ГОСТ ИСО 7902-1-2001
Группа Г16
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ РАДИАЛЬНЫЕ ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ,
РАБОТАЮЩИЕ В СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ.
КРУГЛОЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПОДШИПНИКИ
Часть 1
Метод расчета
Hydrodynamic plain journal bearings under steady-state conditions.
Circular cylindrical bearings.
Part 1. Calculation procedure
МКС 21.100.10
ОКП 41 7000
Дата введения 2002-07-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 344 "Подшипники скольжения", Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации и сертификации в машиностроении (ВНИИНМАШ) Госстандарта России
ВНЕСЕН Госстандартом России
2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (Протокол N 19 от 24 мая 2001 г.)
За принятие проголосовали:
| Наименование государства | Наименование национального органа |
| Азербайджанская Республика | Азгосстандарт |
| Республика Армения | Армгосстандарт |
| Республика Беларусь | Госстандарт Республики Беларусь |
| Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
| Кыргызская Республика | Кыргызстандарт |
| Республика Молдова | Молдовастандарт |
| Российская Федерация | Госстандарт России |
| Республика Таджикистан | Таджикстандарт |
| Туркменистан | Главгосслужба "Туркменстандартлары" |
| Республика Узбекистан | Узгосстандарт |
| Украина | Госстандарт Украины |
Настоящий стандарт представляет собой аутентичный текст международного стандарта ИСО 7902-1-98 "Гидродинамические радиальные подшипники скольжения, работающие в стационарном режиме. Круглоцилиндрические подшипники. Часть 1. Метод расчета"
3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 19 февраля 2002 г. N 67-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 7902-1-2001 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2002 г.
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 Область применения
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод расчета гидродинамических подшипников скольжения с масляной смазкой и полным разделением поверхностей скольжения вала и подшипника смазочным слоем, используемый при конструировании подшипников скольжения, надежных в эксплуатации.
Настоящий стандарт распространяется на круглоцилиндрические подшипники с дугой охвата 
, равной 360, 180, 150, 120 и 90°, и при центральной нагрузке на сегмент. Геометрия зазора подшипников должна быть постоянной, за исключением незначительных деформаций, возникающих в результате воздействия давления и температуры смазочного слоя.
Метод расчета предназначен для определения размеров и оптимизации параметров подшипников скольжения, применяемых в турбинах, генераторах, электродвигателях, зубчатых передачах, прокатных станах, насосах и других механизмах.
Расчет ограничен условиями стационарного режима эксплуатации, т.е. условиями непрерывного движения при постоянном по значению и направлению нагружении и постоянных угловых скоростях всех вращающихся элементов.
Метод расчета может быть также применен для сплошных подшипников скольжения, подвергнутых постоянной нагрузке вращения с любой скоростью.
Метод не распространяется на условия динамического нагружения, когда значение и направление нагрузки изменяются в зависимости от времени, которые могут быть результатом влияния вибрации и нестабильности быстровращающихся валов.
Примеры расчета приведены в приложении А.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ ИСО 7902-2-2001 Гидродинамические радиальные подшипники скольжения, работающие в стационарном режиме. Круглоцилиндрические подшипники. Функции, используемые для расчета
ГОСТ ИСО 7902-3-2001 Гидродинамические радиальные подшипники скольжения, работающие в стационарном режиме. Круглоцилиндрические подшипники. Допустимые рабочие параметры
ИСО 3448-92* Промышленные смазочные материалы. Классификация вязкости по ИСО
________________
* Международный стандарт - во ВНИИКИ Госстандарта России.
3 Основы расчета, допущения и предварительные условия
3.1 Расчет основан на решении дифференциального уравнения Рейнольдса для конечной длины подшипника с учетом корректных граничных условий образования давления:
. (1)
Обозначения приведены в разделе 5. Вывод дифференциального уравнения Рейнольдса приведен в [1]-[3], [11]-[14], решение уравнения - в [4]-[6], [12], [13].
3.2 При решении уравнения (1) были приняты следующие допущения и предварительные условия, допустимость которых подтверждена экспериментально и практически:
- смазочный материал соответствует ньютоновской жидкости;
- режим течения смазочного материала ламинарный;
- смазочный материал полностью омывает поверхности скольжения;
- смазочный материал несжимаем;
- смазочный зазор в нагруженной области полностью заполнен смазочным материалом. Заполнение ненагруженной области зависит от способа подачи смазки в подшипник;
- инерционные, гравитационные и магнитные силы смазочного материала незначительны;
- элементы, образующие смазочный зазор, являются жесткими или их деформация незначительна; их поверхности идеально круглоцилиндрические;
- радиусы кривизны взаимно вращающихся поверхностей велики по сравнению с толщинами смазочного слоя;
- толщина смазочного слоя в осевом направлении (координата 
) постоянна;
- колебания давления в смазочном слое в направлении, перпендикулярном к поверхностям скольжения (координата 
), незначительны;
- движение, направленное перпендикулярно к поверхностям скольжения (координата ), отсутствует;
- смазочный материал имеет одинаковую вязкость по всему смазочному зазору;
- смазочный материал подается у начала вкладыша или там, где смазочный зазор является наибольшим; давление подачи смазки незначительно по сравнению с давлением смазочного слоя.
