第十二章滑动轴承

1、第十二章滑动轴承12-1 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 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算12-5 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算General considerationsStructures of bearing shellTypes of failure and materials of sleeve bearingsSimplified calculations for bearings operating with non-fluid frictionDesign of the hydrodynamic lubrication bea

2、rings主要内容教学目标与教学重点教学目标与教学重点教教学学目目标标教教学学重重点点1、了解摩擦、磨损、润滑的基本知识；、了解摩擦、磨损、润滑的基本知识；2、熟悉滑动轴承的分类、特点及应用；、熟悉滑动轴承的分类、特点及应用；3、熟悉滑动轴承的主要失效形式及材料选择，轴瓦结构；、熟悉滑动轴承的主要失效形式及材料选择，轴瓦结构；4、掌握不完全液体摩擦滑动轴承的条件性计算方法、掌握不完全液体摩擦滑动轴承的条件性计算方法; 1、不完全液体摩擦滑动轴承的条件性计算、不完全液体摩擦滑动轴承的条件性计算;5、熟悉流体动压方程的基本假设以及方程的推导过程；、熟悉流体动压方程的基本假设以及方程的推导过程；6、

3、掌握动压油膜形成原理及必要条件。、掌握动压油膜形成原理及必要条件。2、动压油膜形成原理及必要条件。、动压油膜形成原理及必要条件。12-1 12-1 概述概述General considerations摩擦学概述滑动轴承概述滑动轴承的典型结构滑动轴承设计内容12-1 12-1 概述概述摩擦学：即研究有关摩擦、磨损及润滑的科学。摩擦学：即研究有关摩擦、磨损及润滑的科学。q 摩擦是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；q 磨损是由于摩擦而造成的物体能量损耗和摩擦表面 材料的损失或迁移；q 润滑是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。General considerations一、摩擦学概述 作相对运动的两

4、物体接触面间必然产生摩擦；摩擦的结果必然产生磨损；而减少摩擦、磨损的有效措施是润滑。1 1、摩擦、摩擦 静静 摩摩 擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。擦：仅有相对运动趋势时的摩擦。 动动 摩摩 擦：在相对运动进行中的摩擦。擦：在相对运动进行中的摩擦。 滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。滑动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滑动。 滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。滚动摩擦：物体表面间的运动形式是相对滚动。12-1 12-1 概述概述General considerations一、摩擦学概述分类：分类：滑动摩擦的种类及性质滑动摩擦的种类及性质12-1 12-1 概述概述General

5、considerations一、摩擦学概述1.干干摩摩擦擦2.边边界界摩摩擦擦3.流流体体摩摩擦擦4.混混合合摩摩擦擦12-1 12-1 概述概述General considerations一、摩擦学概述 在设计或使用机器时，应该力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损的到来。 润滑的目的：能降低摩擦、减少磨损，还能润滑的目的：能降低摩擦、减少磨损，还能防锈、防尘、冷却、缓冲吸振。防锈、防尘、冷却、缓冲吸振。12-1 12-1 概述概述General considerations一、摩擦学概述滑动轴承概述1二、滑动轴承概述根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。 12-1 12-1

6、 概述概述General considerations滑动轴承概述21 1、滑动轴承的特点及应用、滑动轴承的特点及应用()工作转速很高，如汽轮发电机。工作转速很高，如汽轮发电机。 ()要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。()承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。()特重型的载荷，如水轮发电机。特重型的载荷，如水轮发电机。()根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。(7)在特殊条件下在特殊条件下(水、腐蚀性介质）工作的轴承，如军舰推进水、腐蚀性介质）工作的轴承，如军舰

7、推进器的轴承。器的轴承。(6)径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。二、滑动轴承概述12-1 12-1 概述概述General considerations二、滑动轴承概述二、滑动轴承概述2 2、滑动轴承的分类、滑动轴承的分类b.根据润滑状态，根据润滑状态，滑动轴承可分为滑动轴承可分为： 12-1 12-1 概述概述General considerationsa.a.根据承受载荷的方向分为根据承受载荷的方向分为: :推力轴承推力轴承径向轴承径向轴承动压滑动轴承动压滑动轴承静压滑动轴承静压滑动轴承液体润滑滑动轴承液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴

