哈工大机械设计课件第11章

1、机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章第十一章第十一章 滑动轴承滑动轴承11.1 11.1 概述概述滑滑动动轴轴承承的的基基本本结结构构机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章一、滑动轴承一、滑动轴承的分类的分类l 按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现 的摩擦状态，滑动轴承可分为的摩擦状态，滑动轴承可分为: : 液体摩擦轴承液体摩擦轴承非液体摩擦非液体摩擦轴承轴承液体动压润滑液体动压润滑轴承轴承液体静压润滑液体静压润滑轴承轴承机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章 按滑动轴承承

2、受载荷的方向可分为按滑动轴承承受载荷的方向可分为: :径向滑动轴承径向滑动轴承推力推力滑动轴承滑动轴承机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章二、滑动轴承的特点和应用二、滑动轴承的特点和应用非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承：结构简单，使用方便。损耗较大。：结构简单，使用方便。损耗较大。液体摩擦轴承液体摩擦轴承的特点有：的特点有：（1 1）在高速重载下能正常工作，寿命长。）在高速重载下能正常工作，寿命长。（2 2）精度高）精度高，液体摩擦轴承磨损小（如葛洲坝电站液体摩擦轴承磨损小（如葛洲坝电站 推力轴承最近拆卸后发现表面加工刀花还在）；推力轴承最近拆卸后发现表面加工

3、刀花还在）；（3 3）滑动轴承可做成剖分式的，能满足特殊结构的需要。）滑动轴承可做成剖分式的，能满足特殊结构的需要。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章（4 4）液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用）液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用， 可以吸收震动，缓和冲击。可以吸收震动，缓和冲击。（5 5）滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小（摩擦发生）滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小（摩擦发生在轴瓦和轴颈表面之间，而滚动轴承的摩擦发生在套圈在轴瓦和轴颈表面之间，而滚动轴承的摩擦发生在套圈和滚动体之间）和滚动体之间） 。（6 6）起动摩擦阻力较大。）起动摩擦阻力较大。l 主要应

4、用在要求剖分结构（如发动机连杆与曲轴之主要应用在要求剖分结构（如发动机连杆与曲轴之 间）、特高速、特低速、特重载、无法润滑等场所间）、特高速、特低速、特重载、无法润滑等场所机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章主推力轴承，直径主推力轴承，直径2m，24块瓦，块瓦，阿尔斯通、阿尔斯通、ABB公司、哈电公司、哈电三峡水轮发电机组为三峡水轮发电机组为 700MW X 26700MW X 26每台机组总重约每台机组总重约70007000吨，吨，发电机的推力轴承负荷即达发电机的推力轴承负荷即达55005500吨，吨，水轮机转轮名义直径约水轮机转轮名义直径约9.89.8米米机电

5、工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章11.2 11.2 滑动轴承的结构形式滑动轴承的结构形式一、径向滑动轴承一、径向滑动轴承1.1.整体式径向滑动轴承整体式径向滑动轴承 轴颈轴颈+ +轴瓦轴瓦+ +轴承座轴承座 结构简单；但磨损后间隙结构简单；但磨损后间隙过大时无法调整过大时无法调整; ;轴颈只轴颈只能从轴承端部安装和拆卸能从轴承端部安装和拆卸机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章2.2.剖分式径向滑动轴承剖分式径向滑动轴承剖分式径向滑动轴承装拆方便剖分式径向滑动轴承装拆方便, ,还可以通过增减剖分面还可以通过增减剖分面上的调整垫片的厚度来

6、调整间隙。上的调整垫片的厚度来调整间隙。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章剖分式轴瓦实物图剖分式轴瓦实物图机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章二、推力滑动轴承二、推力滑动轴承推力轴承由轴承座和推力轴颈组成推力轴承由轴承座和推力轴颈组成推力轴环一般为推力轴环一般为2-5个个机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章带轴瓦的小型推力轴承带轴瓦的小型推力轴承（径向与推力组合轴承）（径向与推力组合轴承）可倾瓦推力轴承可倾瓦推力轴承机电工程学院机电工程学

