第17章滑动轴承

1、分分类类17-1滑动轴承概述滑动轴承概述 一、摩擦分类：一、摩擦分类： 润滑分类润滑分类: 二、二、结构分类：结构分类：按润滑材料分：按润滑材料分：1）、）、2）、）、3）、）、4）、）、5） 按受载按受载方向分方向分按润滑状态分按润滑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chap17滑动轴承滑动轴承）边界润滑）流体静压润滑）流体动压润滑）流体润滑4321三、特点三、特点四、四、滑动轴承设计解决的问题：滑动轴承设计解决的问题： ）剖分式）低转速压轴承）精度高（主要针对静）承载大4321）计算轴承的工作

2、能力式）选择润滑剂和润滑方）决定轴承的结构参数料）决定轴瓦、轴衬的材式）先决定轴承的结构形54321一、整体式向心滑动轴一、整体式向心滑动轴承承 组成：组成：轴承座、轴套或轴瓦等。轴承座、轴套或轴瓦等。 油孔、油杯油孔、油杯 17-2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优点：优点： (1)(1) 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。缺点：缺点： (2)(2) 因磨损而造成的间隙无因磨损而造成的间隙无 法调整。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( (端部拆装）端部拆装

3、）。轴承座轴承座特点：特点：组成组成：轴承座、轴承盖、：轴承座、轴承盖、剖分轴瓦、轴承盖螺栓；剖分轴瓦、轴承盖螺栓； 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二、剖分式向心滑动轴承二、剖分式向心滑动轴承 特点特点： 1 1）剖分面做成阶梯面（定位）；）剖分面做成阶梯面（定位）；2 2）剖分面必须垂直于将来）剖分面必须垂直于将来的载荷；的载荷； 3 3）轴承盖压紧轴瓦，保证轴）轴承盖压紧轴瓦，保证轴 瓦不在轴承座中转动；瓦不在轴承座中转动；4 4）油孔的位置应开在非承载）油孔的位置应开在非承载 区区榫口榫口潘存云教授研制潘存云教授研

4、制作用：作用：用来承受轴向载荷用来承受轴向载荷 三、三、 推力滑动轴承：推力滑动轴承：结构形式：结构形式：潘存云教授研制21F1F2F21F21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式低各环间载荷分布不均，其单

5、位面积的承载能力比单环式低50%。 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制结构特点：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快。其数量在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为一般为612。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 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F 四、轴瓦：四、轴瓦： 轴承直接和轴颈相接触的零件。轴承直接和轴颈相接触的零件。 轴承

6、衬轴承衬：为了改善轴承的性质，常在其内表面浇注一层或：为了改善轴承的性质，常在其内表面浇注一层或 两层减磨材料两层减磨材料 油孔、油沟、油室：油孔、油沟、油室：轴瓦中必有；轴瓦中必有； 油孔用来供应润滑油，一般在顶上或两层之油孔用来供应润滑油，一般在顶上或两层之间；间； 油沟是用来输送和分布润滑油；油沟是用来输送和分布润滑油； 油室起着贮油和稳定作用；油室起着贮油和稳定作用； 油沟强调两点：油沟强调两点： 1）油沟的形状和位置影响油膜的形成，影响承载能）油沟的形状和位置影响油膜的形成，影响承载能力；力； 2）油沟应开在非承载区或剖分面上，宽度要小于轴瓦；）油沟应开在非承载区或剖分面上，宽度要小

7、于轴瓦； 五、结构参数宽度B，直径d，宽径比B/ d 自调心滑动轴承混合轴承）非液体摩擦润滑轴承（采用液体摩擦润滑轴承5 . 15 . 1115 . 017-3 17-3 滑动轴承的材料（轴瓦材料和轴承衬的材料）滑动轴承的材料（轴瓦材料和轴承衬的材料） 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

8、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。潘存云教授研制微动磨损微动磨损发生在名义上相对静止，实际上存在

9、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: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:潘存云教授研制疲劳点蚀疲劳点蚀 潘存云教授研制表面划伤表面划伤 潘存云教授研制轴瓦磨损轴瓦磨损二、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)足够的强度和可

