第12章滑动轴承

1、滑动轴承 第四篇第四篇 轴系零部件轴系零部件 第十二章第十二章 滑动轴承滑动轴承 一、概述一、概述 1 1、分类、分类 按摩擦性质分按摩擦性质分 滑动轴承滑动轴承 相对运动为相对运动为 滑动的轴承滑动的轴承 柴油机曲轴柴油机曲轴 汽轮机轴汽轮机轴 凸轮轴等凸轮轴等 液体静压轴承液体静压轴承 流体动压轴承流体动压轴承 滚动轴承滚动轴承 相对运动为相对运动为 滚动的轴承滚动的轴承 机床机床 汽车汽车 机车等用机车等用 滑动轴承 按承受载荷的方向分按承受载荷的方向分 向心轴承向心轴承 主要承受径向载荷和不大的轴向载荷主要承受径向载荷和不大的轴向载荷 推力轴承推力轴承 只能承受轴向载荷只能承受轴向载荷

2、 向心推力轴承向心推力轴承 既承受径向载荷又承受轴向载荷既承受径向载荷又承受轴向载荷 滑动轴承 2 2、应用、应用 工作转速特别高的轴承工作转速特别高的轴承 高速情况下滚高速情况下滚 动轴承的寿命动轴承的寿命 大为降低大为降低 要求对轴的支承位置特别精确的轴承要求对轴的支承位置特别精确的轴承 滑动轴承影响精滑动轴承影响精 度的零件数少度的零件数少 特重型的轴承特重型的轴承 单件生产，用滚单件生产，用滚 动轴承成本高动轴承成本高 承受巨大冲击振动载荷的轴承承受巨大冲击振动载荷的轴承 油层的阻尼油层的阻尼 和吸振作用和吸振作用 根据使用要求必须做成剖分式的轴承根据使用要求必须做成剖分式的轴承 径向

3、尺寸较小的轴承径向尺寸较小的轴承 特殊工作条件下工作的轴承特殊工作条件下工作的轴承 滑动轴承 3 3、特点、特点 工作平稳，可靠，无噪音，如能保证液体摩擦工作平稳，可靠，无噪音，如能保证液体摩擦 可大大减少摩擦损失和表面磨损，有一定的吸可大大减少摩擦损失和表面磨损，有一定的吸 振能力，但起动摩擦阻力大。振能力，但起动摩擦阻力大。 4 4、轴承设计应解决的问题、轴承设计应解决的问题 决定轴承的结构和型式；决定轴承的结构和型式； 选择轴瓦和轴承衬的结构和材料；选择轴瓦和轴承衬的结构和材料； 轴承强度和刚度的计算；轴承强度和刚度的计算； 润滑剂和润滑方式的选择；润滑剂和润滑方式的选择； 保证润滑而考

4、虑的温度、压力分布、轴承间隙；保证润滑而考虑的温度、压力分布、轴承间隙； 轴承的热平衡计算。轴承的热平衡计算。 滑动轴承 二、滑动轴承的结构二、滑动轴承的结构 1 1、径向滑动轴承的结构、径向滑动轴承的结构 对开式滑动轴承对开式滑动轴承 整体式向心轴承整体式向心轴承 带锥形表面轴套的轴承带锥形表面轴套的轴承 椭圆轴承和多油楔轴承椭圆轴承和多油楔轴承 滑动轴承 2 2、止推滑动轴承的结构、止推滑动轴承的结构 固定式推力轴承固定式推力轴承 可倾扇面推力轴承可倾扇面推力轴承 滑动轴承 三、轴瓦材料和结构三、轴瓦材料和结构 1 1、对轴瓦材料的要求、对轴瓦材料的要求 摩擦副间摩擦系数小、耐磨摩擦副间摩