7、院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章11.3 11.3 轴瓦的材料和结构轴瓦的材料和结构l 轴承材料指的是轴瓦材轴承材料指的是轴瓦材料料l 滑动轴承的失效形式主要是滑动轴承的失效形式主要是轴瓦的胶合和磨损轴瓦的胶合和磨损一、对轴瓦材料的要求一、对轴瓦材料的要求（1 1）有足够的）有足够的疲劳强度；疲劳强度；（2 2）有足够的抗压强度）有足够的抗压强度（3 3）有良好的减磨性和耐磨性）有良好的减磨性和耐磨性（4 4）具有较好的抗胶合性）具有较好的抗胶合性（5 5）对润滑油要有较好的吸附能力）对润滑油要有较好的吸附能力（6 6）有较好的适应性和嵌藏性）有较好的适应性和嵌藏性（7 7）良好的

8、导热性）良好的导热性（8 8）经济性、加工工艺性好）经济性、加工工艺性好机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章二、常用的轴瓦材料及其性质二、常用的轴瓦材料及其性质l 轴瓦材料可分为三类：轴瓦材料可分为三类：金属材料金属材料、粉末冶金材料粉末冶金材料和和非金属材料非金属材料金属材料包括轴承合金、青铜、黄铜、铝合金和铸铁金属材料包括轴承合金、青铜、黄铜、铝合金和铸铁（1）轴承合金）轴承合金轴承合金又称白金或巴氏合金轴承合金又称白金或巴氏合金锡基轴承合金，如锡基轴承合金，如ZChSnSb10-6，ZChSnSb8-4铅基轴承合金，如铅基轴承合金，如ZChPbSb16-16

9、-2，ZChPbSb15-15-3这两种轴承合金都有较好的跑合性、耐磨性和抗胶合性这两种轴承合金都有较好的跑合性、耐磨性和抗胶合性但轴承合金强度不高，价格很贵但轴承合金强度不高，价格很贵。在钢或铜制成的轴瓦内表面上浇注一层轴承合金，这层轴承在钢或铜制成的轴瓦内表面上浇注一层轴承合金，这层轴承合金称合金称轴承衬轴承衬，钢或铜制成的轴瓦机体称，钢或铜制成的轴瓦机体称瓦背瓦背。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章（2）青铜）青铜抗胶合能力仅次于轴承合金，强度较高抗胶合能力仅次于轴承合金，强度较高铸锡磷青铜铸锡磷青铜铅青铜铅青铜铝青铜铝青铜（3 3）黄铜黄铜: :滑动速度

10、不高，综合性能不如轴承合金、青铜。滑动速度不高，综合性能不如轴承合金、青铜。（4 4）铝合金铝合金: :强度高、导热好、价格便宜，抗胶合差、耐强度高、导热好、价格便宜，抗胶合差、耐磨差。磨差。（5 5）铸铁铸铁: :价格便宜，低速、轻载。价格便宜，低速、轻载。（6 6）粉末冶金）粉末冶金材料材料: :含油轴承，铁含油轴承，铁-石墨、青铜石墨、青铜-石墨石墨（7 7）轴承）轴承塑料塑料: :摩擦系数小，耐冲击，导热摩擦系数小，耐冲击，导热性差。性差。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章三、轴瓦结构三、轴瓦结构轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表轴瓦的瓦背和轴承衬的联接

11、形式见下表瓦背材料 轴承衬材料 应用场合 轴承衬厚度 沟槽形状 轴承合金或铅青铜 用于高速重载有冲击的轴承 0.01sd 钢 铸铁 轴承合金 用于振动及冲击载荷下的轴承 0.01sd 铸铁 轴承合金 用于平稳载荷下工作的轴承 0.01sd 青铜 轴承合金 用于高速重载的重要轴承 0.01sd 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章整体式轴瓦整体式轴瓦轴瓦和轴瓦和轴承座一般轴承座一般采用过盈配合采用过盈配合机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章剖分式轴瓦剖分式轴瓦为了向摩擦表