3.3 Граничные условия образования давления в смазочном слое должны удовлетворять следующим условиям непрерывности:
- в передней кромке профиля давления: 
;
- у торца подшипника: 
;
- в задней кромке профиля давления: 
;
- 
.
Для некоторых типов и размеров подшипников граничные условия могут быть уточнены.
Для несплошных подшипников, если удовлетворяется следующее выражение: 
, - задняя кромка профиля давления лежит в конце выходного отверстия подшипника: 
.
3.4 Интегрирование дифференциального уравнения Рейнольдса проводят, используя трансформацию давления, как предложено в [З], [11], [12], путем преобразования в дифференциальное уравнение, которое применяют к системе сеток опорных точек и которое приводит к системе линейных уравнений. Для точности интегрирования важно количество опорных точек, поэтому предпочтительно применять неэквидистантную сетку, как это предложено в [6], [13].
После подстановки граничных условий для задней кромки профиля давления интегрирование позволяет найти распределение давлений в окружном и осевом направлениях.
Применение принципа подобия в теории гидродинамических подшипников скольжения приводит к безразмерным значениям подобия для таких параметров, как несущая способность, характеристики трения, расход смазочного материала через подшипник, относительная длина подшипника и т.д. Применение значений подобия уменьшает количество численных решений, необходимых для дифференциального уравнения Рейнольдса (ГОСТ ИСО 7902-2). Могут быть использованы и другие решения, если они удовлетворяют условиям ГОСТ ИСО 7902-2 и дают подобную точность.
3.5 В ГОСТ ИСО 7902-3 приведены допустимые рабочие параметры, на которые должны быть ориентированы результаты расчетов для корректного функционирования подшипников скольжения.
В отдельных случаях для специального применения могут выбираться другие рабочие параметры, отличающиеся от указанных в ГОСТ ИСО 7902-3.
4 Метод расчета
4.1 Под расчетом понимают определение корректных операций вычислением, используя реальные рабочие параметры (рисунок 1), которые могут быть сравнены с расчетными параметрами.
Рисунок 1 - Схема расчета
Рисунок 1 - Схема расчета
Рабочие параметры, установленные при изменяющихся рабочих условиях, должны находиться в допустимых пределах при сравнении с расчетными параметрами. Для этой цели должны быть использованы все рабочие условия, возникающие в процессе непрерывной эксплуатации.
4.2 Отсутствие изнашивания гарантируется, если смазочный материал обеспечивает полное разделение сопряженных поверхностей. Непрерывная работа в условиях смешанного трения приводит к преждевременной потере работоспособности. Непродолжительная работа в условиях смешанного трения, например, при пуске или остановке машин с подшипниками скольжения является неизбежной и не приводит, как правило, к повреждению подшипников. Если подшипники работают с большой нагрузкой, то для пуска или остановки на малых скоростях может потребоваться дополнительное гидростатическое устройство. Допускается приработка на начальном этапе работы, компенсирующая отклонение геометрии поверхности от идеальной, пока это изнашивание ограничено местом и временем и происходит без явлений перегрузки. В некоторых случаях может быть полезна определенная процедура приработки, которая зависит от выбора материала.
4.3 Пределы механической нагрузки являются функцией прочности подшипниковых материалов. Допустимы слабые постоянные деформации, если они не нарушают правильного функционирования подшипников скольжения.
4.4 Пределы тепловых нагрузок зависят от теплостойкости подшипниковых материалов, а также от изменения вязкости при изменении температуры и от тенденции смазочного материала к старению.
4.5 Расчет правильного функционирования подшипников скольжения предполагает, что известны рабочие условия для всех случаев непрерывной работы. Однако на практике часто встречаются дополнительные вредные воздействия, неизвестные на стадии проектирования, которые в связи с этим нельзя предусмотреть при расчете. Рекомендуется предусматривать соответствующий запас безопасности между рабочими параметрами и допустимыми значениями. К вредным воздействиям относят, например:
- ложные силы (дисбаланс, вибрация и т.д.);
- отклонения от идеальной геометрической формы (допуски на механическую обработку, отклонения при сборке и т.д.);
- загрязнение смазочного материала (грязь, вода, воздух и т.д.);
- коррозия, электроэрозия и т.д.
В 6.7 приведены данные о других воздействующих факторах.
