ch12滑动轴承xyn

1、学习内容与要求：学习内容与要求：了解滑动轴承的基本结构、摩擦状态；了解滑动轴承的基本结构、摩擦状态；掌握掌握不完全液体摩擦径向滑动轴承不完全液体摩擦径向滑动轴承设计计算；设计计算；掌握掌握滑动轴承的滑动轴承的流体动力润滑原理流体动力润滑原理；熟练掌握熟练掌握径向滑动轴承流体动力润滑条件下的径向滑动轴承流体动力润滑条件下的承载原理与几何关系承载原理与几何关系；了解其它形式的滑动轴承。了解其它形式的滑动轴承。12-1 12-1 滑动轴承概述滑动轴承概述12-2 12-2 滑动轴承的典型结构滑动轴承的典型结构12-3 12-3 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12-4 12-

2、4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构12-5 12-5 滑动轴承润滑剂的选择滑动轴承润滑剂的选择12-6 12-6 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12-7 12-7 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12-8 12-8 其它形式滑动轴承简介其它形式滑动轴承简介滑动轴承概述滑动轴承概述1 112-1 滑动轴承概述轴承的作用：轴承的作用：支承轴支承轴 轴工作时可旋转，也可静止。轴工作时可旋转，也可静止。1 1能能承担一定的载荷承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。，具有一定的强度和刚度。2 2具有具有小的摩擦力矩小的摩擦力矩，使回

3、转件转动灵活。，使回转件转动灵活。3 3具有一定的具有一定的支承精度支承精度，保证被支承零件的回转精度。，保证被支承零件的回转精度。摩擦性质摩擦性质一、轴承应满足如下基本要求：一、轴承应满足如下基本要求：二、轴承的分类二、轴承的分类滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承承受载荷的方向承受载荷的方向 向心轴承、推力轴承、向心推力轴承向心轴承、推力轴承、向心推力轴承 润滑状态润滑状态 不完全液体不完全液体润滑滑动轴承润滑滑动轴承 完全液体完全液体润滑滑动轴承润滑滑动轴承四、滑动轴承设计内容四、滑动轴承设计内容三、滑动轴承的特点三、滑动轴承的特点工作转速很高工作转速很高，如汽轮发电机，如汽轮发电机1000

4、r/min1000r/min。要求对轴的要求对轴的支承位置特别精确支承位置特别精确，如精密磨床。，如精密磨床。承受承受巨大的冲击与振动载荷巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。，如轧钢机。特重型特重型的载荷，如水轮发电机。的载荷，如水轮发电机。剖分式剖分式的轴承，如曲轴轴承。的轴承，如曲轴轴承。在在特殊条件下工作特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。的轴承，如军舰推进器的轴承。径向尺寸受限制径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。时，如多辊轧钢机。 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；参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴承

5、工作能力及热平衡计算。润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。12-2 12-2 滑动轴承的典型结构滑动轴承的典型结构一、一、径向径向滑动轴承的结构滑动轴承的结构整体式整体式径向滑动轴承径向滑动轴承特点：结构简单，成本低廉特点：结构简单，成本低廉应用：应用：低速、轻载或间歇性工作低速、轻载或间歇性工作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磨损造成的磨损造成的间隙无法调整间隙无法调整只能从沿只能从沿轴向装入或拆出轴向装入或拆出对开式对开式径向滑动轴承径向滑动轴承 特点：特点：结构复杂结构复杂可以调整磨损而造成的间隙可以调整磨损而造成的间隙安装方便安装方便应用最为广泛应用最

6、为广泛对开式轴承(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(剖分轴套) 三、止推滑动轴承三、止推滑动轴承FaFaFaFa止推滑动轴承：轴承座和止推轴颈止推滑动轴承：轴承座和止推轴颈 空心式：轴颈接触面空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀上压力分布较均匀 单环式：利用轴颈的环形端面止推，单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。广泛用于低速、轻载的场合。 多环式：承受多环式：承受较大的轴向载荷较大的轴向载荷和承受和承受双向轴向载荷双向轴向载荷。由。由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式于各环间载荷分布不均，