8、承c.根据结构型式不同可分为：根据结构型式不同可分为：整体式整体式剖分式剖分式自动调心式自动调心式二、滑动轴承概述2 2、滑动轴承的分类、滑动轴承的分类12-1 12-1 概述概述General considerations三、滑动轴承的典型结构1、径向滑动轴承的结构、径向滑动轴承的结构a a整体式径向滑动轴承整体式径向滑动轴承特点：结构简单，成本低廉；特点：结构简单，成本低廉；应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。轴承座轴承座整体轴套整体轴套螺纹孔螺纹孔油杯孔油杯孔因磨损而造成的间隙无法调整；因磨损而造成的间隙无法调整；只能从沿轴向装入或拆出。只能从沿轴

9、向装入或拆出。12-1 12-1 概述概述General considerations径向滑动轴承的典型结构2对开式径向滑动轴承对开式径向滑动轴承特特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。对开式轴承对开式轴承( (整体轴套整体轴套) )螺栓轴承盖轴承座油杯座孔螺母套管上轴瓦下轴瓦对开式轴承对开式轴承( (剖分轴套剖分轴套) )三、滑动轴承的典型结构12-1 12-1 概述概述General considerations1.1.轴承型式和结构的确定；轴承型式和结构的确定；2.2.轴瓦结构和材料的选择；轴瓦结构和材料的选择；4.4.润滑

10、剂及润滑方法的选择；润滑剂及润滑方法的选择；5.5.轴承的工作能力计算。轴承的工作能力计算。三、滑动轴承的典型结构12-1 12-1 概述概述General considerations3.3.轴承的结构参数；轴承的结构参数；滑动轴承的失效形式滑动轴承的失效形式及常用材料及常用材料1汽车用滑动轴承故障原因的平均比率汽车用滑动轴承故障原因的平均比率轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合胶合)、疲劳剥落和腐蚀。、疲劳剥落和腐蚀。一、滑动轴承常见失效形式滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形

11、式。故障原因故障原因不干净不干净润滑油不足润滑油不足安装误差安装误差对中不良对中不良超超载载比率比率38.338.311.111.115.915.98.18.16.06.0故障原因故障原因腐腐蚀蚀制造精度低制造精度低气气蚀蚀其其它它比率比率5.65.65.55.52.82.86.76.7 12-2 滑动轴承的失效形式及常用材料详细说明详细说明Types of failure and materials of sleeve bearings滑动轴承的失效形式及常用材料2二、滑动轴承的材料 减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。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

12、示。耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。 抗咬粘性抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。：材料的耐热性与抗粘附性。 摩擦顺应性：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。良的能力。 嵌入性嵌入性：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：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。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。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。 磨合性磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成

13、相互吻合的表面形状：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状 和粗糙度的能力（或性质）。和粗糙度的能力（或性质）。12-2 滑动轴承的失效形式及常用材料Types of failure and materials of sleeve bearings轴瓦：轴承直接与轴颈相接触的零件轴瓦：轴承直接与轴颈相接触的零件轴承衬：有的轴瓦是在轴瓦整体上用浇铸或压合的方法轴承衬：有的轴瓦是在轴瓦整体上用浇铸或压合的方法 粘附上一层另一种材料，这一薄层材料称为轴承衬。粘附上一层另一种材料，这一薄层材料称为轴承衬。滑动轴承的失效形式及常用材料2二、滑动轴承的材料12-2 滑动轴承的失效形式及常用

14、材料Types of failure and materials of sleeve bearings1、轴承合金、轴承合金（白合金、巴氏合金）（白合金、巴氏合金）摩擦系数小，抗胶合性好摩擦系数小，抗胶合性好用于高速、重载用于高速、重载价格高、强度低价格高、强度低用作轴承衬用作轴承衬2、 轴承青铜轴承青铜强度高、耐磨性好、导热性好，即可用于轴瓦，又强度高、耐磨性好、导热性好，即可用于轴瓦，又可以作轴承衬可以作轴承衬3、含油轴承、含油轴承:多孔、含油多孔、含油自润滑自润滑 韧性差韧性差平稳无冲击、难于用油润滑处平稳无冲击、难于用油润滑处4、 轴承塑料轴承塑料摩擦系数小，自润滑性和嵌藏性好摩擦系数

