《机械设计基础》第15章滑动轴承

1、 本章主要介绍性地了解滑动轴承的摩擦状态、结构型式、润滑装置以及形成动压润滑的基本原理。机械中的摩擦、磨损、润滑基本知识机械中的摩擦、磨损、润滑基本知识按摩擦幅的表面润滑状态：按摩擦幅的表面润滑状态：干摩擦边界摩擦 流体摩擦（液体或气体）混合摩擦 塑性变形弹性变形边界膜流体 vvvv边界润滑混合润滑液体润滑n/p摩擦系数摩擦特性曲线vFh=0vFvFh0h0h 1、跑合阶段 可将新机器原始粗糙部分逐渐磨平，为今 （磨合阶段） 后正常 运行创造条件，有利于延长寿命。2、稳定磨损阶段是正常工作阶段，磨损缓慢而稳定。3、剧烈磨损阶段磨损速度大大加快，温度急剧升高，效率明显下降，丧失精度，产生异常噪音

2、和振动，导致零件迅速失效。 注注 意：意：跑合阶段应轻载低速，注意润滑油的清洁，跑合结束后，及时更换润滑油。磨损过程磨损量时间o跑合阶段稳定磨损阶段急剧磨损阶段磨损过程三个阶段：若载荷过大，速度过高，润滑不良时，立即转入急剧磨损阶段影响磨损的主要因素磨损量黄铜钢锡青铜钢巴氏合金钢时间配对材料的影响磨损量时间润滑的影响无润滑润滑不良润滑一般润滑良好磨损量时间工作温度T=180T=80T=30磨损量硬度材料硬度的影响润滑剂的种类润滑剂的种类润滑油润滑脂（黄油）固体润滑剂气体润滑剂 空气、氢气等（只用于高速、高 温以及原子能工业等特殊场合）动物油、植物油（菜油）矿物油（来源充足，成本低，应用广）、钙

3、基、钠基、铅基、锂基等。石墨、二流化钼、聚氟乙烯树脂等（用于高温下的轴承）。（1） 粘度粘度是润滑油最重要的物理性能指标，是选择润滑油的主要依据，它标志着流体流动时内摩擦阻力的大小。粘度越大，内摩擦阻力越大，即流动性越差。润滑剂的主要指标：润滑剂的主要指标：（2）凝点凝点是润滑油冷却到不能流动时的温度。凝点越低越好。（3） 闪点闪点是润滑油在靠近试验火焰发生闪燃时的温度。闪点是鉴定润滑油耐火性能的指标。在工作温度较高和易燃环境中，应选用闪点高于工作温度2030C的润滑油。（4） 油性油性是指润滑油湿润或吸附在表面的能力。吸附能力越强，油性越好。（5） 滴点滴点是指润滑脂受热后开始滴落时的温度。

4、润滑脂使用工作温度应低于滴点2030C，低于40 60更好。（6）针入度（稠度）针入度（稠度）是表征指润脂稀稠度的指标。针入度越小，表示润滑脂越稠；反之，流动性越大。润滑油的选用原则：在低速或载荷较大摩擦部位，宜选粘度较大、油性较好的润滑油，以利于油膜形成和良好润滑。速度较高或载荷较轻的摩擦部位,宜选粘度较小的润滑油。对表面粗糙或未经跑合表面，宜选粘度较大的润滑油。循环润滑、油芯润滑时，应选粘度较小的润滑油。飞溅润滑应选用高品质、能防止与空气接触而氧化变质。低温工作时，应选粘度较小、凝点较低、不含水分的润滑油。高温工作或易燃环境时宜选粘度较大、闪点高和抗氧化性较好的润滑油。1、整体式：、整体式