10、塑性足够的强度和可塑性（2）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。(3) (3) 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。(4) (4) 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。(5) (5) 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。面初始配合不良的能力。(6) (6) 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。 (7) (

11、7) 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。的表面形状和粗糙度的能力。 （8）润滑性能和热力学性能润滑性能和热力学性能 此外还应有抗腐蚀能力、工艺性和经济性。此外还应有抗腐蚀能力、工艺性和经济性。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粉末冶金粉末冶金 （多孔质金属材料）（多孔质金属材料） 工程塑料工程塑料碳碳-石墨石墨橡胶橡胶硬木硬木2.2. 常用轴承材料常用轴承材料潘存云教授研制（1） 轴承合金（白合金、

12、巴氏合金）轴承合金（白合金、巴氏合金）是锡、铅、锑、铜等金属的合金，是锡、铅、锑、铜等金属的合金， 锡或铅为基体。锡或铅为基体。 优点：优点： f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐小，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，常用于高速、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。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：t120 由于巴式合金熔点低潘存云教授研制（2）铜合金）铜合金 优点：优点：青铜强度

13、高、承载能力大、耐磨性和导热性青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性 都优于轴承合金。工作温度高达都优于轴承合金。工作温度高达250 。缺点：缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。 青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。或铸铁轴瓦上。铝青铜铝青铜铅青铜铅青铜锡青铜锡青铜 中速重载中速重载中速中载中速中载低速重载低速重载（3）铝基合金）铝基合金 铝锡合金：铝锡合金： 有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，摩擦性能也较好。在部分领域取代了较贵

14、的轴承合摩擦性能也较好。在部分领域取代了较贵的轴承合金与青铜。金与青铜。（4） 铸铁：铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。用于不重要、低速轻载轴承。含油轴承：含油轴承： 用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。（5） 多孔质金属材料多孔质金属材料 橡胶轴承：橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。机等有泥沙的场合。工程塑料：工程塑料：具有摩擦系数

15、低、可塑性、跑合性良好、具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。缺点：缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此 缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。（6） 非金属材料非金属材料 碳碳-石墨：石墨：是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境中。不良环境中。木材：木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。表表17-1常用轴瓦及轴承衬材

16、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

17、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

18、 m/s MPam/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 续表续表17-1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）黄铜黄铜铝基铝基轴承轴承合金合金ZCuZn16Si4 (16-4硅黄铜硅黄铜)2%铝锡合金铝锡合金铝铝-硅硅-镉镀层镉镀层HT300HT150HT2502035 14 4 3 1 21435 1 2 2 2 12 2 105 5 1 10.16 30.75

19、0.30.45 4 5 1 1三元三元电镀电镀合金合金银银 镀镀 层层灰铸灰铸铁铁最大许用值最大许用值 性能比较性能比较 用于低俗、中载用于低俗、中载轴承轴承用于高速、中载用于高速、中载轴承，是较新的轴承，是较新的轴承材料，强度轴承材料，强度高、耐腐蚀、表高、耐腐蚀、表面性能好。可用面性能好。可用于增压强化柴油于增压强化柴油机轴承机轴承宜用于低速、轻载宜用于低速、轻载的不重要轴承的不重要轴承说说 明明 p v pvMPa m/s MPam/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

20、较：性能比较：1 15 5 依次由佳到差依次由佳到差 10 1 10 5 5 1 114 20.5 4 5 1 1ZCuZn40Mn4 (40-2锰黄铜锰黄铜)2835 2 3 1 1 耐磨耐磨铸铁铸铁镀铅锡青铜作中间镀铅锡青铜作中间层，再镀层，再镀1030m三元减摩层，疲劳三元减摩层，疲劳强度高，嵌入性好强度高，嵌入性好镀银，上附薄层铅再镀银，上附薄层铅再镀铟，用于飞机发动镀铟，用于飞机发动机、柴油有轴承机、柴油有轴承 1、轴瓦的形式和结构、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类整体式整体式对开式对开式按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类需从轴端安装和拆需从轴端安装和

