第十二章滑动轴承

1、第十二章第十二章 滑动轴承滑动轴承 121 概述 一、滑动轴承的分类一、滑动轴承的分类 按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦状态，滑动轴承可分为状态，滑动轴承可分为: 液体润滑轴承液体润滑轴承无润滑轴承无润滑轴承液体动压润滑轴承液体动压润滑轴承液体静压润滑轴承液体静压润滑轴承 按滑动轴承承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止推滑动轴承止推滑动轴承 不完全液体润滑轴承不完全液体润滑轴承二、滑动轴承的特点和应用二、滑动轴承的特点和应用 无润滑轴承：无润滑轴承： 结构简单，使用方便，但损耗较大。结构简单，使用方便

2、，但损耗较大。 液体润滑轴承的特点有（与滚动轴承比）：液体润滑轴承的特点有（与滚动轴承比）： （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）精度高，液体摩擦轴承磨损小（如葛洲坝电）精度高，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刀痕还在）；站推力轴承最近拆卸后发现表面刀痕还在）； （3）滑动轴承可做成剖分式的，能满足特殊）滑动轴承可做成剖分式的，能满足特殊 结构的需要；结构的需要；（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， 可以吸收振动，缓和冲击；可以吸收振动，缓和冲击；（5）滑动轴承的径向尺寸比滚

3、动轴承的小（摩擦发）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，而滚动轴承的摩擦生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）；发生在套圈和滚动体之间）；（6）但起动过程不易形成油膜，摩擦阻力较大。）但起动过程不易形成油膜，摩擦阻力较大。适宜使用在剖分结构（如发动机连杆与曲轴之间）、适宜使用在剖分结构（如发动机连杆与曲轴之间）、特高速、特低速、特重载、无法润滑等场所特高速、特低速、特重载、无法润滑等场所122 径向滑动轴承的主要类型 一、整体式径向滑动轴承 特点：1）结构简单、成本低 2）轴套磨损后，间隙无法调整 3）装拆不便（只能从轴端装拆）适于低速

4、、轻载或间隙工作的机器。如图，由轴承座、整体轴套、油孔等组成2.剖分式径向滑动轴承（剖分位置十分重要）剖分式径向滑动轴承（剖分位置十分重要） 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还可以通过增减剖分面上的调整垫片的厚度来调整间隙面上的调整垫片的厚度来调整间隙。垂直载荷用垂直载荷用倾斜载荷用倾斜载荷用二、剖分式径向滑动轴承 三、自动调心式 R(球)123 滑动轴承的材料及轴瓦结构 一、滑动轴承的材料 滑动轴承的失效形式滑动轴承的失效形式:磨粒磨损、刮伤、磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落、腐蚀胶合、疲劳剥落、腐蚀主要失效形式是轴瓦的胶合和磨损主要失效形式是轴瓦的胶合

5、和磨损1、对轴承材料的要求 2、常用材料 金属材料： 1）铸铁 2）轴承合金 3）铜合金 4）铝基合金 5）多孔质金属材料（粉末冶金） 非金属材料塑料、橡胶 （1）有足够的疲劳强度，保证足够的疲劳寿命；）有足够的疲劳强度，保证足够的疲劳寿命；（2）有足够的抗压强度，防止产生塑性变形；）有足够的抗压强度，防止产生塑性变形；（3）有良好的减摩性和耐磨性，提高效率、减小磨损；）有良好的减摩性和耐磨性，提高效率、减小磨损；（4）具有较好的抗胶合性，防止粘着磨损；）具有较好的抗胶合性，防止粘着磨损；（5）对润滑油要有较好的吸附能力，易形成边界膜；）对润滑油要有较好的吸附能力，易形成边界膜；（6）有较好的

6、适应性和嵌藏性，容纳固体颗粒、避免划伤；）有较好的适应性和嵌藏性，容纳固体颗粒、避免划伤；（7）良好的导热性，散热好、防止烧瓦；）良好的导热性，散热好、防止烧瓦；（8）经济性、加工工艺性好。）经济性、加工工艺性好。一、对轴瓦材料的要求一、对轴瓦材料的要求滑动轴承材料指的是轴瓦和轴承衬的材料滑动轴承材料指的是轴瓦和轴承衬的材料二、常用的轴瓦材料及其性质（表二、常用的轴瓦材料及其性质（表12-2） 轴瓦材料可分为三类：轴瓦材料可分为三类：金属材料、粉末冶金材料和非金属材料金属材料、粉末冶金材料和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（

7、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ZChPbSb16-16-2，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，这层轴承合金称轴承衬，钢或铜制成的轴瓦基体称瓦背。合金称轴承衬，钢或铜制成的轴瓦基体称瓦背。（2）青铜）

