第17章滑动轴承

1、 轴承，是所有机器的基础，是现代社会中不轴承，是所有机器的基础，是现代社会中不可缺少的可缺少的 产品，素有产品，素有“机械产业的粮食机械产业的粮食”之美称，之美称，它确保所有产品的质量和设备的正常运转。它确保所有产品的质量和设备的正常运转。第第1717章滑动轴承章滑动轴承17.117.1滑动轴承概述滑动轴承概述17.217.2径向滑动轴承的主要类型径向滑动轴承的主要类型17.317.3滑动轴承的材料滑动轴承的材料17.417.4轴瓦结构轴瓦结构 17.5 17.5 轴承润滑材料轴承润滑材料17.717.7滑动轴承的条件性计算滑动轴承的条件性计算17.817.8液体动力润滑的基本方程式液体动力润

2、滑的基本方程式17.917.9液体动力润滑轴承的计算液体动力润滑轴承的计算轴承的功用：用来支承轴及轴上零件。轴承的功用：用来支承轴及轴上零件。 12-112-1滑动轴承概述滑动轴承概述 1 1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2 2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3 3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。一、轴承的基本要求一、轴承的基本要求 分分类类滚动轴承滚动轴承滑动轴承滑动轴承优点多，应用广优点多，应用广用于高速、高精度、重载、用于高速、高精度、重载

3、、结构上要求剖分等场合。结构上要求剖分等场合。12-112-1滑动轴承概述滑动轴承概述 二、轴承的分类二、轴承的分类 按摩擦按摩擦性质分性质分按受载按受载方向分方向分按滑动表按滑动表面间润滑面间润滑状态分状态分向心推力向心推力( (径向止推径向止推) )轴承轴承向心向心( (径向径向) )轴承轴承 推力推力( (止推止推) )轴承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承（边界润滑混合润滑状态）（边界润滑混合润滑状态）按液体润按液体润滑承载机滑承载机理分理分自润滑自润滑液体动力润滑滑动轴承液体动力润滑滑动轴承液体静压润滑滑动轴承液体静压润滑滑动轴承三、滑动

4、轴承的应用领域三、滑动轴承的应用领域 1.1.工作转速特高的轴承，汽轮发电机；工作转速特高的轴承，汽轮发电机； 2.2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床； 3.3.特重型的轴承，如水轮发电机；特重型的轴承，如水轮发电机； 4.4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机；承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机； 6.6.根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承； 5.5.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承, , 如舰艇螺旋桨推进器的轴承

5、；如舰艇螺旋桨推进器的轴承； 7.7.轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。 如多辊轧钢机。如多辊轧钢机。 四、滑动轴承的设计内容四、滑动轴承的设计内容 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。工作能力及热平衡计算。一、一、 向心滑动轴承向心滑动轴承组成：组成：轴承座、轴套或轴瓦等。轴承座、轴套或轴瓦等。12-212-2滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式油杯孔油杯孔轴承轴承(1)(1)

6、结构简单，成本低廉。结构简单，成本低廉。应用：应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。低速、轻载或间歇性工作的机器中。(2)(2) 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。(3)(3) 只能从沿轴向装入或拆。只能从沿轴向装入或拆。1.1. 整体式向心滑动轴承整体式向心滑动轴承 轴承座轴承座特点：特点：将轴承座或轴瓦分离制将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用螺栓联接。造，两部分用螺栓联接。剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承螺纹孔螺纹孔轴承座轴承座轴承盖轴承盖联接螺栓联接螺栓剖分轴瓦剖分轴瓦2.2. 剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承 特点：特点：结构复杂，可以结构复杂，可以调整因磨

7、损而造成的间调整因磨损而造成的间隙，安装方便。隙，安装方便。应用场合：应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器。低速、轻载或间歇性工作的机器。榫口榫口作用：作用：用来承受轴向载荷用来承受轴向载荷 二、二、 推力滑动轴承推力滑动轴承 结构形式：结构形式：21F F1F F2F F21F F21空心式空心式轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比 实心式要好。实心式要好。单环式单环式利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润 滑便，广泛用于低速、轻载的场合。滑便，广泛用于低速、轻载的场合。多环式多环式不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可