12、面间加注润滑剂为了向摩擦表面间加注润滑剂, ,在轴承上方开设注油孔在轴承上方开设注油孔机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章为了向摩擦表面输送为了向摩擦表面输送和分布润滑剂和分布润滑剂, ,在轴在轴瓦内表面开有油沟瓦内表面开有油沟整整体体式式剖剖分分式式机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章液体摩擦轴承的油沟应开在非承载区液体摩擦轴承的油沟应开在非承载区, ,周向油沟应靠近轴周向油沟应靠近轴承的两端。承的两端。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章对某些载荷较大的轴承对某些载荷较大的轴承, ,在轴瓦内开有油室在

13、轴瓦内开有油室机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章11.4 11.4 非液体摩擦轴承的计算非液体摩擦轴承的计算一、非液体摩擦径向滑动轴承的计算一、非液体摩擦径向滑动轴承的计算1.1.验算压强验算压强压强压强P P过大过大可能使轴瓦可能使轴瓦产生塑性变形破坏边界膜产生塑性变形破坏边界膜, ,而而且一旦出现干摩擦状态则加速磨损。应保证压强不且一旦出现干摩擦状态则加速磨损。应保证压强不超过允许值超过允许值pp （查表（查表11.111.1）, ,即即 rFppL dMPaMPa 主要失效形式：主要失效形式：胶合和磨损，限制胶合和磨损，限制fPV（摩擦功）（摩擦功）机电工

14、程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章2.2.验算验算 值值pvpv值大表明摩擦功大值大表明摩擦功大, ,温升大温升大, ,边界膜易破坏边界膜易破坏, ,其限制条件为其限制条件为: :60 100060 1000rrFd nn FpvpvL dL MPaMPam m/s/s3.3.验算速度验算速度对于跨度较大的轴对于跨度较大的轴 60 1000d nm/sm/s机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章二、非液体摩擦推力滑动轴承的计算二、非液体摩擦推力滑动轴承的计算1.1.验算压强验算压强220 4aFppZddkMPaMPa2.2.验算验算 值值

15、mppmmpp/MPa m sK-由于止推面上有油沟而导致止由于止推面上有油沟而导致止推的面积减少的系数，通常取推的面积减少的系数，通常取k=0.9-0.95机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章三、非液体摩擦径向滑动轴承的配合三、非液体摩擦径向滑动轴承的配合精度等级配合种类应 用 实 例IT6H7/g6 机床用分度头主轴轴承IT6H7/f6 汽车连杆轴承，齿轮及蜗杆减速器轴承，铣床、钻床主轴轴承IT6H7/e6 汽轮发电机、内燃机凸轮轴轴承，安装不准的轴承，多支点轴承IT9H9/f9 蒸汽机内燃机主轴轴承，连杆轴承，电机、风扇、离心泵主轴轴承IT11H11/d11

16、 农业机械IT11H11/b11 农业机械P252 例例 11.1 机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章11-5 液体动压形成原理及基本方程液体动压形成原理及基本方程液体摩擦轴承分为液体摩擦轴承分为:流体动压轴承流体动压轴承流体静压轴承流体静压轴承径向轴承径向轴承推力轴承推力轴承轴颈和轴承两相轴颈和轴承两相对运动表面间完对运动表面间完全被一层油膜所全被一层油膜所分开分开

17、靠靠自身的自身的条件产生条件产生动压动压油膜油膜靠靠外部的外部的条件产生条件产生压力压力油膜油膜机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章液体动压滑动轴承计算模型液体动压滑动轴承计算模型轴瓦轴瓦轴颈轴颈机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章11.5.111.5.1流体流体动压润滑形成原理动压润滑形成原理1.1.基本假设基本假设(1)(1)两板间流体作两板间流体作层流运动层流运动; ;(2)(2)两板间流体是两板间流体是牛顿流体牛顿流体, ,其粘度只随温度的变化而其粘度只随温度的变化而改变改变, ,忽略压力对粘度的影响忽略压力对粘度的影响, ,