7、其单位面积的承载能力比单环式低低50%50%。 空心式空心式单环式单环式多环式多环式一、失效形式一、失效形式12-3 滑动轴承的失效形式 及常用材料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滑动轴承还可能出现滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损磨损等失效形式。等失效形式。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载超载比率比率38.338.311.111.115.915.98.18.16.06.0故障原因故障原因腐蚀腐蚀制造精度低制造精度低气蚀气蚀其它其它比率比率5.65.65.55.52.

8、82.86.76.7二、材料二、材料直接直接参与摩擦参与摩擦部分的材料，如部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料轴瓦和轴承衬的材料 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。 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。 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：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。始配合不良的能力。 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：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表

9、面发生刮伤或磨粒磨损的性能。刮伤或磨粒磨损的性能。足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性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，形成相互吻合的：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）。表面形状和粗糙度的能力（或性质）。轴承衬，重载中高速场合，价格高轴承衬，重载中高速场合，价格高锡青铜应用最广，重载中速锡青铜应用最广，重载中速单材料、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

10、多材料、对开式薄壁轧制轴瓦多材料、对开式薄壁轧制轴瓦12-412-4 滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构构造构造整体式整体式对开式对开式加工加工铸造铸造轧制轧制尺寸尺寸厚壁厚壁薄壁薄壁材料材料单材料单材料多材料多材料需从轴端安装和拆卸，可修复性差。需从轴端安装和拆卸，可修复性差。 可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。 节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高精度要求高 。 具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要

11、求。工精度要求。 强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。灰铸铁。轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。厚壁轴瓦。只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。 二、轴瓦的定位二、轴瓦的定位 目的：防止轴瓦相对于轴承座产生目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动轴向和周向的相对移动。对于对于轴向定位轴向定位有：有：对于对于周向定位周向定位有：有：凸缘凸缘轴瓦一端或两端做凸缘轴瓦一端或两

12、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钉销钉（也可做轴向定位）（也可做轴向定位） 三、轴瓦的油孔及油槽三、轴瓦的油孔及油槽 目的：把目的：把润滑油导入润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面轴颈和轴承所构成的运动副表面 原则：开在原则：开在非承载区非承载区，不要降低不要降低承载区油膜的承载区油膜的承载能力承载能力； 轴向不能开通至轴承端部，应轴向不能开通至轴承端部，应留有油封面留有油封面。 形式：按形式：按油槽走向油槽走向分分轴向、周向、斜向、螺旋线轴向、周向、斜向、螺旋线按按油槽数

13、量油槽数量分分单油槽、多油槽等单油槽、多油槽等单轴向油槽开在非承载区单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）（在最大油膜厚度处）F双轴向油槽开在非承载区双轴向油槽开在非承载区（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） 12-512-5 滑动轴承润滑剂的选择滑动轴承润滑剂的选择一、润滑脂及其选择一、润滑脂及其选择 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 适用场合：要求不高适用场合：要求不高 难以经常供油难以经常供油 低速重载低速重载 作摆动运动作摆动运动 选择原则：选择原则：当当压力

14、高和滑动速度低压力高和滑动速度低时，选择时，选择针入度小针入度小一些的品种；一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。反之，选择针入度大一些的品种。所用润滑脂的所用润滑脂的滴点滴点，比轴承的工作温度高约比轴承的工作温度高约20203030，以免工作时润滑脂过多地流失。以免工作时润滑脂过多地流失。在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。 压强压强 轴径圆周速度轴径圆周速度 温度温度二、润滑油及其选择二、润滑油及其选择 特点特点: :良好的