15、小，自润滑性和嵌藏性好耐热性、导热性差，吸水膨胀，易变形耐热性、导热性差，吸水膨胀，易变形常用作轴承衬常用作轴承衬12-3 滑动轴承的轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构按构造按构造分分类类整体式整体式对开式对开式按加工按加工分分类类铸造铸造轧制轧制按尺寸按尺寸分分类类厚壁厚壁薄壁薄壁按材料按材料分分类类单材料单材料多材料多材料Structures of bearing shell滑动轴承的轴瓦结构2单材料、整体式单材料、整体式厚壁铸造轴瓦厚壁铸造轴瓦多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦多材料、对开式厚壁铸造轴瓦多材料、对开式厚壁铸造轴瓦多材料、对开式薄壁轧制轴瓦多材料、对开式薄壁

16、轧制轴瓦12-3 滑动轴承的轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构Structures of bearing shell二、轴瓦的定位二、轴瓦的定位 方法：方法： 对于轴向定位有：对于轴向定位有：对于周向定位有：对于周向定位有：凸缘凸缘轴瓦一端或两端做凸缘轴瓦一端或两端做凸缘定位唇定位唇定位唇（凸耳）定位唇（凸耳）紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉（也可做轴向定位）（也可做轴向定位）轴轴 瓦瓦圆柱销圆柱销轴承座轴承座销销钉钉（也可做轴向定位）（也可做轴向定位） 12-3 滑动轴承的轴瓦结构Structures of bearing shell三、轴瓦的油孔及油槽 目的：把润滑油导入轴颈

17、和轴承所构成的运动副表面。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。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：按油槽走向分形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。按油槽数量分按油槽数量分单油槽、多油槽等。单油槽、多油槽等。单轴向油槽开单轴向油槽开在非承载区在非承载区（在最大油膜（在最大油膜厚度处）厚度处）F双轴向油槽开在非承载区双轴向油槽开在非承载区（

18、在轴承剖分面上）（在轴承剖分面上）双斜向油槽双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）（用于不完全液体润滑轴承） 12-3 滑动轴承的轴瓦结构Structures of bearing shell不完全液体润滑滑动轴承的设计计算112-4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。摩擦润滑。 Simplified calculations for bearings operati

19、ng with non-fluid friction边界油膜破裂。边界油膜破裂。保证边界膜不破裂。保证边界膜不破裂。因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表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。方法，但一般可作条件性计算。不完全液体润滑滑动轴承的设计计算112-4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一、失效形式与设计准则Simplified calculations for bearings operating with non-fluid frict

20、ion不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2二、二、径向滑动轴承的设计计算径向滑动轴承的设计计算 已知条件：外加径向载荷已知条件：外加径向载荷F (N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm) 及轴颈直径及轴颈直径d (mm) 验算及设计验算及设计 ：验算轴承的平均压力验算轴承的平均压力p (MPa) p p d dB BF Fp pB轴承宽度，轴承宽度，mm（根据宽径比（根据宽径比B/d确定）确定）p轴瓦材料的许用压力，轴瓦材料的许用压力，MPa。12-4不完全液体润滑滑动轴承的设计计算Simplified calculations for bearings operating with non-fl

21、uid friction不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2 验算摩擦热验算摩擦热19100100060pvBFndnBdFpvv v轴颈圆周速度，轴颈圆周速度，m/sm/s； pvpv轴承材料的轴承材料的pvpv许用值，许用值，MPam/sMPam/s二、二、径向滑动轴承的设计计算径向滑动轴承的设计计算12-4不完全液体润滑滑动轴承的设计计算Simplified calculations for bearings operating with non-fluid friction验算滑动速度验算滑动速度v (m/s)vv v材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度 p、v、 pv 的选择的选择选择

22、配合选择配合一般可选一般可选H9/d9或或H8/f7、H7/f612-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings一、流体动压润滑基本方程 雷诺方程雷诺方程 指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。的压力来平衡外载荷。流体动力润滑:液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算12 2 流体为牛顿流体，即流体为牛顿流体，即 。 ) )y yu u(