5、：滑 动 轴 承 的 结 构滑 动 轴 承 的 结 构向心滑动轴承向心滑动轴承（主要承受径向载荷）轴承座油杯螺纹孔轴套特点：特点：结构简单。缺点：（1）轴安装不方便（因轴颈只能从端部装入）。 （2）不能调整轴承间隙。常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上2、剖分式：、剖分式：轴承座部分轴瓦轴承盖双头螺栓油杯螺纹孔（注：另外，还有调心式和调隙式滑动轴承）轴瓦轴瓦是轴承直接和轴颈相接触的零件。通常在轴瓦上贴附一层轴承衬。在轴瓦非承载区开设进油孔，并在轴瓦非承载区内表面以进油孔为中心开设油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴颈上。油沟的形式（非承载区的轴瓦）F不正确的油沟布置降低油膜的承载能力有油沟时无

6、油沟时油室作用是贮存润滑油和稳定供油。6060润滑油润滑油普通油室滑 动 轴 承 的 材 料滑 动 轴 承 的 材 料轴承材料轴瓦和轴承衬的材料统称轴承材料。常用的轴承材料轴承合金（又称白合金、巴士合金）青铜材料特殊材料推力滑动轴承推力滑动轴承（主要承受轴向载荷）F针阀式油杯手柄调节螺母弹簧针阀滤油网加油孔观察孔工作原理当手柄放平时，借助弹簧力使针阀堵住底部油孔。 当手柄立直时，针阀被提起 开始滴油。调节螺母可调节供油的大小。润润 滑滑 装装 置置油芯式油杯油芯工作原理利用毛线或棉纱的毛细管作用将油滴入轴承。油环润滑工作原理当轴颈转动时，靠摩擦力带动油环旋转，将油引入轴承。润滑油脂用油杯工作原

7、理定期旋转杯盖，使油杯腔体体积减小，将油杯中的润滑脂挤入轴承。油泵滑动轴承油箱压力循环润滑特 点供油充足，有冷却轴承作用。在重载、振动或变载荷工作条件下具有良好的润滑效果。非液体摩擦滑动轴承的计算非液体摩擦滑动轴承的计算计算准则：计算准则：（1）限制轴承平均压强pPp （目的：防止压力过大，润滑油被挤出，使轴承产生过度磨损）(2)限制轴承pv值Pvpv （目的：限制轴承的温升）对向心轴承：对向心轴承：FBdP =FBdpPv =FBdd n601000=F n19100Bpv对推力轴承：对推力轴承：Fd1d2P=F4（ d2 - d1 )22pPvmpv其中：平均速度 vm=dmn601000

8、平均直径 dm=d1+d22例例15-2 试按非液体摩擦状态设计电动绞车中卷筒两端的滑动轴承。钢绳拉力W=20KN，卷筒转速n=25r/min，结构尺寸图示，其中轴颈直径=60mm。W600800100解：解：（1）求轴承所受的最大径向载荷求轴承所受的最大径向载荷F因当钢绳绕在卷筒边缘时，一侧轴承受径向载荷为最大（图示）WRARB故 F=RB=W700800=20000700800=17500 N(2)确定宽径比确定宽径比B/d 根据教材第239页（2行），B/d=0.81.5,取B/d=1.2则 B=1.2d=1.260=72mm（3）验算压强pP =FBd=175007260= 4.05

9、MPa（4）验算压强pvPv=F n601000B=175002560100072= 0.32 MPa .m/s查教材257页，表15-1，选用铸锡青铜（ZCuSn5Pb5Zn5)作为轴瓦材料，p=8 Mpa, pv=Mpa .m/s，强度足够。并采用脂润滑，润滑装置为油杯加脂，结构图示。人在下雨天为什么容易滑跤？人在下雨天为什么容易滑跤？Why?（1）水滑FGe（2）水 流压滑（3）水 膜弹流滑液体动压润滑的基本原理液体动压润滑的基本原理打水漂为什么有趣？打水漂为什么有趣？VyxzoV（3）粘度为常数，不计重力和惯性力。假设：假设：（1）z向无限长（油沿z向无流动，无漏油）。（2）压力p沿y