5、擦系数小、耐磨 抗粘着性抗粘着性 P、n、间隙小、间隙小、 表面粗糙、润滑表面粗糙、润滑 不良不良 适应性适应性 硬度低、塑性好和硬度低、塑性好和 弹性系数低的材料弹性系数低的材料 具有良好的适应性具有良好的适应性 容纳异物的能力容纳异物的能力 尘土、金属磨屑能尘土、金属磨屑能 嵌入轴瓦材料中而嵌入轴瓦材料中而 不外露的性能不外露的性能 抗疲劳性抗疲劳性 轴承合金，尽可能轴承合金，尽可能 做得薄一些，有利做得薄一些，有利 于提高疲劳寿命于提高疲劳寿命 强度强度 用双金属、三金用双金属、三金 属的轴瓦结构可属的轴瓦结构可 以提高强度以提高强度 抗腐蚀性抗腐蚀性 含锡成分的材含锡成分的材 料、铝合

6、金等料、铝合金等 可减轻腐蚀可减轻腐蚀 能够适应轴的能够适应轴的 弯曲和几何形弯曲和几何形 状误差的能力状误差的能力 滑动轴承 2 2、轴瓦材料、轴瓦材料 铸铁铸铁 含有片状或球含有片状或球 状石墨，可起状石墨，可起 润滑作用润滑作用 用于低速轻用于低速轻 载或开式传载或开式传 动的轴承动的轴承 轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金） 锡基轴承合金（锡基轴承合金（ZChSnSb116） 抗腐蚀性好，抗腐蚀性好， 抗胶合能力强抗胶合能力强 适用于高适用于高 速重载速重载 铅基轴承合金（铅基轴承合金（ZChPbSb16162） 抗胶合能力差，抗胶合能力差， 热膨胀性差，脆热膨胀性差，脆 适于中速

7、中载适于中速中载 铜合金铜合金 铸造铅青铜（铸造铅青铜（ZCuPb30） 用于高速重载用于高速重载 铸造锡锌铅青铜（铸造锡锌铅青铜（ZCuSn5Pb5Zn5） 用作整体式用作整体式 轴瓦及轴套轴瓦及轴套 铸造锡磷青铜（铸造锡磷青铜（ZCuSn10P1） 用作整体式用作整体式 轴瓦及轴套轴瓦及轴套 铸造铝青铜（铸造铝青铜（ZCuAl10Fe3） 强度最高，硬度强度最高，硬度 较高，但容纳异较高，但容纳异 物和适应性差物和适应性差 用于低速重载用于低速重载 铸造黄铜（铸造黄铜（ZCuZn16Si4、ZCuZn40Mn2） 用于滑动速度用于滑动速度 不高的轴承不高的轴承 滑动轴承 铝合金铝合金 粉末

8、冶金粉末冶金 强度高，耐腐蚀，强度高，耐腐蚀， 导热性好，但要求导热性好，但要求 轴颈有高硬度、低轴颈有高硬度、低 表面粗糙度表面粗糙度 柴油机曲轴瓦用柴油机曲轴瓦用 韧性小，抗冲韧性小，抗冲 击振动能力差击振动能力差 适用于载荷平适用于载荷平 稳、中小速度稳、中小速度 或润滑条件较或润滑条件较 差的场合差的场合 自润滑原理：自润滑原理： 轴颈转动时的抽吸作用；轴颈转动时的抽吸作用； 轴和油的热胀，把油挤入摩擦表面轴和油的热胀，把油挤入摩擦表面。 非金属材料非金属材料 石墨石墨 橡胶橡胶 陶瓷陶瓷 酚醛树脂酚醛树脂 尼龙尼龙 滑动轴承 3 3、轴瓦的结构、轴瓦的结构 整体式整体式 整体铸造整体

9、铸造 单层、双金属或三金属的卷制单层、双金属或三金属的卷制 剖分式剖分式 厚壁轴瓦厚壁轴瓦 用铸造方式铸用铸造方式铸 造，内表面可造，内表面可 附有轴承衬附有轴承衬 薄壁轴瓦薄壁轴瓦 用双金属板轧用双金属板轧 制等新工艺进制等新工艺进 行大批量生产行大批量生产 质量稳定，质量稳定， 成本低，但成本低，但 轴瓦刚性小轴瓦刚性小 三金属三金属 在钢背和轴瓦之间在钢背和轴瓦之间 再加一中间层，以再加一中间层，以 提高表层强度提高表层强度 滑动轴承 不同材料的组合，用于不同的工况：不同材料的组合，用于不同的工况： 钢背与铅青铜或巴氏合金钢背与铅青铜或巴氏合金 用于高压力、高转用于高压力、高转 速和有冲