21、拆卸，可修复性差。卸，可修复性差。 可以直接从轴的中可以直接从轴的中部安装和拆卸，可部安装和拆卸，可修复。修复。 轴轴瓦瓦的的类类型型整体轴套整体轴套对开式轴瓦对开式轴瓦 三、轴瓦的结构和定位 1、轴瓦的形式和结构、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型厚壁厚壁 薄壁薄壁 潘存云教授研制薄壁轴瓦薄壁轴瓦潘存云教授研制厚壁轴瓦厚壁轴瓦整体式整体式对开式对开式节省材料，但刚度不节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的足，故对轴承座孔的加工精度要求高加工精度要求高 。 具有足够的强度和刚具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座度

22、，可降低对轴承座孔的加工精度要求。孔的加工精度要求。 三、轴瓦的结构和定位 1、轴瓦的形式和结构、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型单材料单材料多材料多材料单一材料单一材料 潘存云教授研制两种材料两种材料 强度足够的材料可强度足够的材料可以直接作成轴瓦，以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作故采用多材料制作轴瓦。轴瓦。厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式三、轴瓦的结构和定位 1、轴瓦的形式和结构、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工

23、分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型潘存云教授研制铸造轴瓦铸造轴瓦 卷制轴套卷制轴套 铸造铸造 轧制轧制 铸造工艺性好，铸造工艺性好，单件、大批生产单件、大批生产均可，适用于厚均可，适用于厚壁轴瓦。壁轴瓦。只适用于薄壁轴只适用于薄壁轴瓦，具有很高的瓦，具有很高的生产率。生产率。单材料单材料多材料多材料厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式三、轴瓦的结构和定位潘存云教授研制将轴瓦一端或两端做凸缘将轴瓦一端或两端做凸缘凸缘定位凸缘定位 2、轴瓦的定位方法、轴瓦的定位方法 轴向轴向定位定位凸耳凸耳(定位唇定位唇)定位定位 凸耳凸缘目的：目的：防止轴瓦与轴承座之间

24、产生轴向和周向的相防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相 对移动。对移动。紧定螺钉紧定螺钉 周向定位周向定位销钉销钉 潘存云教授研制潘存云教授研制3、轴瓦的油孔和油槽、轴瓦的油孔和油槽 作用：作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。潘存云教授研制进油孔进油孔油槽油槽潘存云教授研制F潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制开孔原则：开孔原则：形式：形式：按油槽走向分按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。旋线等。F（2）轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适

25、当的油封面。 （1）尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力；膜的承载能力；双轴向油槽开在双轴向油槽开在轴承剖分面上轴承剖分面上单轴向油槽在最单轴向油槽在最大油膜厚度处大油膜厚度处a潘存云教授研制潘存云教授研制45 宽径比宽径比B/d 轴瓦宽度与轴径直径之比。轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数液体润滑摩擦的滑动轴承液体润滑摩擦的滑动轴承 B/d=0.51非液体润滑摩擦的滑动轴承非液体润滑摩擦的滑动轴承B/d=0.81.5 轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图大型液体滑动轴

26、承常设计成两边供油的形式，既大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。有利于形成动压油膜，又起冷却作用。Bd17-4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑一、一、 概述概述 目的：目的：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体液体润滑剂润滑剂润滑油润滑油半固体半固体润滑剂润滑剂润滑脂润滑脂（v12m/s） 固体固体润滑剂润滑剂二、润滑脂及其选择原则二、润滑脂及其选择原则 特点：特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。适用场合适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载

27、要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。以及作摆动运动的轴承中。 性能指标：性能指标： 粘温 粘压 动力粘度运动粘度,r当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的 品种；反之，选择针入度大一些的品种。品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：选择原则：所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高 约约2030，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

28、基或钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或 复合钙基润滑脂。复合钙基润滑脂。潘存云教授研制但但p 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 (- -60300 )，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。混入金属或塑料粉末中烧结成型。其应用日渐广泛四、固体润滑剂及其选择四、固体润滑剂及其选择特点特点：可

29、在滑动表面形成固体膜。可在滑动表面形成固体膜。五、润滑方法（装置）五、润滑方法（装置） 17-5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 （条件性计算条件性计算-非液体摩擦、混合摩擦）非液体摩擦、混合摩擦） 一、一、失效形式与设计准则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，由于轴承的不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，承的不到足够的润滑剂，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。 -磨损和胶合磨损和胶