10、向无变化（油膜很薄）。（4）润滑油处于层流状态。dpPdpdxdydz动压润滑的基本方程动压润滑的基本方程雷诺耳实验（1883年）层流与湍流的现象雷诺方程：雷诺方程：6vdpdx=h0- hh3其中：p油膜压力润滑油粘度V速度h间隙厚度（油膜厚度）h0油膜压力为极限值时的间隙厚度分析雷诺方程：分析雷诺方程：（1）当相对运动的两表面形成收敛油楔时。即能保证移动件带着油从大口走向小口。xyov6vdpdx=h0- hh3因d 2 ud y 2 =d pd x1故当h0 ,则p沿x方向上升。d 2 ud y 2 0,则速度u沿y向为凹形。h0h0d 2 ud y 2 0u当hh0时，d pd x0

11、,则p沿x方向下降。d 2 ud y 2 h0d pd x0h0时，d pd x0 ,则p沿x方向下降。当h=h0时，d pd x=0 ,则p为最小值。当h0 ,则p沿x方向上升。6vdpdx=h0- hh3由知h0故：油压必低于入口和进口油压。不仅不能产生承载的油压，反而会产生使两表面相互吸引的力。形成动压润滑的条件：形成动压润滑的条件：（1）相对运动的两表面形成收敛油楔时。（2）两表面必须有一定的相对速度。（3）润滑油必须有一定的粘度，并供油充分。（4）油膜的最小厚度应大于两表面不平度之和。例：试判断下列图形能否建立动压润滑油膜？vvvv向心滑动轴承形成动压油膜的过程：向心滑动轴承形成动压

12、油膜的过程：o1F启动前：n=0 时（金属接触）o1F形成动压油膜时（油压推动轴颈向左移动）o1o1F理论上当n=时，o和o1重合（实际上永远也达不到）o1Fn=n工作时（平衡状态）o1Fn0 时（不稳定润滑阶段向右“爬坡”）Ffo液体动力润滑径向轴承的计算液体动力润滑径向轴承的计算几何关系几何关系OR滑动轴承 轴颈R轴承孔半径r轴颈半径 半径间隙=R-r 相对间隙=/r 偏心率， =e/=e/（R-r）， 表示轴颈偏心的程度。 e偏心距，表示轴颈中 心O偏离轴承孔中 心O的距离。eOFrhmin最小油膜厚度，hmin= - e= r （1- ）hmin h任意角处（从OO量起）的油膜厚度，

13、hR-r+ecos= +ecos= （1+ cos）hMOOMeecos 油膜承载能力油膜承载能力F= d B2Cp =BldF2或其中： Cp承载量系数， 表15-3；轴颈角速度，rad/s；B轴瓦宽度，m。相对间隙d 轴颈直径，m。Cp提示： Cp F 略略 轴承润滑油体积流量计算qv=d3qvm3/s式中 qv流量系数（无量纲体积流量） OROFr 功耗计算P=Fv=Fv W式中 摩擦特性系数， = /， 摩擦系数。其中：t1润滑油进油温度，t2润滑油出油温度t1 =3545C略略 热平衡计算热平衡的条件： 单位时间内轴承产生的摩擦热量等于同时间内流动的油带走的热量与轴承散发的热量之和。 对非压力供油的向心轴承应计算：t = t2 - t1 =tm = t1 +t275C润滑油温升p2CpdBqv +bv 润滑油的平均温度Cp润滑油的比热。Cp=16802100 J/(kg.C)润滑油的密度。=850900 kg/mm3 b润滑油的传热系数W/（m2.C）， b =50140W/（m2.C）略略 最小油膜厚度 hmin设计应满足的条件：其中：S安全系数。通常 S2 RZ1 、RZ2为轴颈和轴瓦表面微观不平度的十点高度hmin= （1- ）