材料力学CH12

1、12-1 滑动轴承概述 12-2 滑动轴承的失效形式及常用材料 12-3 滑动轴承轴瓦结构 12-4 滑动轴承润滑剂的选择 12-5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算 12-6 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 12-7 其它形式滑动轴承简介 第十二章 滑动轴承 12-1 滑动轴承概述 轴承用于支撑旋转零件。 根据轴承内部摩擦性质不同，轴承可分为： 滚动摩擦轴承 滑动摩擦轴承 一、轴承应满足如下基本要求： 1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。 2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。 3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。 本章介绍滑动轴承 二、滑动轴承的特点： 滑动轴承概述2

2、 滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是 在以下场合，则主要使用滑动轴承： 工作转速很高。 汽轮发电机 要求对轴的支承位置特别精确。精密磨床 承受巨大的冲击与振动载荷。轧钢机 特重型的载荷。水轮发电机 根据装配要求必须制成剖分式的轴承。曲轴轴承 在特殊条件下工作的轴承。军舰推进器的轴承 径向尺寸受限制时。多辊轧钢机 三、滑动轴承设计内容： 轴承的型式和结构选择； 轴瓦的结构和材料选择； 轴承的结构参数设计； 润滑剂及其供应量的确定； 轴承工作能力及热平衡计算。 四、滑动轴承的类型： 径向轴承 推力轴承 根据承受载荷方向不同分: 轴承上的反作用力与轴心线垂直。 轴承上的反作用力与轴心

3、线方向一致。 径向轴承 推力轴承 根据润滑膜的形成原理不同分： 动压滑动轴承 静压滑动轴承 流体动力润滑。 流体静压润滑。 动压滑动轴承（多油楔） 静压滑动轴承 利用相对运动副表面的相对运动和几 何形状，借助液体粘性，把润滑剂带进摩 擦面之间，依靠自然建立起来的流体压力 膜，将运动副表面分开的方法。 在滑动轴承与轴颈表面之间输入 高压润滑剂以承受外载荷，使运动副 表面分离的润滑方法。 根据摩擦（润滑）状态可分： 液体摩擦轴承（完全液体润滑轴承） 非液体摩擦轴承（不完全液体润滑轴承） 完全液体摩擦。 边界摩擦、干摩擦。 完全液体摩擦 边界摩擦 干摩擦 五、滑动轴承的结构形式: （1）、向心滑动轴

4、承的结构形式： 整体式： 剖分式（对开式）： 自动调心式： 间隙可调式 ： （2）、推力滑动轴承的结构形式 ： 实心式 空心式 单环式 多环式 油楔形状结构 磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落、腐蚀。 一、滑动轴承常见失效形式有： 其它失效形式：气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等。 12-2滑动轴承的失效形式及常用材料 磨粒磨损刮伤刮伤咬粘(胶合) 疲劳剥落腐蚀 常见失效形式： 汽车用滑动轴承故障原因的平均比率 磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落、腐蚀。 一、滑动轴承常见失效形式有： 其它失效形式：气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等。 故障原因不干净润滑油不足安装误差对中不良超载 比率

5、38.311.115.98.16.0 故障原因腐蚀制造精度低气蚀其它 比率5.65.52.86.7 12-2滑动轴承的失效形式及常用材料 轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承 衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求： 减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。 耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。 抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。 摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不 良的能力。 嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨 粒磨损的性能。 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。 磨合性：轴瓦与轴颈表面

6、经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状 和粗糙度的能力（或性质）。 二、滑动轴承的材料： （1）、轴承材料性能应满足的要求： （2）、常用轴承材料有： 金属材料 粉末冶金材料 非金属材料 轴承合金（巴氏合金、白合金）由锡、铅、锑、铜等组成。 铜合金分为青铜和黄铜两类。 铸铁有普通灰铸铁、球墨铸铁等。 铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料。 有塑料、硬木、橡胶和石磨等，其中塑料用的最多。 滑动轴承的材料,注意p、pv、v值 常用金属轴承材料表一 常用金属轴承材料表二 12-3滑动轴承的轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构： 按构造 分类 整体式 对开式 按加工 分类 铸造 轧制 按尺寸

7、 分类 厚壁 薄壁 按材料 分类 单材料 多材料 需从轴端安装和拆卸，可修复性差。 可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。 节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加 工精度要求高 。 具有足够强度和刚度，可降低对轴承座孔的 加工精度要求。 强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜， 灰铸铁。 轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。 铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于 厚壁轴瓦。 只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。 按构造 分类 整体式 对开式 按加工 分类 铸造 轧制 按尺寸 分类 厚壁 薄壁 按材料 分类 单材料 多材料 需从轴端安装和拆卸，可修复性差。 可以直接从轴的中部安装和拆卸，可

8、修复。 节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高 。 具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。 强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。 轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。 铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。 只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。 12-3滑动轴承的轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构： 结构示意图 滑动轴承的轴瓦结构2 单材料、整体式 厚壁铸造轴瓦 多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦 多材料、对开式厚壁铸造轴瓦 多材料、对开式 薄壁轧制轴瓦 二、轴瓦的定位： 目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。 方法： 周向定位： 凸缘

9、 轴瓦一端或两端做凸缘 定位唇 定位唇（凸耳） 紧定螺钉 紧定螺钉 （也可做轴向定位） 轴 瓦 圆柱销 轴承座 销钉 （也可做轴向定位） 轴向定位： 三、轴瓦的油孔及油槽: 目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。 原则：尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载 能力；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。 形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。 按油槽数量分单油槽、多油槽等。 单轴向油槽开在非承载区 （在最大油膜厚度处） F 双轴向油槽开在非承载区 （在轴承剖分面上） 双斜向油槽 （用于不完全液体润滑轴承） 12-4 滑动轴承润滑剂的选择 一、润滑