8、承受不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受 双向轴向载荷。双向轴向载荷。各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低式低50%50%。 结构特点：结构特点： 在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形块。其数量在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形块。其数量一般为一般为6 61212。倾角固定，顶部预留平台倾角固定，顶部预留平台 类型类型固定式固定式可倾式可倾式用来承受停用来承受停车后的载荷。车后的载荷。倾角随载荷、转速自行倾角随载荷、转速自行 调整，性能好调整，性能好

9、FF巴氏合金巴氏合金绕此边线自绕此边线自行倾斜行倾斜F12-312-3滑动轴承的失效形式及常用材料滑动轴承的失效形式及常用材料一、滑动轴承常见失效形式一、滑动轴承常见失效形式磨粒磨损磨粒磨损进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。动，对轴承表面起研磨作用。刮伤刮伤进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。胶合胶合当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴供油

10、不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。承损伤。疲劳剥落疲劳剥落在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。腐蚀腐蚀润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。微动磨损微动磨损发生在名义上相对静止，实际上存在循环发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。其它失效形式其它失效形式:

11、 :气蚀气蚀气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；气流冲蚀零件表面引起的机械磨损； 流体侵蚀流体侵蚀流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；流体冲蚀零件表面引起的机械磨损； 电侵蚀电侵蚀电化学或电离作用引起的机械磨损；电化学或电离作用引起的机械磨损； 轴瓦失效实例轴瓦失效实例: :疲劳点蚀疲劳点蚀 表面划伤表面划伤 轴瓦磨损轴瓦磨损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其它其它气蚀气蚀制造精度低制造精度低腐蚀腐蚀故障原因故障原因6.06.08.18.115.915.911.111.138.338.3比率比率( () )6.76.72.82.85.55.55.65.6比率比率( ()

12、 )超载超载对中不良对中不良安装误差安装误差润滑油不足润滑油不足不干净不干净故障原因故障原因二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料1.1. 轴承材料性能的要求轴承材料性能的要求(1)(1) 减摩性减摩性材料副具有较低的摩擦系数。材料副具有较低的摩擦系数。(2)(2) 耐磨性耐磨性材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。(3)(3) 抗胶合抗胶合材料的耐热性与抗粘附性。材料的耐热性与抗粘附性。(4)(4) 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。表面初始配合不良的能力。(5)(5) 嵌入性嵌入性

13、材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表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。面发生刮伤或磨粒磨损的性能。(6)(6) 磨合性磨合性轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻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。合的表面形状和粗糙度的能力。轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦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。部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导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。热性、工艺性和经济性。能同时满足这些要求的材料是难

14、找的，但应根据具能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。体情况主要的使用要求。工程上常用工程上常用浇铸或压合的方法浇铸或压合的方法将两种不同的金属将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。组合在一起，性能上取长补短。轴承衬轴承衬滑滑动动轴轴承承材材料料 金属材料金属材料 非金属材料非金属材料 轴承合金轴承合金铜合金铜合金铝基轴承合金铝基轴承合金铸铁铸铁多孔质金属材料多孔质金属材料 工程塑料工程塑料碳碳- -石墨石墨橡胶橡胶木材木材2.2. 常用轴承材料常用轴承材料（1 1） 轴承合金（白合金、巴氏合金）轴承合金（白合金、巴氏合金）锡锡SnSn、铅、铅PbPb、锑、锑

15、SbSb、铜、铜CuCu等金属的合金，等金属的合金， 锡或铅为基体。锡或铅为基体。 优点：优点： f f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。速、重载的轴承。缺点：缺点：价格贵、机械强度较差；价格贵、机械强度较差；只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。工作温度：工作温度：t t1206.5 0.5 60 26.5 0.5 60 2号压延机脂号压延机脂注：注：(1)在潮湿环境，温度在在潮湿环境，温

