 12 道B中华人民共和国国家标准GB/T 23891. 1-2009/ISO 12131-1 :2001 滑动轴承稳态条件下流体动压瓦块止推轴承第1部分:瓦块止推轴承的计算Plain bearings-Hydrodynamic plain thrust pad bearings under steady-state conditions-Part 1 : Calculation of thrust pad bearings CISO 12131-1:2001,IDT) 2009-05-26发布中华人民共和国国家质量监督检验检亵总局中国国家标准化管理委员会2
2、009-12-01实施发布GB/T 23891. 1-2009/IS0 12131-1 :2001 目。GB/T 238911.2 m/s的空气对轴承室进行通风，这时zkA = 7 + 12禹王其中，Wamb的单位为m/s，kA的单位为W/(m2 K)。. ( 13 ) . ( 14 ) 注=参数kA既表征轴承室内的热传递，又用来表征轴承室向大气环填中的传导和辐射。通过轴颈散发的由摩擦产生的热量，相对于众多的传热形式是很小约部分，可忽略不计e利用式(15): kA XA k=一一一一一一( 15 ) B XLXZ 通过使式(7)中的P!和式(13)中的Pthamb相等，得到轴承的等效温度，见式
3、(16): U2Xd T.ff = f X一一三卫.11十T.mbk X Cwed ( 16 ) 在这种情况下，轴承的温度见式。7); Ts = T.ff . ( 17 ) 如果轴承室的散热面积A未知，可用式(18)、式(19)做近似计算，GB/T 23891.1-2009/囚o12131-1 :2001 对于圆柱形轴承室gA=2X:XD+而占对于机械结构中的轴承:A = (1 5 20) X B X L X Z 式中zBu一一轴承室的轴向宽度，单位为米(rn); DH一一轴承室的外径，单位为米(m).5.5.3 垣过润滑油的情环散热5.5.1b)中，在循环润滑的情况下，热量通过润滑油耗散，参
4、见式(20): P由.L= p X cp X QCT. - T.n ) 对矿物润滑油来说，单位体积润滑油的比热容为zpX Cp二1.8 X 106 J/(m3 K) 润滑槽中的混合过程2.( 18 ) . ( 19 ) .( 20 ) 因为瓦块止推轴承由若干个独立的瓦块组成，所以我们不仅要考虑单个瓦块的润滑油流量，还应该考虑整个轴承的润滑油流量以及各瓦块润滑油流量之间的相互影响。润滑油从瓦块末端世出的流量Q2 (见图3)和由下一个瓦块之间的间隙中新供给进来的润滑油混合在一起，即在润滑向隙入口处的润滑油温度T1比新供给的润滑汹温度T. 岛-1X Q + (1一岛1)X Q; ,-, Q二二Q3和
5、Q三三Q;分别成立固通过极限数值来解释混合系数。若混合系数M=O，则意味着两块瓦块之间的间隙不存在润滑油棍合的情况。即，从一个润滑间隙泄出的润滑油流量也完全地进入下一个润滑间隙。在这种假设情况下，由于绝大部分新供给的润滑油将会从两块瓦润滑间隙的径向方向流出，而没有影响到运行参数，所以，一个很大的润滑泊流量Q将元效。若1昆合参数M=l，则意味着润滑油在瓦块的润滑间隙之间完全温合。一般取M=0.4O.6作为经验数值。它是和设计有关的一个函数，不能确定的给出。供给止推铀承的润滑油总量可以由给定的温升来确定:9 GB/T 23891.1-2009/ISO 12131-1 :2001 .T= T.-T.