30、合设计准则设计准则：设计依据设计依据-维持边界油膜不遭破坏维持边界油膜不遭破坏 （不好计算）找边界油膜破坏的因素（不好计算）找边界油膜破坏的因素校核内容：校核内容：验算验算接触油温（摩擦功耗接触油温（摩擦功耗- -摩擦发热摩擦发热pvpv；验算滑动速度验算滑动速度vv滑动速度过高，加速磨损滑动速度过高，加速磨损。验算平均压力验算平均压力 p p，为了不产生过度磨损，为了不产生过度磨损，应限制轴承的单位面积压力应限制轴承的单位面积压力 以保证强度要求；以保证强度要求；其他部位油膜轴瓦 VdnV100060PdBFPPPV20000PVBFn潘存云教授研制二、二、径向滑动轴承的设计计算径向滑动轴承

31、的设计计算-向心轴承向心轴承已知条件：已知条件：外加径向载荷外加径向载荷F (N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm)及及 轴颈直径轴颈直径d (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 .验算摩擦热验算摩擦热v轴颈圆周速度，轴颈圆周速度，m/s；B 轴瓦宽度，轴瓦宽度， p 许用压强。许用压强。见下页 p= pFBdFdn pv 轴承材料的许用值。轴承材料的许用值。见下页 pv = FBddn60 1000pvn轴速度，轴速度，m/s；潘存云教授研制3.验算滑动速度验算滑动速度v表表17-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及其代号材料及其代

32、号铸锡锑轴承合金铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6铸铅锑轴承合金铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5铸铝青铜铸铝青铜ZCuAl10Fe3pMPapvMPam/s平稳平稳冲击冲击25202015HBS金属型金属型 砂型砂型最高工作最高工作温度温度轴径硬度轴径硬度150HBS150HBS150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC150150150150280280280280280280272730309090808065656060110110100100151515158

33、815151010151515151212 v 材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度v v表表17-1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

34、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

35、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 潘存云教授研制潘存云教授研制选择配合选择配合一般可选一般可选: H9/d9或或H8/f7、H7/f6 三、三、止推滑动轴承的计算止推滑动轴承的计算-推力轴承推力轴承 zddFp)(42122p考虑承载的不均匀性，考虑承载的不均匀性， p、pv应降低应

36、降低50%。 Fd1d2Fd1d2已知条件：已知条件：外加径向载荷外加径向载荷F (N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm) (1)根据轴向载荷和工作要求，根据轴向载荷和工作要求，选择轴承结构尺寸和材料；选择轴承结构尺寸和材料；(2)验算平均压力；验算平均压力；3)验算验算pv值值 2100060)(21ddnv)-(3000012apvddznFpv 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

37、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 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FFFF v 潘存云教授研制F v vvh1aah2ccvvh0bbF一、动压润滑的形成原理一、动压润滑的形成原理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！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。利用非平衡面、楔形面利用非平衡面、楔形面的运动关系，借助于这种相对运动而对轴承间隙形成的压力油膜。的运动关系，借助于这种相对运动而对轴承间隙形成的压力油膜。 17-6液体动力润滑滑动轴承液体动力润滑滑动轴承液体摩擦，获得液体

38、摩擦的两种方法液体摩擦，获得液体摩擦的两种方法 （静压油膜是外力把油的打进去，和运动无关）（静压油膜是外力把油的打进去，和运动无关） 液体动压轴承液体静压轴承二、形成动压油膜的必要条件：二、形成动压油膜的必要条件：1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向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。4 4、外加压力相对于润滑油粘度，厚度、间隙、速度、外加压

39、力相对于润滑油粘度，厚度、间隙、速度成一定的关系；成一定的关系； 三、雷诺润滑方程式三、雷诺润滑方程式1、流体动力润滑基本方程的建立流体动力润滑基本方程的建立潘存云教授研制 为了得到简化形式的流体动力为了得到简化形式的流体动力平衡方程（平衡方程（NavierStokes方方程），作如下假设：程），作如下假设：流体的流动是层流流体的流动是层流 忽略压力对流体粘度的影响忽略压力对流体粘度的影响 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 流体是不可压

