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1、第20卷第3期昆明冶金高等专科学校学报Vol.20No.32004年9月JournalofKunmingMetallurgyCollegeSep.2004滑动轴承的压力和应力分析胡严(杭州职业技术学院浙江杭州310018)摘要:对发动机的滑动轴承进行了数值计算分析，求解了轴承的雷诺方程、粘度方程、密度方程与载荷方程，得到压力分布与油膜厚度分布，进而由接触力学分析得到轴承衬内的应力分布，应力分布影响材料的塑性变形，这对分析滑动轴承的胶合失效有实际意义。根据计算结果，建议由最大Mises应力来指导滑动轴承的设计。关键词:滑动轴承；压
2、力分布；应力分布；胶合中图分类号:O302文献标识码:A文章编号:1009-0479(2004)03-0014-040引言由于滑动轴承广泛应用在高速、重载、高精度和大转矩的场合，轴承的失效如磨损、刮伤、粘着、θy胶合等失效形式经常发生，如图1为常见的粘着失W效形式。尤其发动机活塞-曲轴系内的滑动轴承在e重载、润滑不良和高温条件下运行，轴瓦胶合失效较为严重。近几年对滑动轴承应力分布的分析研ωφ究比较少，众多学者主要集中在滑动轴承的粗糙h(x,y)度、变形、非牛顿体等方面进行研究。本文通过分x析一实际发动机应力场，联立滑动轴承的雷诺
3、方程、粘度和密度方程的求解，并经迭代计算，得到滑动轴承的压力分布与油膜厚度分布三维曲线图，图2光滑表面轴承的几何参数进而分析得到轴承衬内的应力场分布，材料塑性由于润滑液膜较厚，传热良好，故模型按一般的等变形与应力分布有关。通过分析，寻找滑动轴承的温状态分析。失效类型和主要原因，并比较在不同转速和不同1）润滑剂的粘度方程载荷情况下的Mises应力分布形式，从而得出轴承{[][(-9)j]}的失效部位，针对性地提出提高活塞曲轴系统轴h=h0lnh0+9.6-1+1+5.1´10p(1)承性能、减少轴承失效发生的途径。式中，h是大气压
4、下室温条件时的润滑油粘0度；j为粘度指数取0.6。2）润滑剂的密度方程æ0.6´10-9pör=rç1+÷(2)0ç-9÷è1+1.7´10pø式中，大气压室温条件时，润滑油密度取893图1轴承的粘着失效kg/m，油膜厚度方程h(x,y)=ry(1+ccos(j-q))(3)1基本方程式中x为偏心率，j为任意转角,y为相对间径向滑动轴承建立的数学模型如图2表示，径隙，q为偏位角。向载荷为W，偏位角θ，润滑油作为牛顿体考虑，收稿日期:2004-04-13作者简介:胡严(1977-)，男，浙江永康人，讲师，工学学士，主要从事机械设计
5、与制造的教学与研究.第3期胡严:滑动轴承的压力和应力分析·15·4）雷诺润滑方程-3p(s,t)(x-s)z2pt=dsdtxzòò52ðR33W¶ærh¶pö¶ærh¶pö¶(rh)ç÷+ç÷=6U2ç÷ç÷(4)tp=-3p(s,t)(y-t)zdsdt¶xèh¶xø¶zèh¶yø¶xyzòò52ðRW边界条件：位置角φ1=0，在φ=φ1处p=0式中，位置角φ2=π+θ,在φ=φ2处压力p=0,[()2()2]0.5[()2()22]0.5r=x-s+y-t;R=x-s+y-t+z¶pBMises应力计算公式=0，当z=±时
6、,p=0¶f2ì1pp2pp2pp25）载荷方程Ip=í[(sxx-syy)+(syy-szz)+(sxx-szz)]+î60.5(6)p2p2p2t+t+tüF=òòp(x,y)dxdy(5)xyxzyzýþ6）滑动轴承的应力方程半无限体在受到分布压力p(s,t)作用下，如图3计算分析与结果3所示，在(x,y,z)点产生的应力可由接触力学计算。采用数值计算方法计算滑动轴承的动压力分布与油膜厚度，联立以上各方程(1)~(6)。首先利用O(x,y)P(s,t)数值计算网格离散化雷诺方程、膜厚方程与载荷x(s)方程，可以得到压力分布
7、与油膜厚度；用有限差分法求解以上方程，轴承的应力分布在上述基础上，y(t).由公式(5)计算得出，求得滑动轴承的三维Mises应zP(x,y,z)力场分布。其中x,y为无量纲坐标，分别为4x/(ðd),2y/B，输入工况参数如表1所示。计算后图3半无限体应力计算模型得到计算结果，如表2、3。a)法向应力：表1输入参数22pp(s,t)ì[(x-s)-(y-t)](1-2n)Rsxx=òò22í+参数名称输入数据2ðRrR+zWî轴承直径70.0805mm2-22ü(1-2n)(zy-t)3(xs)rz-3ýdsdt轴颈直径70.
8、010mmRRþ轴承表面粗糙度δ6.300μm221pp(s,t)ì[(y-t)-(x-s)](1-2n)Rsyy=òò22í+轴颈表面粗糙度δ6.300μm2ðRrR+z2Wî222轴颈转速n5、10、15、20、30m/s(1-2n)(zx-s)3(y-t)