16、度在75 120的条件下，应考虑选用钙的条件下，应考虑选用钙-钠基润滑钠基润滑 脂；脂； (2)在潮湿环境，温度在在潮湿环境，温度在75以下，没有以下，没有3号钙基脂时也可以用铝基脂；号钙基脂时也可以用铝基脂； (3)工作温度在工作温度在110 120可选用锂基脂或钡基脂；可选用锂基脂或钡基脂； (4)集中润滑时，稠度要小些。集中润滑时，稠度要小些。但但p p 10MPa 10MPa时可忽略。时可忽略。变化很小0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080

17、9090润滑油的特性：润滑油的特性：（1 1）温度温度 t t （2 2）压力压力p p 选用原则：选用原则：(1)(1) 载荷大、转速低的轴承，载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；宜选用粘度大的油；(2)(2) 载荷小、转速高的轴承，载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；宜选用粘度小的油； 粘粘温图温图 L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32二、润滑油及其选择二、润滑油及其选择(3)(3)高温时，粘度应高一些；高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。低温时，粘度可低一些。表表12-滑动轴承润滑油的选择滑动轴承润滑油的选择 0.1 L- -AN68、110、150

18、9.0 L- -AN7、10、15 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 /(m/s) p 3 MPa /(m/s) p350 350 才开始氧化，可在水中工作。才开始氧化，可在水中工作。摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系数低，使用温度范围广 (-60(-60300 300 ) )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。摩擦系数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.调和在润滑油中；调和在润滑油中；2.2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；3.3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。混入金属

19、或塑料粉末中烧结成型。其应用日渐广泛其应用日渐广泛三、固体润滑剂及其选择三、固体润滑剂及其选择特点：特点：可在滑动表面形成固体膜。可在滑动表面形成固体膜。12-612-6不完全液体润滑滑动轴承的设计计算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：工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴承得不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，承得不到足够的润滑剂，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工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。失效形式：失效形式：边界油膜破裂。边界油膜破裂。设计准则：设计准则

20、：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、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。算方法，但一般可作条件性计算。校核内容：校核内容：验算验算摩擦发热摩擦发热pvpvpvpv ；验算验算滑动速度滑动速度v vv v 。p p，pvpv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的局部的p p或或pvpv可能不足，故应校核滑动速度可能不足，故应

21、校核滑动速度v v 。 fpvfpv是摩擦力，限制是摩擦力，限制pv pv 即间接限制摩擦发热。即间接限制摩擦发热。验算验算平均压力平均压力 p p p p ，以保证强度要求；，以保证强度要求；二、径向滑动轴承的设计计算二、径向滑动轴承的设计计算 已知条件：已知条件：外加径向载荷外加径向载荷F F (N)(N)、轴颈转速、轴颈转速n n(r/mm)(r/mm)及轴颈直径及轴颈直径d d (mm) (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 p . .验算摩擦热验算摩擦热 pvpvv v轴颈圆周速度，轴颈圆周速度，m/sm/s； B B 轴瓦宽度轴瓦宽度 p

22、p 许用压强。许用压强。 p p= = p pF FBdBdF Fd dn n pvpv 轴承材料许用值。轴承材料许用值。 pvpv = = F FBdBddndn6060 1000 1000pvpvn n轴速度，轴速度，m/sm/s；3.3.验算滑动速度验算滑动速度v v v v 材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度见P280表12-2v v v v 选择配合选择配合一般可选一般可选: : H9/d9H9/d9或或H8/f7H8/f7、H7/f6H7/f6 表表12-2常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料材料 牌号牌号类别类别 （名称）（名称）锡基锡基轴承轴承合金合金铅基

23、铅基轴承轴承合金合金ZSnSb11Cu6 ZSnSb8Cu4ZPbSb16Sn16Cu2ZCuSn10P1(10-1锡青铜锡青铜)ZPbSb15Sn56Cu3Cd2ZCuSn5Pb5Zn5(5-5-5锡青铜锡青铜)ZCuPb30(30铅青铜铅青铜)ZCuAl10Fe3(10-3铝青铜铝青铜)15 12 1015 4 1225 12 308 3 1515 10 155 8 520 60 1525 80 201 1 1 51 1 3 53 5 1 13 4 4 25 5 5 2锡青铜锡青铜铅青铜铅青铜铝青铜铝青铜最大许用值最大许用值 性能比较性能比较 平稳载荷平稳载荷用于高速、重载用于高速、重载下