10、击载荷处速和有冲击载荷处 钢背与紫铜钢背与紫铜 用于低转速用于低转速 和有振动处和有振动处 青铜背与巴氏合金青铜背与巴氏合金 用于压力很大用于压力很大 及转速很高处及转速很高处 铸铁背与巴氏合金铸铁背与巴氏合金 用于承受平用于承受平 稳载荷处稳载荷处 铸钢背与巴氏合金铸钢背与巴氏合金 用于陡震和用于陡震和 冲击载荷处冲击载荷处 轴瓦的定位轴瓦的定位 做出凸缘作轴向定位做出凸缘作轴向定位 用紧定螺钉用紧定螺钉 用销钉用销钉 轴瓦剖分面上冲出定位唇轴瓦剖分面上冲出定位唇 滑动轴承 Bd 较大、可靠性要求高的轴承，应开设油槽较大、可靠性要求高的轴承，应开设油槽 4、油孔和油沟、油孔和油沟 Bd 较小

11、的轴承，只需开一个油孔；较小的轴承，只需开一个油孔； 油槽开在有利于供油槽开在有利于供 油，免于降低轴承油，免于降低轴承 承载能力的地方承载能力的地方 开设油槽的原则：开设油槽的原则： 纵向油槽纵向油槽 径向载荷相对轴承不转时，开在轴承上径向载荷相对轴承不转时，开在轴承上; 径向载荷相对轴承转动时，开在轴上径向载荷相对轴承转动时，开在轴上; 油槽的长度稍短于轴瓦的长度油槽的长度稍短于轴瓦的长度 环形油槽环形油槽 轴线水平的轴承，开在非承载区的半环轴线水平的轴承，开在非承载区的半环 开设全环，宜开在靠近轴承的两个端部开设全环，宜开在靠近轴承的两个端部 竖直放置的轴承竖直放置的轴承 全环油槽宜开在

12、轴承的上端全环油槽宜开在轴承的上端 由下向上吸油时，可开螺旋油槽由下向上吸油时，可开螺旋油槽 油槽的剖面形状，油槽的剖面形状， 应避免边缘有锐边应避免边缘有锐边 及棱角及棱角 滑动轴承 四、不完全液体摩擦滑动轴承的设计计算四、不完全液体摩擦滑动轴承的设计计算 1、失效形式和设计准则、失效形式和设计准则 磨损磨损(磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损)、腐蚀、腐蚀 工作要求不高，速度较低，载工作要求不高，速度较低，载 荷不大，难于维护的轴承荷不大，难于维护的轴承 设计准则：设计准则： 保证两摩擦面（轴颈和轴瓦）保证两摩擦面（轴颈和轴瓦） 间有一层边界润滑油膜间有一层边界润滑油

13、膜 2、径向滑动轴承设计计算、径向滑动轴承设计计算 已知：在轴的结构设计中得到的轴径已知：在轴的结构设计中得到的轴径d，轴，轴 颈转速颈转速n，轴颈载荷，轴颈载荷F 确定轴承的基本结构确定轴承的基本结构 根据工作条件和使用要求，确定轴承结构形根据工作条件和使用要求，确定轴承结构形 式，选择轴瓦材料，确定轴承的宽度。式，选择轴瓦材料，确定轴承的宽度。 滑动轴承 验算轴承的平均压力验算轴承的平均压力p pFBdp 验算验算p 解决解决 什么问题？什么问题？ 保证油膜不被破坏，保证油膜不被破坏， 保证润滑，减少磨损保证润滑，减少磨损 验算轴承的验算轴承的pv值值 19100100060 pv B F

14、ndn Bd F pv 验算验算p v 限制什么？限制什么？ 限制限制p v就是防就是防 止油温过高止油温过高 验算滑动速度验算滑动速度vvv 验算验算 v 限制什么？限制什么？ 滑动速度过高，滑动速度过高， 也会加速磨损也会加速磨损 而报废而报废 选择轴承的配合选择轴承的配合 保证一定的间隙，保证旋转精度，一般选：保证一定的间隙，保证旋转精度，一般选： d9 H9 f7 H8 f6 H7 滑动轴承 3、止推滑动轴承设计计算、止推滑动轴承设计计算 已知：轴向载荷已知：轴向载荷Fa，转速，转速n 根据载荷根据载荷Fa的大小、方向及空间尺寸等选择的大小、方向及空间尺寸等选择 轴承结构型式轴承结构型