23、 (1. 1. 流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和 能量的交换；能量的交换； 在流体中，任意在流体中，任意点处的切应力均与该点处的切应力均与该处流体的速度梯度成处流体的速度梯度成正比。正比。xoyu uu=u=0 0u=vu=v12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings一、液体动压润滑基本方程 （动画）液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算13.3.略去流体惯性力及重力的影响；略去流体惯性力及重力的影响； 4.4.流体不可压缩，故流体中没有流体不可压缩，故流体

24、中没有“洞洞”可以可以“吸收吸收” 流质；流质； 5.5.流体中的压力在各流体层之间保持为常数。流体中的压力在各流体层之间保持为常数。 6.6.忽略压力对流体粘度的影响忽略压力对流体粘度的影响( (实际上粘度随压实际上粘度随压 力的增高而增加力的增高而增加) ) 12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings一、液体动压润滑基本方程7. 7. 无限宽（即沿无限宽（即沿Z Z向无流动）向无流动）0 xqx雷诺方程12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic

25、lubrication bearings一、液体动压润滑基本方程yu0Fx12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings一、液体动压润滑基本方程沿沿x x方向的平衡条件：方向的平衡条件： F Fx=0=00)()(dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydzyxp整理后得yu由牛顿流体摩擦定律22yuxp得xp2y)y(hhy)v(huxpyu122hudyq0 xphvhq122320vhq 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2)h(hh6xp03vab0hh 0 xp/0yu/22bc0hh0

26、xp/0yu/22b0 xp/0yu/220hh 产生动压力、承受外载液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2)h(hh6xp03v液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3二、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态FFFhminoo1oo1o1oaedD初始状态稳定工作状态演示12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数最小油膜厚度：最小油膜厚度：hmin= e r(1-) 偏心率，偏心率， e / 为直径间隙，为直径间隙， D d为半径间

27、隙，为半径间隙， R R r r / / 2r 和和 d 分别为轴颈的半径和直径。分别为轴颈的半径和直径。R 和和 D 分别为轴承的半径和直径。分别为轴承的半径和直径。 e 为偏心距为偏心距相对间隙相对间隙， / r / d 12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings1、几何关系、几何关系液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4积分一维雷诺方程积分一维雷诺方程 )(603hhhvxp并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布，并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布，Cp 承载量系数，与

28、轴承包角承载量系数，与轴承包角，宽径比，宽径比B/d和偏心率和偏心率有关。有关。 F外载荷，外载荷，N； 油在平均温度下的粘度，油在平均温度下的粘度，Ns/m2。 B 轴承宽度，轴承宽度，m； v 圆周速度，圆周速度，m/s。 分析思路：分析思路：1)根据已知条件计算求得根据已知条件计算求得 Cp。 2)根据根据Cp由承载量系数表查取偏心率由承载量系数表查取偏心率。3) 计算最小油膜厚度计算最小油膜厚度hmin= r(1-)。 PCdBF2或或vBFdBFCP222可得：可得：(详细说明)三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the

29、 hydrodynamic lubrication bearings2、承载量系数、承载量系数四、最小油膜厚度 hmin动力润滑轴承的设计应保证：动力润滑轴承的设计应保证：hminh其中：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，安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等， 常取常取S2。对于一般轴承可取为对于一般轴承可取为m和和m，1.6 m和和m。对于重要轴承可取为对于重要轴承可取为m和和m，或，或m和和m。Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算De

30、sign of the hydrodynamic lubrication bearings五、五、轴承的热平衡计算轴承的热平衡计算防止轴承过热防止轴承过热12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of the hydrodynamic lubrication bearings2. 2. 相对间隙相对间隙 相对间隙主要根据载荷和速度选取。速度相对间隙主要根据载荷和速度选取。速度愈高，愈高， 值应愈大；载荷愈大，值应愈大；载荷愈大， 值应愈小。值应愈小。此外，直径大、宽径比小，调心性能好，加工此外，直径大、宽径比小，调心性能好，加工精度高时，精度高时， 值取小值，反之取大值。值取小值，反之取大值。12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算Design of t