40、缩的流体是不可压缩的 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 流体满足牛顿定律，即流体满足牛顿定律，即 =dud yB实际上粘度随压力的增高而增加； 即层与层之间没有物质和能量的交换； vA Axzy潘存云教授研制取微单元进行受力分析取微单元进行受力分析: +dp+dpppdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得整理后得又有又有=dxdpd2ud y2得得任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。对对y积分得积分得u= y2+C1y+C2 21dxdp边界条件边界条件当当y=

41、0时，时，u=- -vC2 = - -v当当y=h时，时，u=0 0 C1= h h + +21dxdphv代入得代入得 u= (y2- - hy) +21dxdpv vhy- -hBAxzyv潘存云教授研制vvFaaccxzy2dd121d30hvhxpyuqhx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，通过不同截面的流量是相等的021vhqxbb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h0负号表示流速的方向与x方向相反，因流经两个截面的流量相等，故有：=6vdxdph0- -hh3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=

42、f(x)在在bb处处h=h0， p=pmax速度梯度速度梯度du/dy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。液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度h之间的关系。pmaxxph0bb潘存云教授研制二、二、径向滑动轴承的几何关系和承载量径向滑动轴承的几何关系和承载量1 1、几何关系、几何关系见下页见下页2 2、承载计算：、承载计算：承载油膜、索氏数承载油膜、索氏数 流量流量 功耗功耗 热平衡热平衡 保证液体动力润滑的条件保证液体动力润滑的条件见下页见下页F Fy =F Fx 0 Fy =F Fx =

43、0一、径向滑动轴承动压油膜的一、径向滑动轴承动压油膜的 形成过程形成过程-动力润滑状态的建立动力润滑状态的建立 静止静止 爬升爬升将轴起抬将轴起抬质心质心左移左移稳定运转稳定运转e 偏心距偏心距eahlim17-7 液体动力润滑径向轴承的计算液体动力润滑径向轴承的计算潘存云教授研制最小油膜厚度最小油膜厚度 hmin= e r(1-) 定义定义 e / e / 为偏心率为偏心率 直径间隙直径间隙 D d 半径间隙半径间隙 R R r r / / 2定义连心线定义连心线OO1为极坐标的极轴为极坐标的极轴 相对间隙相对间隙 / r / d hlimeah0设轴孔半径为设轴孔半径为 R, r 直径为直

44、径为 D， d ，偏心距偏心距e 偏位角偏位角a在三角形在三角形 中有中有R2 e2+ （r+h)2 2e(r+h)cos v 22sin1cosReRehr解得：hDd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dx=rd, v=r，h0, 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为压力最大处的极角。为压力最大处的极角。 =6vdxdph0- -hh3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 ()

45、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 ()cos(cos6a3002211r 理论上只要将理论上只要将py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

46、布。潘存云教授研制潘存云教授研制3、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/d有关。有关。FdD B B B B FdDB/d=1/4FdDB/d=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1潘存云教授研制FdDB/d= 潘存云教授研制潘存云教授研制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 py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为取决于宽

47、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Cp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。dDFyz B B 或或vBFBFC2d22P解释这些参数的含义 表表17-7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

48、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 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.

49、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 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 0.58

50、9 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 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

51、.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. 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/d4、最小油膜厚度、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 hminh其中其中 h=

52、S(Rz1+Rz2)S 安全系数，常取安全系数，常取S2。一般轴承可取为一般轴承可取为3.2m和和6.3m，或或1.6 m和和3.2m。重要轴承可取为重要轴承可取为0.8m和和1.6m，或或0.2m和和0.4m。Rz1、Rz2 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Ra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

53、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)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)3.21.60.80.40.20.10.050.0250.0125、轴承的热平衡计算、轴承的热平衡计算 热平衡方程：热平衡方程：产生的热量产生的热量=散失的热量散失的热量 Q=Q1+Q2 其中，摩擦热其中，摩擦热 Q=fv W 式中式中 q 润滑油流量润滑油流量m3/s； 滑油密度滑油密度kg/m3；c 润滑油的比热容，润滑油的比热容，J/(kg )；ti 油出口温度油出口温度 ；to 油入口温度油入口温度 ；3 表面传热系数表

