机械设计 (10)

1、第11章 滑动轴承 11.1 概述 11.2 滑动轴承的结构形式及材料 11.3 非液体润滑滑动轴承的设计 11.4 液体润滑滑动轴承的工作原理及设计 11.5 滑动轴承的润滑 11.6 其它滑动轴承简介 11.1 概述 轴承是支承转轴的零件，按摩擦性质可分为滑动轴承和滚动轴承两大类 由于滑动轴承不是标准件，设计，维护都比较复杂，在很多场合已经被滚动轴承所取代，但滑动轴承工作平稳，噪声低，吸振性好，它在高速、重载场合得到了广泛的应用。 为了减少摩擦（frication),减轻磨损（wear),通常在两个表面之间添加入滑剂（lubricants)。不同的润滑条件，形成不同的摩擦状态（也称为润滑状

2、态）。摩擦状态通常可分为干摩擦，流体摩擦和非流体摩擦3大类。 11.1.1 干摩擦 概念：两摩擦表面之间无任何润滑剂时，两物体表面的凸峰直接接触，这种摩擦状态称为干摩擦 虽然金属间干摩擦系数很大，但在工程实践中并不存在真正的干摩擦，因为暴露在大气中的任何零件的表面，不仅会因氧化而形成氧化膜，而且或多或少地会受到润滑剂的“污染”，此时的摩擦系数会显著减小，对钢-钢表面，摩擦系数约为0.15-0.02。 介绍金属表面层的结构 11.1.2 流体摩擦 概念：两摩擦表面会被一层很薄的但压力很高的流体膜隔开，两物体表面的凸峰不直接接触，这种摩擦状态称为流体摩擦。 特点：流体摩擦是在流体内部的分子之间进行

3、，故摩擦系数很小，对于机器来说，流体摩擦也称为流体润滑，在这种状态下工作的滑动轴承称为流体润滑滑动轴承，由于以液体的承载能力比气体的承载能力大很多，液体润滑的滑动轴承载工程上得到了广泛的应用。 11.1.3 非流体摩擦 1. 边界摩擦 概念：两摩擦表面上个附有一层保护膜，虽然此时两物体仍然是凸峰接触，但两物体的接触表面被一层保护膜隔开，这种摩擦状态称为边界摩擦。 保护膜称为边界膜。 边界膜可以分为： （1）吸附膜（物理吸附膜，化学吸附膜） （2）化学反应膜 2. 混合摩擦 两摩擦表面同时在干摩擦、边界摩擦、流体摩擦的状态称为混合摩擦。这时摩擦磨损的行为主要取决于边界摩擦状态，而载荷则有相当部分

4、由弹性流体动力润滑承担。 11.2 滑动轴承的结构形式及材料 11.2.1 向心滑动轴承 滑动轴承和滚动轴承一样，也可以根据受力情况分为 向心轴承（径向轴承），推力轴承以及向心推力轴承。 1.整体式滑动轴承 2.剖分式滑动轴承 3.调心式滑动轴承图为位于法国 CHOOZ 的世界上第一大核电厂的 HP/IP 汽机 (1560 MW) 比利时一汽机改造项目的优化流动低压转子 美国加州改造后的核电站 瑞典一核电站改造安装 11.2.2 推力滑动轴承 1.端面推力轴承 2.轴环推力轴承 0.00.20.40.60.81.00.00.51.00.00.20.40.60.81.0油膜压力 p 瓦长 瓦弧

5、图 3.21 轴承 2#瓦瞬态压力分布 4.844.935.035.125.125.215.215.305.305.395.395.485.575.665.755.85图 5.6 1 号瓦对称面温度场 00.0250.0500.20.40.60.8100.250.50.751图 5. 12 瞬态瓦面变形三维曲面 瓦弧 瓦长 z 0.00110.00230.00340.00460.00460.00570.00570.00690.00690.00800.00800.00920.00920.01030.0114图 4.13 瓦面稳态热弹性变形分布 进油边 12.712.713.012.413.312

6、.111.811.513.611.210.913.910.614.210.312.40.60.70.80.91.01.11.21.31.4 瓦长 r 厚度 图 4.23 推力轴承径向油膜瓦块推力盘耦合温度场 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0-0.30.00.20.50.81.01.3 压力/P/Mpa 图2.19推力轴承油膜压力分布 X Y 进油边 目前，国内制造的很多转动设备由于推力瓦 温度过高，经常给生产者和管理者带来一系列的问题，直接影响生产效率。由于瓦温高，部分发电机组不能满负荷发电，发电厂由此产生的直接损失上百万元，影响生产设备的安全性。每年由于推力瓦烧瓦而停止生产，更换推力

