第12章滑动轴承(1) (精品)

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向心推力轴承向心推力轴承既承受径向载荷又

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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)

12、、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

13、平均压力ppFBdp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，保保证油膜不被破坏，保证润滑，减少磨损证润滑，减少磨损 验算轴承的验算轴承的pv值值19100100060pvBFndnBdFpv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：d9H9f7H8f6H7滑动轴承3、止推滑动轴承设计计算、止推滑动

14、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)(2122pddzFAFpaa pvm的验算的验算)(300002100060)()(412212122pvddznFddnddzFpvaaFa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

15、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 dxxpp和和p上、下面的剪切力上、下面的剪切力和和dyyx方向的平衡：方向的平衡：dydzdxx

16、ppdxdzpdydz)(0)(dxdzdyyyxp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dydu22yuxp 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212)(21CyCyxpu边界条件：边界条件：y0时，时，uv；yh（油膜厚度）时，（油膜厚度）时，u0C2vhvxphC)(21)(2)()(xpyhyhyhvu油层速度分布：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

17、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hhdyxpyhyhyhvudyq00)(2)()(xphvh12230)12(23xphdxddxdhvdxdq)12(23xphdxddxdhv滑动轴承在在ppmax剖面处油膜厚度为剖面处油膜厚度为h0，其沿，其沿y方向的速方向的速度变化呈线性分布，则流量为：度变化呈线性分布，则流量为：qvh02无限长动压轴承的基本方程：无限长动压轴

18、承的基本方程：xphvhvh12212130)(603hhhvxp滑动轴承 讨论讨论 若若hh 00 xp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 xp在在hh 0段段压力逐渐增大压力逐渐增大0 xp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 xp022yuxpyu122凹形抛物线凹形抛物线出口段：出口段：0 xp022yu凸形抛物线凸形抛物线滑动轴

19、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