54、面传热系数 W/(m2 )。滑油带走的热滑油带走的热Q1 = qc(to-ti) W轴承散发的热轴承散发的热 Q2 =3dB (to-ti) W潘存云教授研制温升公式温升公式 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 0.240.220.200.180.160.140.120.100.080.060.04qvBd=0.4Bd 1.3 2.0 1.5 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 0.9 摩擦系数摩擦系数 55. 0pf系数系数与宽径比有关，与宽径比有关，若若B/d 35 40时，表明轴承承载能力

55、有冗余，时，表明轴承承载能力有冗余，可采取如下措施：可采取如下措施： 增大表面粗糙度，以降低成本增大表面粗糙度，以降低成本减小间隙，提高旋转精度减小间隙，提高旋转精度加宽轴承，充分利用轴承的承载能力加宽轴承，充分利用轴承的承载能力潘存云教授研制潘存云教授研制 当当 t1 35 40时，表明轴承的承载能力不足，时，表明轴承的承载能力不足，可采取如下措施：可采取如下措施：加散热片，以增大散热面积加散热片，以增大散热面积在保证承载能力的不下降的条件下，适当增大在保证承载能力的不下降的条件下，适当增大 轴承间隙轴承间隙提高轴和轴承的加工精度提高轴和轴承的加工精度油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水风冷风冷

56、增加增加冷却装置冷却装置加风扇、冷却水管、循环油冷却加风扇、冷却水管、循环油冷却三、轴承参数的选择三、轴承参数的选择 取值范围：取值范围：B/d=0.31.5 影响效果：影响效果：B/d小，有利于提高稳定性，增大端排泄量小，有利于提高稳定性，增大端排泄量 以降低温度；以降低温度； B/d大，增大轴承的承载能力。大，增大轴承的承载能力。0.61.5 电动机、发电机、离心机、电动机、发电机、离心机、 齿轮变速器齿轮变速器;1. 宽径比宽径比B/d 应用应用 : B/d= 0.31.0 汽轮机、鼓风机汽轮机、鼓风机; 0.81.2 机车、拖拉机机车、拖拉机; 0.60.9 轧钢机。轧钢机。 2. 相

57、对间隙相对间隙 影响因素：影响因素：载荷和速度，轴径尺寸，宽度载荷和速度，轴径尺寸，宽度/直径，调心直径，调心 能力，加工精度。能力，加工精度。选取原则：选取原则： （1）速度高，速度高，取大值；取大值； 载荷小，载荷小，取小值；取小值； （2）直径大，宽径比小，调心性能好，加工精度高，）直径大，宽径比小，调心性能好，加工精度高， 取小值；反之，取小值；反之，取大值。取大值。应用应用 = 0.0010.0002汽轮机、电动机、发汽轮机、电动机、发 电机、齿轮变速器电机、齿轮变速器 0.00020.0015轧钢机铁路机车辆轧钢机铁路机车辆0.00020.00125机床、内燃机机床、内燃机 0.0

58、0020.00125鼓风机、离心机鼓风机、离心机一般轴承，按如下经验公式计算一般轴承，按如下经验公式计算 9/319/410)60/(n4、润滑油粘度、润滑油粘度 6/73/110)60/(n对承载能力，功耗、温升都有影响对承载能力，功耗、温升都有影响 根据平均温度根据平均温度 tm = (ti + to )/2 决定润滑油粘度决定润滑油粘度 设计时假设，设计时假设，tm=50 75 ，计算所得应在，计算所得应在 ti= 35 40 初始计算时，可取初始计算时，可取 3、平均压强、平均压强P 四、液体四、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程动力润滑径向滑动轴承的设计过程 已知条件：外加径向载荷已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速，轴颈转速n(r/min) 及轴颈直径及轴颈直径d(mm)。设计及验算设计及验算 （1） 保证在平均油温保证在平均油温 tm下下 hmin h 选择轴承材料，验算选择轴承材料，验算 p、v、pv。 选择轴承参数，如轴承宽度选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙、相对间隙() 和润滑油和润滑油() 。 计算承载量系数计算承载量系数(Cp)并查表确定偏心率并查表确定偏心率()。 计算最小油膜厚度计算最小油膜厚度(hmin)和许用油膜厚度和许用油膜厚度