6、n Q = . . P. . = Q X Qo Cp X P X .T ( 23 ) ( 24 ) 根据经验，据升.一般选择范围是10C30 .C。由于.T2 = T2 - Tl .( 25 ) 可以得到zPh.L二CpXX (Q2 + 0.5 X Q3) X .Tz. ( 26 ) 根据式(24)和式(2的，可得到润滑间隙中的温升关系如式(27):.TXQ誓.TX Q* .T2 = :;:- - - = - -M . .( 27 ) 八T，由.T*=瓦，轴承等效温度可按式(28)确定rTefl = T.四+.T，十0.5X .T2 = T.n + (.T钳+O. 5) .T2 ( 28 )
7、这时，轴承温度为tT B = T2 = Ten +AT1十.T2= T.帕十(.T+ 1)AT2 ( 29 ) 根据5.5.1和5.5.2计算得到的TB和Tz数值，应与GB/T23891. 3中的许用值T1irn进行比较校核，判断是否合适。5.6 最小润滑油膜厚度和轴承比压经过热平衡状态计算后，可以利用承载能力的特性值F*来计算最小润滑油膜厚度hrnin0 计算得到的hmin应与GB/T23891. 3中规定的许用值h1im进行比较来校核。轴承比压见式(30): - F H一r BXLXZ 应与GB/T23891. 3中规定的许用值圣;m进行比较来校核。5. 7 运行工况( 30 ) 如果滑动
8、轴承长时间在随时间变化的几种工作条件下运行，则应该对最不利的p，hhm和凡的值进行校核验算。首先，应确定轴承是否能够在无压情况下得到足够的润滑，以及传导散热能力是否足够。应研究最不利的热状态，通常，这种状态对应于重载并且高速的运行条件a如果仅用传导散热，当轴承温度过高时，即使把轴承尺寸或者轴承室的表面积增大到最大仍然不能把温度降到许用值，那么必须使用压力润滑和油冷却法。如果某一热负荷(润滑油动力蒙古度系数低)运行工况之后紧跟着高比压、低转速的工况，则应在保持前面高热负荷工况时的运行点的同时，研究随后的新运行工况圄当在符合GB/T23891. 3中规定的临界润滑油膜厚度hlim，tr的工况下，轴
9、承和止推环的粗糙峰相互接触时，润滑会向混合摩擦状态过踱。这里并未考虑可能存在的变形。5.8 更深层的影晌因素动力秸度很大程度上依赖于温度。因此知道润滑油的温带关系曲线及其特性是必要的(见GB/T 3141-1994)。等效动力蒙古度f/ell是由等效润滑油膜温度T.H决定的s即，f/ell是通过温度T，和丑的平均值确定的，而不是以T，)和7j(T2)的平均值。动力蒙古度也依艘于压力，不过依赖程度小一些。但是，对于处于稳态条件下并且承受正常比压p的轴承，其压力对蒙古度的影响可忽略。这一项忽略相当于附加了一个设计安全因素。对于非牛帧流体(如固有蒙古性润滑油、多级机油等)，其甜度是随逆流与不可逆流情
10、况而被动的，它是一个润滑间隙内的剪切应力与运行寿命的函数.在文献8J中，只对少数润滑油做了这些影响因素的研究.GB/T23891的本部分没有对此进行研究。10 A.1 示例1附录A(规范性附录)计算示例GB/T 23891.1-2009/ISO 12131-1 :2001 校核轴向鼓风机中如下瓦块止推轴承，尺寸为D;=O.28 rn,Do=O. 34 m ,8=0.03 m，运行时，恒定载荷F=20000 N，转速为10S-I 假设运行工况为热平衡的临界条件。轴承室表面积为A=1.25 m 0 润滑油通过内径队供给。润滑油应采用甜度为ISOVG68的润滑油。校核单纯依靠传导的方式是否能够充分的
11、散热。环境温度是T叫=20C.铀承最高许用温度为T1im=90c。如果超过了最高许用温度，则应采用循环润滑并在外部对润滑油进行冷却。本示例中假设供给轴承的润滑油在进口的温度为T.=40Co尺寸和运行数据z额定转速下的轴承载荷静止条件下的轴承载荷止推环转速瓦块外径瓦块内径单个瓦块的长度模槽长度模槽探度瓦块数轴承室的散热表面热传递系数环境温度循环润滑时润滑油人口温度循环润滑时润滑油出口温度GB/T 23891. 3中规定的许用值:最大许用轴承比压最大许用轴承温度最小许用润滑油膜厚度润滑油润滑油密度单位体积润滑油热容量临界雷诺数F=20 000 N F.t=O N=10 l DD=340X 10-3
12、 m D;=280X10-3 m L=30XIO-S m l =22.5 X 10-3 m c响d=O.05X lO-3 m Z二24A=l. 25 m2 k = 20 W / (m2 K) T 1Mb =20 c T回=40c T.=50 c PHm = 5XI05 Pa Tlim=90 c hum=20XIO-6 m 润滑泊ISOVG68 p= 900 kg/m3 CpXp= 1. 8XI06 J/(m3 K) Re,= 600 11 GB/T 23891. 1-2009/ISO 12131-1 :2001 T,rr/ 40 50 60 70 80 90 初步假设:轴承温度等敖润滑油膜温度
13、最小相对润滑油膜厚度按照图2的流程图进行计算z表A.lTBO = 80 c T.f!.o = 80 c hin/Cw d =0.8 滑动直径D(瓦块圆环的平均直径和瓦块宽度按下式计算=Do-Di ， A - ., ._:1 D=一-T=310104mDn-D穹B=一二7=30103mCwed = 0.05 X 10-3 m.因此.hin=40X 10 -6 m 并且，u=XDXN=X310X10-3XI0=9. 74 m/s 按式(30)计算轴承比压z- 20 000 p = - . -, -, 年二=O. 93 X 106 Pa c 30 X 10叫校核轴承比压zp=O. 93 X 106
14、Pahim所以最小润滑油膜厚度是满足要求的。根据式(幻，由等敷蒙古度及已确定的最小润滑油膜厚度hmin来校核是否层流:900X9. 74- X 21. 3 X 10-6 =10.8 0.017 3 Re=10.8丑。并且丑，)和巧，。之间的差值没有达到足够小(例如差值满足IT8,o - T8 J I2 C)，因此假设的轴承温度应修正。第二步(修正假设的轴承温度): T毡.o=0.5X(80十136)=108C平回=0.0048 Pa S T:o 40 000 X (0. 055 X 10-3)2 P:-= _ _ -x v vvv/. .V. vvv /., , ;.v / _ _ _. 2.