24、工作的重要轴下工作的重要轴承，变载荷下易承，变载荷下易于疲劳，价贵。于疲劳，价贵。用于中速、中等用于中速、中等载荷作的轴承，载荷作的轴承，不宜受显著冲击。不宜受显著冲击。可作为锡锑轴承可作为锡锑轴承合金的代用品。合金的代用品。用于中速重载及用于中速重载及受变载荷的轴承受变载荷的轴承用于中速中载的用于中速中载的轴承轴承用于高速、重载用于高速、重载轴承，承受变载轴承，承受变载和冲击和冲击最宜用于润滑充分最宜用于润滑充分的低速重载轴承的低速重载轴承说说 明明 冲击载荷冲击载荷 p v pvMPa m/s MPa m/s 抗咬抗咬 顺应性顺应性 耐蚀耐蚀 疲劳疲劳粘性粘性 嵌入性嵌入性 性性 强度强度

25、注：注：pvpv为不完全润滑下的为不完全润滑下的许用值许用值 性能比较：性能比较：1 15 5 依次由佳到差依次由佳到差 有一径向滑动轴承，其轴颈直径有一径向滑动轴承，其轴颈直径d d=100mm=100mm，B B/ /d d=1.4=1.4， p p 8MPa8MPa， V V=3=3m/sm/s， pVpV=15MPa.m/s=15MPa.m/s，转速，转速n n=500r/min=500r/min，问此轴承允许最大工作载荷为多少？，问此轴承允许最大工作载荷为多少？1.41.4 100140 mmBd 100 140 8112000 NFdB p所以，允许最大工作载荷为所以，允许最大工作

26、载荷为80150N80150N。152.62pVp155.725 MPa2.62p 由此得由此得Vdn=x=xxx=pp/().6010001005006010002 62 m /sF= =dBp=dBp=xx=5 72510014080150.N解：解：F=112000F=112000N N二、止推滑动轴承的计算二、止推滑动轴承的计算 zddFp)(42122p pF Fd d1 1d d2 2F Fd d1 1d d2 2已知条件：已知条件：外加径向载荷外加径向载荷F F (N)(N)、轴颈转速、轴颈转速n n(r/mm) (r/mm) (1)(1) 根据轴向载荷和工作要求，根据轴向载荷和

27、工作要求，选择轴承结构尺寸和材料；选择轴承结构尺寸和材料；(2)(2) 验算平均压力验算平均压力 p p；z z轴环数轴环数表表12-7止推滑动轴承的止推滑动轴承的p、pv 未淬火钢未淬火钢 青铜青铜 4.05.0 12.5 铸铁铸铁 2.02.5 p pv轴承合金轴承合金 5.06.0 淬火钢淬火钢 轴承合金轴承合金 8.09.0 12.5 青铜青铜 7.58.0 淬火钢淬火钢 1215 MPam/s MPa轴环端面、凸缘轴环端面、凸缘 轴承轴承 P287表12-5考虑承载的不均匀性，考虑承载的不均匀性， 多环止推轴承多环止推轴承 p p 、 pvpv 应降低应降低50%50%3) 3) 验

28、算摩擦热验算摩擦热 pvpv2100060)(21ddnva2130000 ()nFpvpvz ddF FF FF FF F先分析平行板的情况。先分析平行板的情况。板板B B静止，板静止，板A A以速度以速度v v向左运动，板间充满润向左运动，板间充满润滑油，无载荷时，滑油，无载荷时， 液液体各层的速度呈三角形体各层的速度呈三角形分布，进油量与出油量分布，进油量与出油量相等，板相等，板A A不会下沉。不会下沉。但若板但若板A A有载荷时，油有载荷时，油向两边挤出，板向两边挤出，板A A逐渐逐渐下沉，直到与下沉，直到与B B板接触。板接触。 v v 一、动压润滑的形成原理和条件一、动压润滑的形成