10、脂及其选择: 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运 动的轴承中。 选择原则： 所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，以免 工作时润滑脂过多地流失。 在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。 在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。 润滑脂牌号表 当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择 针入度大一些的品种。 滑动轴承润滑脂的选择 滑动轴承润滑剂的选择2 二、润滑油及其选择: 特点： 有良好的流动性，可形成动压、静压或边膜界润滑膜。 适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑

11、滑动轴承。 选择原则：主要考虑润滑油的粘度。 转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。 高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。 三、固体润滑剂及其选择: 特点：可在滑动表面形成固体膜。 适用场合：特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中或高温中。 常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。 润滑油牌号表 12-4 滑动轴承润滑剂的选择 滑动轴承润滑油的选择 12-5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算 一、失效形式与设计准则: 工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载 油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。 失效形式：边界油膜破裂。 设计准则：保证边界

12、膜不破裂。因边界膜强度与温度、轴承材料、轴 颈 和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关，目前尚无精确 的计算方法，但一般可作条件性计算。 校核内容： 验算摩擦发热pvpv，fpv是摩擦力，限制pv即间接限制摩擦发热。 验算滑动速度vv ，p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心， 受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应校核 滑动速度v 。 验算平均压力 p p ，以保证强度要求。 二、径向滑动轴承的设计计算: 已知条件：外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径d (mm) 验算及设计 ： 验算轴承的平均压力p (MPa): p dB F p B轴承宽度，m

13、m（根据宽径比B/d确定） p轴瓦材料的许用压力，MPa。 验算摩擦热: 19100100060 pv B Fndn Bd F pv v轴颈圆周速度，m/s； pv轴承材料的pv许用值，MPam/s 验算滑动速度v (m/s): vv v材料的许用滑动速度 选择配合: p、v、 pv 从材料表中查取 一般可选H9/d9H9/d9或H8/f7H8/f7、H7/f6H7/f6 12-6 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 一、流体动力润滑基本方程的建立: 对流体平衡方程（NavierStokes方程）作如下假设，以便得到简化形 式的流体动力平衡方程。这些假设条件是 ： 流体为牛顿流体，即 。 )(

14、 y u 流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换； 忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加； 略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直线 运动，且只有表面力作用于单元体上； 流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流体； 流体中的压力在各流体层之间保持为常数。 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2 在以上假设下，从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的一部 分作为单元体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程： 流体动力润滑的必要条件是： )( 6 0 3 hh h v x p 相对运动的两表面间构成楔形空间。 楔形空间中充满具有

15、粘性的液体。 两板相对运动的结果，应使液体在粘性力的作用下由楔形空间的大端 流向楔形空间的小端 。 F v x y ab c o ho 此式在流体力学中有推 导，此处不再重复 12-6 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 二、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态: 轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间隙是公差形成的。 轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方向，合力为零。 轴颈最终的平衡位置可用a和偏心距e来表示。 轴承工作能力取决于hlim，它与、和F等有关，应保证 hlim h 。 F FF hmin o o1 o o1o1 o a e d D 初始状态稳定工作状态 三、径

16、向滑动轴承的几何关系和承载量系数: 最小油膜厚度：hmin= e r(1-) 偏心率， e / 为直径间隙， D d 为半径间隙， R r / 2 r 和 d 分别为轴颈的半径和直径。 R 和 D 分别为轴承的半径和直径。 e 为偏心距 相对间隙， / r / d 其中： 积分一维雷诺方程 )( 6 0 3 hh h v x p 并考虑到压力沿轴承宽度方向分布不均匀， Cp 承载量系数，与轴承包角，宽径比B/d和偏心率有关。 F外载荷，N； 油在平均温度下的粘度，Ns/m2。 B 轴承宽度，m； v 圆周速度，m/s。 P C dB F 2 或 vB F dB F CP 2 22 可得： 设计

17、思路： 1、根据已知条件计算求得 Cp。 2、根据Cp由承载量系数表查取偏心率。 3、计算最小油膜厚度 4、校核最小油膜厚度条件hminh 有限宽度轴承的载量系数Cp 四、最小油膜厚度 hmin: 动力润滑轴承的设计应保证：hminh 其中： h=S(Rz1+Rz2) S 安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S2。 对于一般轴承可取为3.2m和6.3m，1.6 m和3.2m。 对于重要轴承可取为0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。 Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。 五、滑动轴承的热平衡计算 滑动轴承工作时，摩擦摩擦功转化为热量，润滑温度升高，超过 一

18、定值时会影响承载能力，因此必要时需要进行执平衡计算。 由于学时限制，这部分内容要求自学，对照教材中的例题，要能 进行相关计算。 六、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程: 已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。 设计及验算： 保证在平均油温tm下 hmin h 验算温升 选择轴承材料，验算 p、v、pv。 选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙()和润滑油() 。 计算承载量系数(Cp)并查表确定偏心率()。 计算最小油膜厚度hmin和许用油膜厚度h。 计算轴承与轴颈的摩擦系数( f )。 计算轴承温升(t )和润滑油入口平均温度( ti )。 根据宽径比( B/d)和偏心率()查取润滑油流量系数 。 )( vBd q 极限工作能力校核: 根据直径间隙()，选择配合及轴承和轴颈的尺寸公差。 根据最大间隙(max)和最小间隙(min) ，校核轴承的最小油膜 厚度和润滑油入口油温。 绘制轴承零件图: 其它形式滑动轴承简介1 12-7 其它形式滑动轴承简介 一、无润滑轴承和自润滑轴承: 无润滑轴承：工作时外界不提供润滑剂的轴承。 自润滑轴承：当无润滑轴承材料本身就是固体润滑材料时，或轴