15、流动性良好的流动性 可形成动压静压或边界膜可形成动压静压或边界膜 适用场合：不完全适用场合：不完全oror完全液体润滑滑动轴承完全液体润滑滑动轴承 选择原则：主要考虑润滑油的粘度选择原则：主要考虑润滑油的粘度转速高、压力小时，油的粘度应低；反之则高转速高、压力小时，油的粘度应低；反之则高三、固体润滑剂及其选择三、固体润滑剂及其选择 特点：可在滑动表面形成固体膜。特点：可在滑动表面形成固体膜。 适用场合：有特殊要求的场合适用场合：有特殊要求的场合 环境清洁环境清洁 真空真空 高温高温 常用类型：二硫化钼，碳常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。石墨，聚四氟乙烯等。 使用方法：涂敷、粘结或烧结

16、在轴瓦表面；使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面； 制成复合材料，依靠材料自身的润滑制成复合材料，依靠材料自身的润滑 性能形成润滑膜。性能形成润滑膜。12-6 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：边界润滑工作状态：边界润滑 混合摩擦润滑混合摩擦润滑 失效形式：边界油膜破裂失效形式：边界油膜破裂 设计准则：保证边界膜不破裂设计准则：保证边界膜不破裂 条件性计算条件性计算 校核内容：校核内容： p p p p ，以保证压强要求。，以保证压强要求。pvpvpvpv ，fpvfpv是摩擦力，间接限制温升是摩擦力，间接限制温升v vv v ，p p、p

17、vpv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，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，局部的受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p p或或pvpv可能可能不足，故应校核滑动速度不足，故应校核滑动速度v v 。 二、径向滑动轴承的设计计算二、径向滑动轴承的设计计算 径向载荷径向载荷F F (N)(N) 轴颈转速轴颈转速n n(r/min)(r/min) 轴颈直径轴颈直径d d (mm) (mm) 验算及设计验算及设计 ：验算验算平均压力平均压力p p (MPa)(MPa) FppdBB B轴承宽度，轴承宽度，mmmm（根据宽径比（根据宽径比B/dB/d确定）确定）

18、p p 轴瓦材料的许用压力，轴瓦材料的许用压力，MPaMPa。验算验算摩擦热摩擦热60 100019100FdnFnpvpvBdBv 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，MPaMPam/sm/s验算验算滑动速度滑动速度v v (m/s)(m/s) vv v v 材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度选择配合选择配合 一般可选一般可选H9/d9H9/d9或或H8/f7H8/f7、H7/f6H7/f6三、止推滑动轴承的计算1、验算平均压力、验算平均压力p p=Fa/Ap2、验算、验算pv值值 pvpv v是环形支承面 平均直径处的圆周速

19、度。注意：pv已经很低，不需较核v。Fad2dd1摩 擦 P46-49二、摩擦的分类二、摩擦的分类静静 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q “机械说机械说”: :表面微凸体的相互阻碍作用表面微凸体的相互阻碍作用q “分子说分子说”: :表面材料分子间的吸力作用表面材料分子间的吸力作用一、摩擦的机理一、摩擦的机理q “机械分子说机械分子说

20、”: :两种作用均有两种作用均有三、三、 种滑动摩擦状态种滑动摩擦状态 干磨擦边界磨擦液体磨擦混合磨擦不完全液体摩擦不完全液体摩擦流体动力润滑流体动力润滑：两个作相对运动物体相对运动物体的摩擦表面，借助于相对相对速度速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产流体膜产生的压力生的压力来平衡外载荷。P58 流体动力润滑 A A、B B两板平行，板两板平行，板B B静止，板静止，板A A以速度以速度v v平动平动润滑油的粘性润滑油的粘性油与板间的吸附作用油与板间的吸附作用u油=vu油=0按直线规按直线规律分布律分布FFF设计：潘存云F注意：此时无承载能力注意：此时无承载能力楔效应承载机理