7、瓦的情况十分常见。设备停机，给企业带来的损失也是巨大的。 由美国设计和生产的推力轴承，已经大范围地应用由美国设计和生产的推力轴承，已经大范围地应用在世界各地。二十年前就已进入中国市场，目前已经有在世界各地。二十年前就已进入中国市场，目前已经有几百个用户。几百个用户。 主要用户群体：主要用户群体：石油化工、天然气、储运、发电、舰船、冶金水泥等 主要设备：主要设备：大型风机、泵、蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机、发电机、其它转动设备 技术特点：技术特点： 多油路润滑，冷却设计 主设备标准工况下，瓦温在摄氏60C 精确的铸造加工工艺 承受的推力大 多种型号的推力轴承可供选择 为全球主设备供应商提供产品。主

8、要用户：ABB,GE,Siemens,Alstom,日本制造商，上海汽轮机厂，东方汽轮机厂，哈尔滨汽轮机厂，沈阳鼓风机厂，等等 11.2.3 轴瓦结构 整体式 剖分式 11.2.4 轴承材料 对轴承材料的要求： 足够的强度和塑性 良好的减磨性和耐磨性 良好的顺应性和潜藏性 良好的跑合性 良好的工艺性、导热性和耐腐蚀性 一般情况下，单一材料很难同时满足要求，设计时可以选择满足主要要求的材料，或者用多种或多层材料。 1. 金属材料 (1) 轴承合金 (2) 铜合金 (3) 铸铁 2. 粉末冶金材料 3. 非金属材料 11.3 非液体润滑滑动轴承的设计 设计准则的建立取决于轴承的失效形式，滑动轴承的

9、失效形式往往是几种失效形式并存，相互影响，很难截然把它们分开，其中磨料磨损和粘着磨损是主要的失效形式。 11.3.1 向心滑动 轴承设计 1.验算平均压强 2.验算PV值/pDLWp100060pv19100lnWdnDLWpv 3.验算滑动轴承速度v 当要求p较小时，虽然p和pv满足要求，但也可能因为润滑速度v太大而加速磨损，因而要求vv 11.3.2 推力滑动轴承设计 1. 验算平均压力 2. 验算pvm值/pAWppvpvm 11.4 液体润滑滑动轴承的工作原理及设计 11.4.1 概述 分类：流体摩擦滑动轴承中应用最广的液体润滑滑动轴承，它分为液体动压轴承和液体静压轴承。 工作原理：液

10、体动压滑动轴承的工作原理，在运动的过程中在相对运动的两个表面形成一层很薄压力很高的油膜，将两个运动的零件表面分开，避免了零件的直接接触和磨损。 由于油膜的压力是在运动过程中产生的，且润滑油是流体，故称为流体动压润滑，相应的轴承称为流体动压滑动轴承。历史沿革：1）B.Tower的著名实验流体动压润滑是美国人B.Tower 1883年在研究铁路车辆的轴承润滑时偶然发现的，他在实验时，发现轴承摩擦阻力很小，摩擦面件的润滑油有压力，将紧堵在轴瓦上方注油孔中的木塞冲出，于是他全面测量了轴瓦上各点的压力，得到如图11.15所示的压力分布。但未能从理论上对液体压力的产生作出解释； 2）雷诺方程（Reynol

11、ds equation）建立 雷诺应用流体动力学理论对轴承间隙中的流体流动进行了分析，并与1886年到处了楔形间隙中油膜压力微分方程，即著名的Reynolds方程，从而奠定了流体动力润滑的理论基础。 3）润滑理论及轴承技术的发展和成熟 1）Reynolds 方程的研究（求解及边界条件） 2）发热问题的研究 3）变形问题的研究 4）流态问题的研究 5）流变问题的研究 6）粗造度影响的研究 7）静，动态性能的研究 8）瞬态问题的研究 9）与转子动力学的耦合研究（稳定性问题） 10）新型轴承的研究和开发 11.4.2 产生动压润滑的必要条件 产生动压润滑的必要条件 1）两运动表面沿相对运动方向有收敛

12、间隙（油楔）； 2）具有一定粘性的润滑油； 3）两个表面有一定相对运动速度。 11.4.3 滑动轴承的主要形式及参数 11.4.4 滑动轴承的工作状态简述 11.4.5 液体动压滑动轴承的承载原理液体动压模型：yxp 2.基本假设 1）油为newton流体，2）表面没有相对滑动速度 3）油膜厚度很小，压力p不随厚度变化，4）不计惯性体力的影响。5）润滑油为层流 3.润滑油的流动速度xpyu122zpyw122Uhyhyyxpu)1 ()(21)(21hyyzpw 4. 润滑油的体积流量 5.Reynolds 方程xphvhudyqhx12230 xphwdyqhz1230 xhvzphzxphx6121233 无限短轴承的理论解 无限长轴承的理论解 （三） 有限长滑动轴承的性能计算 （四）常用动压滑动轴承的设计 1.轴承类型的选择 2.主要参数的选择 1.长径比 2.最小间隙比 3.预负荷系数mb 4.许用最小油膜