8、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：减摩、抗磨好，强度高，用于重载。铸锡磷青铜：减摩、抗磨好，强度高，用于重载。铅青铜：抗疲劳、导热、高温时铅起润滑作用。铅青铜：抗疲劳、导热、高温时铅起润滑作用。铝青铜：抗冲击强、抗胶合差。铝青铜：抗冲击强、抗胶合差。（3）黄铜：）黄铜：滑动速度不高，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）铝合金：）铝合金：强度高、导热好、价格便宜，抗胶合差、耐磨差。强度高、导热好、价格便宜，抗胶合差、耐磨差。（5）铸铁：）铸铁：价格便宜，低速、轻载。价格便宜，低速、轻载。（6）粉末冶金材料：

9、）粉末冶金材料：含油轴承，铁含油轴承，铁-石墨、青铜石墨、青铜-石墨石墨（7）轴承塑料：）轴承塑料：摩擦系数小，耐冲击，导热性差。摩擦系数小，耐冲击，导热性差。124 轴瓦结构轴瓦结构 单金属轴瓦：单金属轴瓦：结构简单，成本低结构简单，成本低双金属轴瓦：双金属轴瓦：节省贵重金属节省贵重金属双金属轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表双金属轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表瓦背 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 或 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

10、轴承 0.01sd 青铜 轴承 合金 用于高速重载的 重要轴承 0.01sd 整体式轴瓦整体式轴瓦轴瓦和轴承座一般采用过盈配合轴瓦和轴承座一般采用过盈配合为了向摩擦表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剖分式轴瓦剖分式轴瓦1、轴瓦的形式与结构 为了向摩擦表面输送为了向摩擦表面输送和分布润滑剂，在轴和分布润滑剂，在轴瓦内面开有油沟瓦内面开有油沟整整体体式式剖剖分分式式轴瓦上的油沟轴瓦上的油沟2、油孔、油槽和油室 油孔、油槽开设原则 ：1、润滑油应从油膜压力最小处输入轴承 2、油槽（沟）开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力 3、油槽轴向不能开通，

11、以免油从油槽端部大量流失 4、水平安装轴承油槽开半周，不要延伸到承载区，全周油槽应开在靠近轴承端部处。FOO油槽有油槽无油槽轴瓦的应用轴瓦的应用弹塑瓦滑动轴承应用弹塑瓦滑动轴承应用弹塑瓦推力轴承弹塑瓦推力轴承弹塑瓦滑动轴承应用弹塑瓦滑动轴承应用弹塑瓦轴承弹塑瓦轴承弹塑瓦滑动轴承应用弹塑瓦滑动轴承应用弹塑瓦径向轴承弹塑瓦径向轴承125 滑动轴承润滑剂的选用 一、润滑剂的选择 工作载荷、相对滑动速度、工作温度和特殊工作环境 1、润滑油 表12-4（1）压力大、温度高、载荷冲击变动大 粘度大的润滑油 （2）滑动速度大 粘度较低的润滑油 （3）粗糙或未经跑合的表面 粘度较高的润滑油 2、润滑脂 表12

12、-3 3、固体润滑剂 二、润滑方法 1、油润滑 连续供油: 间歇供油:油壶或油枪1) 滴油润滑 2) 绳芯润滑3) 油环润滑 4) 浸油润滑 5) 飞溅润滑 6) 压力循环润滑 2、脂润滑 旋盖式油脂杯、黄油枪 126 非全液体润滑滑动轴承的计算 一、径向滑动轴承 1、限制平均比压P 目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出 pdBFp2、限制轴承的p、v值 目的：限制pv是控制轴承温升，避免边界膜的破裂 19100100060vpBFndndBFvp工作条件：边界膜不遭破裂，维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在。3、限制滑动速度v 目的：当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损 100060v

13、dnv二、推力滑动轴承 dFadd0FaFadd0Fadd0( a )( b )( c )( d )限制轴承平均比压p和pvm值 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一、流体动压润滑形成原理一、流体动压润滑形成原理1.基本假设基本假设(1)两板间流体作层流运动；两板间流体作层流运动；(2)两板间流体是牛顿流体，其两板间流体是牛顿流体，其粘度只随温度的变化而改变粘度只随温度的变化而改变,忽忽略压力对粘度的影响，而且流略压力对粘度的影响，而且流体是不可压缩的；体是不可压缩的；(3)与两板与两板M、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）流