15、式 实心式、空心式实心式、空心式 单环式、多环式单环式、多环式 根据轴的结构设计初定轴颈的基本尺寸根据轴的结构设计初定轴颈的基本尺寸 压力压力p 的验算的验算 4)( 2 1 2 2 p ddz F A F p aa pvm的验算的验算 )(300002100060 )( )( 4 12 21 2 1 2 2 pv ddz nFddn ddz F pv aa Fa轴向载荷轴向载荷 z支承面数目环数支承面数目环数 d1轴承孔直径轴承孔直径 d2轴环直径轴环直径 n轴颈转速轴颈转速 p许用压力许用压力 pvpv的许用值的许用值 滑动轴承 五、流体动力润滑径向滑动轴承的设计五、流体动力润滑径向滑动轴

16、承的设计 1、流体动力润滑理论的基本方程、流体动力润滑理论的基本方程 假设：流体流动具有层流性质假设：流体流动具有层流性质 流体不可压缩流体不可压缩 流体的重力、惯性力不计流体的重力、惯性力不计 流体的粘度为常量，与压力无关流体的粘度为常量，与压力无关 流体沿厚度（流体沿厚度（y）方向油压为常数）方向油压为常数 运动表面为光滑表面运动表面为光滑表面 流体与平板面间无限对滑动流体与平板面间无限对滑动 滑动轴承 左、右面的压力左、右面的压力 dx x p p 和和p 上、下面的剪切力上、下面的剪切力 和和 dy y x方向的平衡：方向的平衡： dydzdx x p pdxdzpdydz)( 0)(

17、 dxdzdy y yx p 油膜内油膜内 沿沿x 轴的压力变化率和轴的压力变化率和 沿沿y 轴的剪切力变化率轴的剪切力变化率 相等相等 滑动轴承 代入牛顿粘性液体摩擦定律代入牛顿粘性液体摩擦定律 流体动力润滑理论的基本方程流体动力润滑理论的基本方程 dy du 2 2 y u x p 油层的速度分布油层的速度分布 对对y 两次积分得两次积分得 21 2 )( 2 1 CyCy x p u 边界条件：边界条件： y0时，时，uv； yh（x向任一面油膜厚度）时，向任一面油膜厚度）时，u0 C2v h v x ph C )( 2 1 )( 2 )()( x pyhy h yhv u 油层速度分布

18、：油层速度分布： 前一项呈线性分布，由板的运前一项呈线性分布，由板的运 动引起的；动引起的； 后一项呈抛物线分布，由油压后一项呈抛物线分布，由油压 沿沿x方向的变化引起的。方向的变化引起的。 滑动轴承 润滑油的流量润滑油的流量 无限长动压轴承的基本方程无限长动压轴承的基本方程 流体力学的无侧漏条件和流量连续性定理流体力学的无侧漏条件和流量连续性定理 hh dy x pyhy h yhv udyq 00 )( 2 )()( x phvh 122 3 0) 12 ( 2 3 x ph dx d dx dhv dx dq ) 12 ( 2 3 x ph dx d dx dhv 滑动轴承 在在ppma

19、x剖面处油膜厚度为剖面处油膜厚度为h0， P最大曲线拐点 最大曲线拐点 dp/dx=0, 则流量为：则流量为：qvh02 无限长动压轴承的基本方程：无限长动压轴承的基本方程： x ph vhvh 122 1 2 1 3 0 )( 6 0 3 hh h v x p 滑动轴承 讨论讨论 若若hh 00 x p入口和出口压力相等入口和出口压力相等 建立不起承载能力建立不起承载能力 沿沿x方向油膜厚度线性变化方向油膜厚度线性变化 在在hh 0段（原点起）段（原点起） 0 x p 在在hh 0段段 压力逐渐增大压力逐渐增大 0 x p 压力逐渐减小压力逐渐减小 油膜沿油膜沿x方向各处的压力都大于入口和出