18、而且而且流体是不可压缩的流体是不可压缩的; ;(3)(3)与两板与两板M M、N N相接触的流体层与板间无滑动出现相接触的流体层与板间无滑动出现; ;（4 4）流体的重力和流动过程中产生的惯性力可以略去）流体的重力和流动过程中产生的惯性力可以略去; ;（5 5）由于间隙很小，）由于间隙很小，压力沿压力沿y y方向大小不变方向大小不变; ;（6 6）平板沿）平板沿Z Z方向无限长，所以流体沿方向无限长，所以流体沿Z Z方向无流动方向无流动。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章左面压强：左面压强：右面压强：右面压强：上面剪力：上面剪力：下面剪力下面剪力：dydzdxx

19、pp)(pdydzdxdzdxdzdyy)( 从层流运动的油从层流运动的油膜中取一膜中取一微单元体微单元体进行分析其边长为进行分析其边长为dxdx，dydy，dzdz。2.2.流体动压力的形成及承载原理流体动压力的形成及承载原理机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章沿沿x x方向力平衡条件：方向力平衡条件：22dpddxdy此式说明此式说明压力压力沿沿x x方向方向的变化率与的变化率与速度梯度速度梯度沿沿y y方向方向的变化率成正比。的变化率成正比。0)()(dxdzdydyddydzdxdxdppdxdzpdydzdyddxdpdyd机电工程学院机电工程学院 张锋

20、张锋机械设计机械设计第十一第十一章章做垂直做垂直y轴截面轴截面压力形成原理压力形成原理1 虚线的情况虚线的情况2 hA hB hC 流量处处相等流量处处相等AA到到BB处：内凹处：内凹 022dyud0dxdp压力递增压力递增BB到到处处：外凸：外凸 022dyud0dxdp压力递减压力递减BB截面：直线截面：直线 022dyud0dxdp压力最大值压力最大值机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章流体动压力的形成和压力油膜承载原理流体动压力的形成和压力油膜承载原理1 1）流体动压力：）流体动压力：靠运动表面带靠运动表面带动粘性流体以足够的速度流经动粘性流体以足够的速

21、度流经收敛形间隙时收敛形间隙时, ,流体内所产生压流体内所产生压力叫力叫流体动压力。流体动压力。2）流体动压油膜：）流体动压油膜：间隙内具有动压力的油层称为间隙内具有动压力的油层称为流流体动压油膜体动压油膜机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章（1 1）MM平行于平行于N N板板，则沿，则沿X X方向处处方向处处dpdp/ /dxdx=0,=0,压力压力无变化，两端为无变化，两端为0 0，间隙，间隙内各点内各点也为也为0 0，不能承载；，不能承载；（2 2）如如MM与与N N板形成发散板形成发散间隙间隙，流体流动不连续，流体流动不连续，间隙内形成负压，没有动间隙内形

22、成负压，没有动压力，不能承载。压力，不能承载。机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章3.3.形成流体动压的条件形成流体动压的条件形成流体动压的必要条件是形成流体动压的必要条件是: :(1)(1)流体必须流经收敛间隙流体必须流经收敛间隙, ,而且间隙倾角越大则产生而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大。的油膜压力越大。(2)(2)流体必须有足够的速度流体必须有足够的速度(3)(3)流体必须是粘性流体流体必须是粘性流体机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章dxdpdyd122212)(21CyCydxdp0, , ,0hyVyhyhVyhydx

23、dp)(21边界条件边界条件：变形变形式式1 1）求速度）求速度11.5.2 11.5.2 流体流体动压基本方程动压基本方程机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章2 2）求流量）求流量301212hdxdphVQdyQh0021VhQ 当压力取得极大值时，当压力取得极大值时，dpdp/ /dxdx=0,=0,设此处间隙为设此处间隙为h h0 0：利用流量连续条件：利用流量连续条件：机电工程学院机电工程学院 张锋张锋机械设计机械设计第十一第十一章章各截面流量必须相等各截面流量必须相等：301212121hdxdpVhVh036dphhVdxh式式 11.7此式称为此式称为一维流体动压基本方程一维流体动压基本方程，也叫，也叫一维雷诺方程一维雷诺方程它描述了流体压力的变化率与流体的粘度、流动速度和间隙之它描