14、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）由于间隙很小，压力）由于间隙很小，压力p沿沿y方向大小不变；方向大小不变；（6）平板沿）平板沿Z方向无限长，所以流体沿方向无限长，所以流体沿Z方向无流动。方向无流动。127 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 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从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析,可得可得22dpddxdy此式说明压力沿此式说明压力沿x方方向的变化率与速度向的变化率与速度梯度沿梯度沿y方向的变化方向的变化率成正比。率成正比。dpddxdy

15、将将ddy 代入代入得得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靠运动表面带动粘性流体以足够的速度流经收敛形间隙时靠运动表面带动粘性流体以足够的速度流经收敛形间隙时,流体内所产生压力叫流体动压力流体内所产生压力叫流体动压力间隙内具有动压力的油层称为流体动压油膜间隙内具有动压力的油层称为流体动压油膜d zzvxyOdyp d y d z d x d zd x( + d y ) d x d z( p + d x ) d y d z静止件移动件pxy前后向压力dxxppdyy上下面剪切应力p二、流体动压基本方程二、流体动压基本方程由x方向的力平衡条件，得 yxp代入牛顿粘

16、性流体定律： yu22yuxp21221cycyxpuy=0 时，u=v ； y=h 时，u=0， 得积分常数c1、c2 xpyhyhyhvu2)()(不计侧漏，沿x方向，任一截面单位宽度的流量为 301212hxphvudyqhxp=pmax处油膜厚度为h0，流量：02hvqx3012122hxphvhv306hhhvxpxhvxphx6)(3xhvzphzxphx6)()(33一维雷诺流体动力润滑方程对x取偏导数：考虑沿Z方向的流动：二维雷诺流体动力润滑方程：油楔承载机理 306hhhvxp油压的变化：润滑油的粘度、 表面滑动速度、油膜厚度全部油膜压力之和即为油膜的承载能力h0v移 动 件

17、静 止 件h=h0p =0=0v移 动 件xyh0O静 止 件hh0h00pm axxppxxpxp两滑动表面平行。平行油膜各处油压与入口、出口处相等，不能产生高于外面压力的油压支承外载。 油膜呈收敛楔形，油楔内各处油压都大于入口和出口处的压力，产生正压力以支承外载形成流体动力润滑的必要条件是 （1）相对运动两表面必须形成一个收敛楔形 （2）被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度vs，其运动方向必须使润滑从大口流进，小口流出。 （3）润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。 三、径向滑动轴承液体动力润滑状态的建立过程 1、起动时dDFFF( a )( b )( c )2、不稳定运转阶段 3、稳

18、定运转阶段 四、径向滑动轴承的几何关系和承载能力 1、几何关系 eF、ahm a xO1O1rR02h0hm inh Apma x极 轴直径间隙： dD半径间隙： rR偏心率： rd偏心距： 1ooe 相对间隙： /ex 根据余弦定律可得 1AOO)cos1 ()cos1 (xrxh任意位置的油膜厚度 1）压力最大处油膜厚度2）油膜最小厚度hmin 2、油膜承载能力 dDFz=1Bd=1413=12极坐标形式的雷诺方程),(fddp从压力区起始角 至任意角 进行积分，得任意角处的压力 1再求压力在外载荷方向上的分量 yp将上式在压力区内积分（求和），得到轴承单位宽度上的油膜承载能力 引入修正系

19、数A，考虑端泄的影响 221BZAppyy2/2/BBydZpF油膜能承受的载荷 2/2/32122116BBdZfdfdfrFCdBF2 2/2/3212113BBFdZfdfdfBCCF承载量系数 表12-4hmin越小（x越大），B/d越大，CF越大，轴承的承载能力F越大。3、最小油膜厚度hmin hmin不能小于轴颈与轴瓦表面微观不平度之和 )(21minZZRRSh上式与流体动力润滑的三个基本条件 流体动力润滑的充分必要条件五、轴承的热平衡计算1、轴承中的摩擦与功耗 由牛顿粘性定律可得油层中摩擦力 dBFf摩擦系数： pnFFff30255. 0pf摩擦功耗引起轴承单位时间内的发热量 H= f FV 2、轴承耗油量 = 承载区端泄流量Q1 + 非承载区端泄流量Q2 + 轴瓦供油槽两端流出的附加流量 Q3进入轴承的润滑油总流量Q Q13、轴承温升 （1）粘度间隙改变，使轴承的承载能力下降（2）会使金属软化发生抱轴事故摩擦产生的热量H = 端泄润滑油所带走热量H1 + 轴承散发热量H2热平衡条件：单位时间内)()()(12CvBdQcPftttS润滑油平均温度tm21tttm为保证承载要求tm(3545), 热平衡易建立，则应降低tm，再行计算。 b) 若t180易过热失效，改变相对间隙和油的粘度重新计算六、轴承参数选择