29、原理和条件 两平形板之间不能形成压力油膜！两平形板之间不能形成压力油膜！ 12-712-7液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算A AA AB BB B潘存云教授研制F F 如两板不平行。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产

30、生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。 v v v vv vh h1 1a aa ah h2 2c cc cv vv vh h0 0b bb bF F一、动压润滑的形成原理和条件一、动压润滑的形成原理和条件 动压油膜动压油膜因运动而产生的压力油膜。12-712-7液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：1.1.两工件之间的间隙必须有两工件之间的间隙必须有楔形间隙楔形间隙；2.2.两工件表面之间必须两工件表面之间必须连续充满润滑油连续充满润滑油或其它液体；

31、或其它液体；3.3.两工件表面必须两工件表面必须有相对滑动速度有相对滑动速度。其。其运动方向运动方向必须必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。 v v v vv vh h1 1a aa ah h2 2c cc ch h0 0b bb bF F潘存云教授研制二、流体动力润滑基本方程的建立二、流体动力润滑基本方程的建立 为了得到简化形式的流体为了得到简化形式的流体动力平衡方程（动力平衡方程（NavierNavierStokesStokes方程），作如下假设：方程），作如下假设：2 2、流体的流动是层流流体的流动是层流 3 3、忽略压力对流体粘度的影响忽略压

32、力对流体粘度的影响 4 4、略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为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于单元体上 5 5、流体是不可压缩的流体是不可压缩的 6 6、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 1 1、流体满足牛顿定律，流体满足牛顿定律，= =du ud y yB实际上粘度随压力的增高而增加；实际上粘度随压力的增高而增加； 即层与层之间没物即层与层之间没物质和能量的交换；质和能量的交换； v vA Ax xz zy y取微单元进行受力分析取微单元进

33、行受力分析: : +dp+dpppdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得整理后得又有又有= =d dx xd dp pd d2 2u u d dy y2 2得得任意一点的油膜压力任意一点的油膜压力p p沿沿x x方向的变化率，与该点方向的变化率，与该点y y向的速度梯度的导数有关。向的速度梯度的导数有关。对对y y积分得积分得u= y2+C1y+C2 21dxdp边界条件边界条件当当y=0时时，u=- -vC2 = - -v当当y y= =h h时，时，u u=0=0C1= h h + +21dxdphv代入得代入得 u= (y2-

34、- hy) +21dxdpv vhy- -hB BAxzyvh h相应于单元体相应于单元体处的油膜厚度处的油膜厚度v vv vF Fa aa ac cc cx xz zy y2dd121d30hvhxpyuqhx任意截面内的流量任意截面内的流量依据流体的连续性原理，通过不依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的同截面的流量是相等的021vhqxb bb b截面内的流量截面内的流量该处速度呈三角形分布，间隙厚度为该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h h0 0负号表示流速的方向与负号表示流速的方向与x x方向相反，方向相反，因流经两个截面的流量相等，故有：因流经两个截面的流量相等，故有：=6

35、=6v vd dx xd dp ph h0 0-h-hh h3 3得：得：一维雷诺方程一维雷诺方程由上式可得压力分布曲线由上式可得压力分布曲线p=f(x)p=f(x)在在b bb b处处h h= =h h0 0， p=pp=pmaxmax速度梯度速度梯度d du u/d/dy y呈线性分布，其余呈线性分布，其余位置呈非线性分布位置呈非线性分布流量相等，阴影面积相等流量相等，阴影面积相等。液体动压润滑的基本方程液体动压润滑的基本方程它描述了油膜压力它描述了油膜压力p p的变化与的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度h h之间的关系。之间的关系。p pmaxmax

36、x xp ph h0 0b bb b潘存云教授研制F Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0径向滑动轴承动压油膜的形成过程：径向滑动轴承动压油膜的形成过程：静止静止 爬升爬升摩擦力摩擦力将轴抬起将轴抬起转速继续升高转速继续升高质心左移质心左移 稳定运转稳定运转 达到工作转速达到工作转速e e 偏心距偏心距eah lim 轴承的孔径轴承的孔径D D和轴颈的直径和轴颈的直径d d名义尺寸相等；直径间名义尺寸相等；直径间隙隙是公差形成的是公差形成的 轴颈上作用的液体压力与轴颈上作用的液体压力与F F相平衡，在与相平衡，在与F F垂直的方垂直的方 向，合力为零向，合力为零轴颈最终的平衡位置可用