15、4 q -16.23 XO. 004 8X (30X 10-3)2 X30X 10-3 X 24 根据GB/T23891. 2-2009中图1，通过后=2.4查得hnjC时=0.144，因此hm皿=7.92XlO-S mo 根据GB/T23891. 2一2009中图2，通过hm;JC时=0.144查得f=4.29。4. 29X 16.232 XO. 0048 -3十20=105.2 c B-1157.4XO.OSSXI0 由于TB.1和TB.。之间的差值没有达到足够小，因此假设的轴承温度TB.o=108c应再次修正。第三步(修正假设的轴承温度): TBO且106.6C 守.H=0.0049 P
16、a S 4o 000 X (0.055 X 10-3)2 F=1II nTlilD超出了轴承的许用温度。因此仅靠传导散热无法满足要求，必须通过润滑汹来冷却轴承(循环润滑。15 GB/T 2389 1. 1-2009/ISO 12131-1 :2001 通过润滑油循环冷却散热假设轴承温度Tno=Teli=80C(见通过传导散热)1J.rr =0.009 5 Pa S F一1.21 根据GB/T23891. 2-2009中图1，查得h，jCwed=0.23，因此hmin=12.6XI0-6 m. 根据GB/T23891. 2-2009中图2，查得f;=2.95. 根据式(7)，摩擦功率:2.95
17、X 16.232 XO. 009 5X30X 10-3 X30X 10-3 X 24 ._， p=v. v:.: ，V，V =2.9XI0-3W O. 055X 10 根据式(12)，相对润滑油流量Qo为zQo = 30 X 10-3 X 12. 6 X 10X16.23X24二1.47XI0-4 m/s 根据式(23)，假设润滑油温度差Li.T=12K，则根据式(24)，相对润滑油流量Q费为EQ2.90XI03 =0.913 1. 8X10. X12X1. 47XI0 根据GB!T23891. 22009中国3和国4，通过h四jCwed=0.23查得2Qi =1. 55 Q; =0. 93
18、润滑间隙中的温升Li.12.根据式(27)得z12 XO.913 Li.1.=. ;-:-: _ = 10.1 K , 1. 55-0.5XO.93 取混合系数M=0.5，利用式(9)式(11)和式(24)确定的润滑油相对流量，根据式(22)计算混合过程后润滑油的温升Li.1, : 12 XO.913 Li.1, = . -:-: =6.8K 1. 55-0. 5 XO. 93 根据式(28)计算等敖轴承温度1日，以校核假设的轴承温度Telf.O:1elr. l =40+6.8+0. 5X 10.1=51. 8 c 由于I1.!f.o - 1e!f.l I注2K.因此假设的轴承温度T此，=80
19、c需要修正。Terf1 =0.5 X (51. 8+80) =65.9 c 迭代的其他步骤见表A.3。在表A.3第五步计算步骤中，假设的轴承温度Teff，o和计算的等效轴承温度Teff.1之问的差值小于2 K.即计算出的等敷轴承温度Tff具有足够的精度。轴承的温度等于润滑油出口处的温度，根据式(29):Ts= 12 =40+9.4十10.1=59.5c 由于T，hlim润滑油膜的最小厚度满足要求。根据式(2)校核润滑油是否为层流:Re=00X16. 23X21. 4 X10-6 E二王三11.90.021 Re=14.9 12.6 X 10-6 17.6XlO- 19. 2X 10- 20.9
20、 X 10-6 21. 4X 10-5 f. 2.95 2. 2 2.08 1. 92 1. 9 P, w 2. 90X10 3.41X10 3.94X10 3.97X10 4.13XI03 Qa m/s 1. 47X10- 2. 06XlO- 2. 24XlO- 2.44XI0叫2.50X10 Q 0.93 O. 68 0.61 0.56 0.57 Q; 1. 55 1. 32 1. 24 1. 18 1. 19 Qi 0.93 0.68 0.61 0.56 0.57 !.T, K 1日.19. 4 10.5 10 10.1 .T, K 6.8 8. 3 9.3 9.4 9.4 T,., 5
21、1. 8 53 54.6 54.4 54.4 IT.l-T.ff.ol K 28.2 12.9 1.8 2.6 1. 3 17 G/T 23891. 1-2009/180 12131-1 :2001 参考文献lJ REYNOLDS, O. , On thc theory of lubrication and its application to Mr. Bcauchamp Tow町，s cxperiments,including an experimental determination of the viscos1ty of olivc oil,Phil. Trans. (1866) 177
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