孔式节流静压组合轴承计算步骤

例：设计一用空气润滑的径向轴承和推力轴承组合的孔式节流静压轴承。已知：n＝70000r/min；d≤4cm；R₂≤6cm。对轴承的要求是：径向承载能力大于500N；轴向承载能力大于1000N；轴承刚度G≥3.5×10⁵N/cm；流量小于8m³/h。两径向支承轴承之间的跨距为16cm。计算步骤及结果见下表

计 算 项 目

单 位

计算公式及说明

结   果

径

向

轴

承

轴 径 d

cm

根据要求选取

4

转 速 n

r/min

已  知

70000

角速度ω

1/s

7.33×10³

宽径比 B/D

选  取

1

轴承宽度 B

cm

B＝[B/D]D

4

供气孔位置 b/B

选取（参见表气体静压径向轴承的设计参数）

1/4

供气孔数 Z

选取（参见表气体静压径向轴承的设计参数）

8

气体粘度 η

N·s/cm²

已  知

1.8×10^-9

气体常数 R

cm²/(s²·K)

已  知

2.87×10⁶

供气压力 p_s

N/cm²

选  取

70

环境压力 p_a

N/cm²

已  知

10

压力比

按最大刚度选取

0.69

系 数 Y

1.24

压力系数 Y_p

0.135

气体介质系数 Y_η

cm

1.76×10^-4

尺寸系数 Y_d

1/cm

孔径d_j与间隙h₀之间的关系

间隙 h₀

cm

选  取

1.5×10^-3

节流孔直径 d_j

cm

2×10^-2

凹穴深度 h_g

cm

4×10^-3

凹穴直径 d_g

cm

取0.35

最大偏心率 ε_max

根据不同工作机械的要求选定

0.5

查图孔式节流窄轴承的载荷系数

0.42

修正系数 k_x

查图载荷系数的修正系数

0.7

载荷系数

0.3

承载能力 F

N

576

刚 度G

N/cm

3.84×10⁵

节流孔出口压力 p₀

cm³/s

5.14

流量 Q_j

cm³/s

500

推

力

轴

承

推力轴承外半径 R₂

cm

选  取

6

节流孔所在半径 R_c

cm

3.46

外内径比

3

节流孔数 Z

选  取

8

尺寸系数 Y_d

1/cm

孔径d_j与间隙h₀之间的关系

间隙 h₀

cm

选  取

1.5×10^-3

节流孔直径 d_j

cm

取0.14

载荷系数

0.314

承载能力 F

N

1890

刚度系数

0.446

刚 度 G

N/cm

17.9×10⁵

流量 Q_t

cm³/s

454

总流量 Q

cm³/h

6.87

稳

定

性

校

核

两径向轴承中线跨距2L

cm

选  取(L₁＝L₂)

16

除轴以外旋转部件的等效质量盘的厚度 t

cm

选  取

0.6

轴质量 m₁

kg

0.205

除轴以外旋转部件的等效质量盘的质量 m₂

kg

0.111

转子质量 m

kg

m＝m₁+m₂

0.316

极转动惯量 I_p

kg·m²

2.41

横向转动惯量 I_t

kg·m²

198

Ω₁

1/s²

2.5×10⁷

Ω₂

1/s²

2.91×10⁷

Ω₃²

1/s⁴

0

临界角速度

1/s

5000

临界角速度

1/s

5400

1/s

6210

1/s

8500

校核稳定性

稳定6210＜ω＝7330＜8500