37、轴颈最终的平衡位置可用a a和偏心距和偏心距e e来表示来表示 轴承工作能力取决于轴承工作能力取决于h hlimlim，它与，它与、和和F F等有等有关，应保证关，应保证 h hlimlimh h 三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数定义定义 e/e/ 为偏心率为偏心率 直径间隙直径间隙 D D d d 半径间隙半径间隙R Rr r/ / 2 2相对间隙相对间隙/r/r/d/d hlim稳定工作位置如图所示稳定工作位置如图所示 ，连心线与外载荷的方向形成一偏位角，连心线与外载荷的方向形成一偏位角 eah0设轴孔半径为设轴孔半径为 R R, , r r 直

38、径为直径为 D D， d d，偏心距偏心距e e 偏位角偏位角a ahDd最小油膜厚度最小油膜厚度 h hminmin= =e e rr(1-(1-) ) 定义连心线定义连心线OOOO1 1为极坐标的极轴为极坐标的极轴 在三角形在三角形 中有中有R R2 2 e e2 2+ +（r+h)r+h)2 22e(r+h)2e(r+h)coscos 22sin1cosReRehr解得：略去二次微量略去二次微量 ，并取根号为正号，得，并取根号为正号，得22sinRe)cos1 ()cos1 (rh任意位置油膜厚度任意位置油膜厚度 将将d dx x= =r rd d, , v v= =rr，h h0 0,

39、 , h h 代入上式得代入上式得压力最大处的油膜厚度压力最大处的油膜厚度 )cos1 (00h0 0为压力最大处的极角。为压力最大处的极角。 =6=6v vd dx xd dp ph h0 0-h-hh h3 3将一维雷诺方程将一维雷诺方程 改写成极坐标的形式改写成极坐标的形式 3002)cos1 ()cos(cos6ddp积分得积分得 1d)cos1 ()cos(cos63002p积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力 )cos()(180cosaayppp在外载荷方向的分量在外载荷方向的分量 d)cos(da2121rprppyyd)cos(d)cos1 (

40、)cos(cos6a3002211r 理论上只要将理论上只要将p py y乘以轴承宽度就可得到油膜总承乘以轴承宽度就可得到油膜总承载能力，但在实际轴承中，由于油可能从轴承两端泄载能力，但在实际轴承中，由于油可能从轴承两端泄漏出来，考虑这一影响时，压力沿轴向呈抛物线分布。漏出来，考虑这一影响时，压力沿轴向呈抛物线分布。油膜压力沿轴向的分布油膜压力沿轴向的分布理论分布曲线理论分布曲线水平直线，各处压力一样；水平直线，各处压力一样；实际分布曲线实际分布曲线抛物线抛物线且曲线形状与轴承的宽径比且曲线形状与轴承的宽径比B B/ /d d有关。有关。FdD B B B B FdDB/d=1/4FdDB/d

41、=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1潘存云教授研制FdDB/d= 2yy21BzCpp油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为 p py y为无限宽度轴承沿轴向为无限宽度轴承沿轴向单位宽度上的油膜压力；单位宽度上的油膜压力；C C为取决于宽径比和偏心为取决于宽径比和偏心率的系数率的系数; ; 对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为 p22/2/ydd1CBzpFBB式中式中C Cp p为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。d dD DF Fy yz z B B 或或vBFBF

42、C2d22P解释这些参数的含义解释这些参数的含义 表表12-7有限宽度滑动轴承的承载量系数有限宽度滑动轴承的承载量系数Cp0.3 0.4 0.5 0.6 0.65 0.7 0.75 0.80 0.85 0.90 0.925 0.95 0.975 0.99 0.3 0.052 0.0826 0.128 0.203 0.259 0.347 0.475 0.699 1.122 2.074 3.352 5.73 15.15 50.52 0.4 0.0893 0.141 0.216 0.339 0.431 0. 573 0.776 1.079 1.775 3.195 5.055 8.393 21.00