21、vvFF动画静止板倾斜时楔形收敛间隙形成进口大，进油量大进口大，进油量大出口小，出油量小出口小，出油量小油内部出现压力油内部出现压力进口速度降低进口速度降低速度曲线内凹速度曲线内凹出口速度升高出口速度升高速度曲线外凸速度曲线外凸Fvyu220uy220uy220uy油膜具有承载能力 v vvh1aah2ccvvh0bbF动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。因运动而产生的压力油膜。流体动力润滑形成的必要条件：流体动力润滑形成的必要条件：q 楔形空间楔形空间q 相对运动（保证流体由大口进入）相对运动（保证流体由大口进入）q 连续不断地供油连续不断地供油流体动力润滑的流体动力润滑的楔效应楔效应

22、： 具有一定具有一定粘性粘性的流体流入的流体流入楔形收敛间隙楔形收敛间隙而而产生压力产生压力的效应的效应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2 2从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的部分作为单元从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的部分作为单元体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程：体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程：)(603hhhvxp12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算上式中：上式中：润滑油的粘度润滑油的粘度v v 滑动速度滑动速度h h 油膜厚度油膜厚度h h0 0 压力最大处的油膜厚度压力最大处的油膜厚

23、度)(603hhhvxp二、二、径向滑动轴承形成流体动力润滑径向滑动轴承形成流体动力润滑 轴承轴承孔径孔径D D和和轴径轴径d d名义尺寸相等；直径间隙名义尺寸相等；直径间隙 由公差形成由公差形成 轴颈上作用的轴颈上作用的液体压力与液体压力与F F平衡平衡 轴颈最终的平衡位置可用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 轴承轴承工作能力取决于工作能力取决于h hlimlim演示演示Ddn=0FFn0F形成油膜形成油膜hlim ae向心轴承动压油膜的形成过程：向心轴承动压油膜的形成过程：F Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0静止静止 爬升爬升将轴起抬将轴起抬转

24、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 -偏心距偏心距设计：潘存云e三、三、几何关系几何关系 rpmaxFhminRA02eho1oh0ahmax210 122()2cosRerhe rh1cos1coshr001cosh最小油膜厚度：最小油膜厚度： hmin= e r(1-) 直径间隙直径间隙 =D-d=D-d半径间隙半径间隙 =（D-d）/2 = R-r相对间隙相对间隙 =/d = /r=/d = /r偏心距偏心距e e 稳定运转时，轴径中心稳定运转时，轴径中心O O与轴承中与轴承中心心O1O1的距离的距离偏心率偏心率 =e/C Cp p- -

25、 承载量系数承载量系数 1 1、承载能力计算、承载能力计算四、工作能力计算四、工作能力计算2 2、最小油膜厚度最小油膜厚度 h hminmin3 3、热平衡计算热平衡计算结构参数和润滑油参数已定后的工作，校核与验算2PdBFCC Cp p- - 承载量系数承载量系数，与宽径比与宽径比B/dB/d和偏心率和偏心率有关有关, ,查表查表12-612-6F-F-外载荷，外载荷，N N；- 油在平均温度下的粘度，油在平均温度下的粘度，N Ns/ms/m2 2。 B-B-轴承宽度，轴承宽度，m m； v- v- 圆周速度，圆周速度，m/sm/s。 分析思路：分析思路：1)1)根据已知条件计算求得根据已知

26、条件计算求得 C Cp p。2)2)根据根据C Cp p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)3) 计算最小油膜厚度计算最小油膜厚度h hminmin= = rr(1-(1-) )。 1 1、承载能力计算、承载能力计算22PFCvB-相对间隙，相对间隙，=/d = /r=/d = /r2 2、最小油膜厚度、最小油膜厚度 h hminmin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，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取变形等，常取S S22。一般轴承一般轴承可取为可取为3.23.2m m和和6.36.3m m，1.61.6m m和和3.23.2m m。重要轴承重要轴承可取为可取为0.80.8m m和和1.61.6m m，或，或0.20.2m m和和0.40.4m m。R Rz1z1、R Rz2z2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。（参见表（参见表7-67-6） 计算轴承与轴颈的摩擦系数计算轴承与轴颈的摩擦系数( ( f f ) )。 计算