4.6 Применимость ГОСТ ИСО 7902-2, необходимым условием которого является ламинарный поток в смазочном зазоре, проверяют с помощью числа Рейнольдса:
. (2)
Для подшипников скольжения с числом 
(например в результате высокой периферийной скорости) предполагаются более высокие коэффициенты потерь и температуры подшипника. Расчеты подшипников с турбулентным потоком не могут быть проведены по настоящему стандарту.
4.7 Расчет подшипников скольжения учитывает следующие факторы, начиная с известных размеров подшипника и рабочих условий:
- соотношения между несущей способностью и толщиной смазочного слоя;
- потери мощности на трение;
- расход смазочного материала через подшипник;
- тепловой баланс.
Все эти факторы являются взаимозависимыми.
Решение получают с помощью метода итерации, а схема последовательности расчета приведена на рисунке 1. Для оптимизации отдельных параметров может быть применена вариация параметров и возможна модификация последовательности расчета.
5 Обозначения
Обозначения и единицы измерения приведены на рисунке 2 и в таблице 1.
Рисунок 2 - Иллюстрация обозначений
Рисунок 2 - Иллюстрация обозначений
Таблица 1 - Обозначения и единицы измерения
| Обозначение | Параметр | Единицы измерения |
|
| Теплоотводящая поверхность корпуса подшипника | м |
|
| Ширина смазочной канавки | м |
|
| Номинальная ширина подшипника | м |
|
| Удельная теплоемкость смазочного материала | Дж/(кг·К) |
|
| Номинальный зазор подшипника | м |
|
| Эффективный радиальный зазор подшипника | м |
|
| Диаметр смазочного отверстия | м |
|
| Номинальный внутренний диаметр подшипника | м |
|
| Номинальный диаметр вала | м |
|
| Максимальное значение | м |
|
| Минимальное значение | м |
|
| Максимальное значение | м |
|
| Минимальное значение | м |
|
| Абсолютный эксцентриситет | м |
|
| Модуль упругости | - |
|
| Коэффициент трения | - |
|
| Нагрузка на подшипник (номинальная нагрузка) | Н |
|
| Сила трения в нагруженной зоне смазочного слоя | Н |
|
| Сила трения в ненагруженной зоне смазочного слоя | Н |
|
| Модуль сдвига | - |
|
| Локальная толщина смазочного слоя | м |
|
| Критическая толщина смазочного слоя | м |
|
| Минимальная толщина смазочного слоя | м |
|
| Волнистость поверхности скольжения | м |
|
| Эффективная волнистость поверхности скольжения | м |
|
| Максимально допустимая эффективная волнистость | м |
|
| Коэффициент теплопередачи наружной поверхности корпуса подшипника | Вт/(м |
|
| Длина смазочной канавки | м |
|
| Длина смазочного кармана | м |
|
| Длина корпуса подшипника | м |
|
| Частота (скорость) вращения подшипника | с |
|
| Частота (скорость) вращения нагрузки на подшипник | с |
|
| Частота (скорость) вращения вала | с |
|
| Локальное давление в смазочном слое | Па |
|
| Удельная нагрузка на подшипник | Па |
|
| Давление подачи смазочного материала | Па |
|
| Максимально допустимое давление в смазочном слое | Па |
|
| Максимально допустимая удельная нагрузка на подшипник | Па |
|
| Мощность трения | Вт |
|
| Интенсивность теплового потока | Вт |
|
| Интенсивность теплового потока в окружающую среду | Вт |
|
| Интенсивность теплового потока из-за мощности трения | Вт |
|
| Интенсивность теплового потока в смазочный материал | Вт |
|
| Расход смазочного материала | м |
|
| Расход смазочного материала на входе в отверстие зазора | м |
|
| Расход смазочного материала на выходе из отверстия зазора | м |
|
| Расход смазочного материала из-за гидродинамического давления | м |
|
| Параметр расхода смазочного материала из-за гидродинамического давления | - |
|
| Расход смазочного материала из-за давления подачи | м |
|
| Параметр расхода смазочного материала из-за давления подачи | - |
|
| Средняя высота неровностей поверхности скольжения подшипника | м |
|
| Средняя высота неровностей сопряженной поверхности вала | м |
|
| Число Рейнольдса | - |
|
| Число Зоммерфельда | - |
|
| Температура окружающей среды | °С |
|
| Температура подшипника | °С |
|
| Предполагаемая начальная температура подшипника | °С |
|
| Расчетная температура подшипника, полученная методом итерации | °С |
|
| Температура смазочного материала на входе подшипника | °С |
|
| Температура смазочного материала на выходе подшипника | °С |
|
| Предполагаемая начальная температура смазочного материала на выходе подшипника | °С |
|
| Расчетная температура смазочного материала на выходе подшипника | °С |
|
| Температура вала | °С |
|
| Предельно допустимая температура подшипника | °С |
/с