43、65.26 0.5 0.133 0.209 0.317 0.493 0.622 0. 819 1.098 1.572 2.428 4.261 6.615 10.706 25.62 75.86 0.6 0.182 0.283 0.427 0.655 0.819 1. 070 1.418 2.001 3.036 5.214 7.956 12.64 29.17 83.21 0.6 0.234 0.361 0.538 0.816 1.014 1.312 1.720 2.399 3.580 6.029 9.072 14.14 31.88 88.90 0.7 0.287 0.439 0.647 0.972

44、 1.199 1.538 1.95 2.754 4.053 6.721 9.992 15.37 33.99 92.89 0.8 0.339 0.515 0.754 1.118 1.371 1.745 2.248 3.067 4.459 7.294 10.753 16.37 35.66 96.35 0.9 0.391 0.589 0.853 1.253 1.528 1.929 2.469 3.372 4.808 7.772 11.38 17.18 37.00 98.95 1.0 0.440 0.658 0.947 1.377 1.669 2.097 2.664 3.580 5.106 8.186

45、 11.91 17.86 38.12 101.15 1.1 0.487 0.723 1.033 1.489 1.796 2.247 2.838 3.787 5.364 8.533 12.35 18.43 39.04 102.90 1.2 0. 529 0.784 1.111 1.590 1.912 2.379 2.990 3.968 5.586 8.831 12.73 18.91 39.81 104.42 1.3 0. 610 0.891 1.248 1.763 2.099 2.600 3.242 4.266 5.947 9.304 13.34 19.68 41.07 106.84 1.4 0

46、. 763 1.001 1.483 2.070 2.446 2.981 3.671 4.778 6.54 10.091 14.34 20.97 43.11 110.79 承载量系数承载量系数Cp相对偏心率相对偏心率B/d四、最小油膜厚度四、最小油膜厚度 动力润滑轴承的设计应保证动力润滑轴承的设计应保证 h hminminh h 其中其中 h h=S S( (R Rz1z1+ +R Rz2z2) )S S 安全系数，常取安全系数，常取S S22。一般轴承可取为一般轴承可取为3.2m3.2m和和6.3m6.3m，或，或1.6 m1.6 m和和3.2m3.2m。重要轴承可取为重要轴承可取为0.8m0

47、.8m和和1.6m1.6m，或，或0.2m0.2m和和0.4m0.4m。R Rz1z1、R Rz2z2 轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度R Ra a加工加工方法方法表面粗糙表面粗糙度代号度代号研磨、抛光、研磨、抛光、超精加工等超精加工等Ra / m 10 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05钻石刀镗钻石刀镗头、镗磨头、镗磨铰、精磨，铰、精磨，刮刮(每平方厘每平方厘米米35个点个点

48、)精车或精镗，精车或精镗，中等磨光，中等磨光，刮刮(每平方厘每平方厘米米1.5个点个点)3.21.60.80.40.20.10.050.0250.012五、轴承的热平衡计算五、轴承的热平衡计算 热平衡方程：产生的热量热平衡方程：产生的热量= =散失的热量散失的热量 Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2 其中，摩擦热其中，摩擦热 Q=fvQ=fv W W 式中式中 q q 润滑油流量润滑油流量m m3 3/s/s； 滑油密度滑油密度kg/mkg/m3 3；c c 润滑油的比热容，润滑油的比热容，J/(kgJ/(kg ) )；t ti i 油出口温度油出口温度 ；t to o 油入口温度油入口温度 ；3 3 表面传热系数表面传热系数 W/(mW/(m2 2 ) )。滑油带走的热滑油带走的热Q Q1 1 = q = qc(tc(to o-t-ti i) W) W轴承散发的热轴承散发的热 Q Q2 2 = =3 3dB (tdB (to o-t-ti i) W) W温升公式温升公式 vvBdqcpfttt310vBdq其中其中 润滑油流量系数润滑油流量系数 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.240.