20、口方向各处的压力都大于入口和出口 压力，能承受载荷压力，能承受载荷 滑动轴承 速度分析：速度分析： 入口段：入口段： 0 x p 0 2 2 y u x p y u 1 2 2 凹形抛物线凹形抛物线 出口段：出口段：0 x p 0 2 2 y u 凸形抛物线凸形抛物线 滑动轴承 油膜能承受外载荷的条件：油膜能承受外载荷的条件： 相对运动表面必须形成收敛的楔形空间；相对运动表面必须形成收敛的楔形空间； 两表面必须有一定的相对滑动速度，且能把油两表面必须有一定的相对滑动速度，且能把油 从大口带入小口；从大口带入小口； 润滑油必须有一定的粘度，供油充分。润滑油必须有一定的粘度，供油充分。 滑动轴承

21、2、径向轴承动压润滑的建立、径向轴承动压润滑的建立 静止时，轴颈处于轴承孔的最下方静止时，轴颈处于轴承孔的最下方 稳定位置，自然形成一弯曲的楔形稳定位置，自然形成一弯曲的楔形 空间；空间； 转动开始，轴颈和轴承主要是金属转动开始，轴颈和轴承主要是金属 直接接触，产生的摩擦力迫使轴颈直接接触，产生的摩擦力迫使轴颈 向摩擦力方向偏移；向摩擦力方向偏移； 转速的提高，带入的油量增大，压转速的提高，带入的油量增大，压 力也逐渐增大，推动轴颈向速度方力也逐渐增大，推动轴颈向速度方 向偏移，并逐渐向上托起；向偏移，并逐渐向上托起； 转速的增大，使压力继续增大，进转速的增大，使压力继续增大，进 一步把轴颈推

22、向轴承的中心，直到一步把轴颈推向轴承的中心，直到 与外载荷平衡。与外载荷平衡。 轴颈中心与轴颈中心与 孔的中心是孔的中心是 否会重合？否会重合？ 滑动轴承 3、承载能力与轴承的宽径比、承载能力与轴承的宽径比 宽径比大宽径比大 为什么是为什么是 这个结果？这个结果？ 侧漏比例小侧漏比例小 承载能力提高承载能力提高 带走的摩擦热小带走的摩擦热小温度升高温度升高 粘度降低粘度降低承载能力下降承载能力下降 高速重载温升高，易选小宽径比；高速重载温升高，易选小宽径比； 低速重载，为提高整体刚性，易选大宽径比；低速重载，为提高整体刚性，易选大宽径比； 高速轻载，对刚性无过高要求的，选小宽径比；高速轻载，对

23、刚性无过高要求的，选小宽径比； 对刚性有较高要求的，选大宽径比。对刚性有较高要求的，选大宽径比。 滑动轴承 4、轴承的间隙、轴承的间隙 直径间隙直径间隙：Dd 半径间隙半径间隙 ： Rr 间隙的选择原则：间隙的选择原则： 载荷越大，要求最小间隙越小时，直径间隙应载荷越大，要求最小间隙越小时，直径间隙应 选小一些；选小一些； 转速越高，要求最小间隙越大时，直径间隙应转速越高，要求最小间隙越大时，直径间隙应 选大一些；选大一些； 要求旋转精度高的轴承，直径间隙选小一些；要求旋转精度高的轴承，直径间隙选小一些； 材料的膨胀系数大，直径间隙应选大一些。材料的膨胀系数大，直径间隙应选大一些。 滑动轴承 5、最小油膜厚度和承载能力、最小油膜厚度和承载能力 油膜厚度油膜厚度 相对间隙相对间隙 dr 偏心距偏心距e 轴颈中心与轴承中心的距离轴颈中心与轴承中心的距离 相对偏心距相对偏心距e 最小油膜厚度为：最小油膜厚度为： hmine（1） e r（1） 1 eOO 滑动轴承 )cos1 (cose 压力最大处的油膜厚度为压力最大处的油膜厚度为 )cos1 ( 00 h 任意极角任意极角处的油膜厚度处的油膜厚度h： )180cos(eoarRh 滑动轴承 6.径向滑动