机械设计 课件 第12章 滑动轴承

第十章滑动轴承第12章滑动轴承本章提要滑动轴承的结构，滑动轴承材料和轴瓦结构，流体动压润滑的基本理论，流体动压滑动轴承的设计计算，非流体摩擦滑动轴承的设计计算，滑动轴承的润滑重点：滑动轴承的结构和设计参数，液体动压滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承的设计准则及设计计算方法12.1概述12.2滑动轴承的结构12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.4流体动压润滑的基本理论12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.7滑动轴承的润滑12.6非流体摩擦滑动轴承的设计计算目录轴承

滚动摩擦下运转滚动轴承的摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，在机械中应用广泛，但它的径向尺寸和振动、噪音较大。

滑动摩擦下运转除了在简单和低成本要求的场合使用滑动轴承外，滑动轴承主要用于滚动轴承难以满足支承要求的场合：高速度、高精度、大冲击、长寿命要求的场合。滚动轴承滑动轴承12.1概述1.面接触，承载能力高，零件少，制造更精确2.轴承工作面有油膜，缓冲吸振，消除噪声3.处于液体摩擦状态下，摩擦系数小，磨损轻，寿命长4.具有高回转精度（零件数少）5.大型轴承，制造成本低（可单件生产）6.径向尺寸小，可制成剖分式7.可用于特殊工况下，如无润滑介质、腐蚀介质等滑动轴承的特点12.1概述各类滑动轴承12.1概述

按摩擦状态非流体摩擦滑动轴承流体摩擦滑动轴承（油膜形成原理）动压滑动轴承静压滑动轴承

按承受载荷向心滑动轴承推力滑动轴承分类(边界摩擦与混合摩擦)12.1概述1

整体式12.2滑动轴承的结构12.2.1向心滑动轴承的结构结构简单，易于制造轴向装入；磨损后无法调整，只能更换。低速、轻载、间歇工作2

剖分式油口、油管止口，防横向错动径向装入；磨损后可更换垫片或重新刮瓦。便于装拆12.2滑动轴承的结构12.2.1向心滑动轴承的结构3间隙可调式保持回转精度的手段——调节轴承间隙12.2滑动轴承的结构12.2.1向心滑动轴承的结构4

自位式宽径比较大的轴承B/d>1.5避免“边缘接触”轧钢机轴承常用12.2滑动轴承的结构12.2.1向心滑动轴承的结构5多油楔式提高回转精度和油膜刚度12.2滑动轴承的结构12.2.1向心滑动轴承的结构12.2.2推力滑动轴承的结构1普通推力轴承只能处于非液体摩擦状态推力瓦中心制出圆形凹坑：为了改善止推面上的压强分布，避免在中心接触处产生极大压强。推力瓦的外表面制成球面，可以自动调位以改善偏载

12.2滑动轴承的结构2流体动力推力滑动轴承可倾瓦轴承的运转稳定性好12.2滑动轴承的结构12.2.2推力滑动轴承的结构12.3滑动轴承材料与轴瓦结构1.良好的减摩性、耐磨性2.足够的抗压、抗冲击和抗疲劳强度的性能3.良好的顺应性、嵌藏性、跑合性和润滑性4.导热性好、热膨胀系数小、工艺性好、价格低廉12.3.1滑动轴承材料性能的基本要求铸铁1金属材料12.3.2常用的滑动轴承材料轴承合金（巴氏合金）锡锑轴承合金铅锑轴承合金青铜锡青铜铅青铜铝青铜黄铜铝合金12.3滑动轴承材料与轴瓦结构类型特点应用

轴承合金锡锑轴承合金铅锑轴承合金嵌入性和摩擦顺应性最好，易于轴颈磨合，但强度低，价格较贵。重载、中高速场合。12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.2常用的滑动轴承材料铜合金特点应用类型锡青铜铅青铜铝青铜锡青铜减摩性和耐磨性最好，铅青铜抗胶合能力强，铝青铜强度及硬度较高。锡青铜适用于重载、中速场合，铅青铜适用于高速、重载场合，铝青铜适用于低速、重载场合。12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.2常用的滑动轴承材料铸铁特点应用类型灰铸铁耐磨铸铁有一定的减摩性和耐磨性，成本低，但铸铁性脆、磨合性差。适用于低速、轻载和不受冲击的场合。12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.2常用的滑动轴承材料2粉末冶金由铁、铜、石墨等粉末经热压而成，具有多孔组织，可预先浸满润滑剂，工作时自行润滑3非金属材料主要为塑料，还有碳-石墨、橡胶、木材等。塑料轴承材料有酚醛塑料、尼龙、聚四氟乙烯等，它们具有摩擦系数低、抗冲击、抗胶合和可以用油也可以用水润滑等优点。但导热性差，受热易软化12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.2常用的滑动轴承材料剖分式整体式单金属双金属12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构整体式轴瓦——轴套一般开有油孔和油沟以便润滑粉末冶金12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构剖分式轴瓦——由上、下两半瓦组成上轴瓦开有油孔和油沟以便润滑12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构上轴瓦不承受载荷，下轴瓦承受载荷油沟形式12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构在轴瓦剖分面处开有较大的油沟（油室）以便稳定供油和容纳污物12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构油孔、油沟、油室均不能开在轴瓦的承载区承载能力12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构为改善轴瓦的摩擦性能，常在其内表面浇注一层减摩材料，称为轴承衬。为使轴承衬能牢固地粘在轴瓦表面上，常在轴瓦上制出一些沟槽12.3滑动轴承材料与轴瓦结构12.3.3轴瓦结构12.4流体动压润滑的基本理论12.4.1润滑油的黏度黏度:流体防止运动的能力动力黏度剪切力剪切率牛顿流体：服从这种线性规律的流体1.黏性流体的牛顿定律3.动力黏度的单位国际单位：1帕．秒(Pa．S)=1千克/米．秒(kg/m

．s)2.运动黏度国际单位：m2/s；物理单位：cm2/s，称斯（托克斯），用St表示。（cSt）表示厘斯，1St=100cSt，1cSt=1mm2/s12.4流体动压润滑的基本理论12.4.1润滑油的黏度4.运动黏度的测量常用的测量为：毛细管黏度计5.润滑油的黏温特性

液体黏度由分子间的力决定，温度升高，体积膨胀，分子间距离增大，吸力减弱，黏度下降。华脱方程——ASTM推荐方程

υ——润滑油对应某种温度的运动黏度，cStA、B——取决于油品的常数

T——绝对温度，K，T=273.15+t℃12.4流体动压润滑的基本理论12.4.1润滑油的黏度6.润滑油的黏压特性

液体黏度由分子间的力决定，压力增大，分子间距离缩短，引力增大，黏度增大。Barus公式ηp——压力为p时，润滑油的动力黏度η0——大气压力下，润滑油的动力黏度

p——润滑油所受的压力α——黏压系数，取决于油品和油温。一般矿物油和合成油黏压系数值为(5~30)×10-3mm2/N液体的温度升高，黏度下降液体的压力增大，黏度增大12.4流体动压润滑的基本理论12.4.1润滑油的黏度12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1883年英国人B.Tower轴承实验O.Reynolds1886年提出了楔形间隙中的油膜压力分布微分方程——Reynolds方程。1.流体动压润滑基本方程流体动压分析Reynolds方程推导12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程条件假设：(1)润滑油重力和惯性力比黏性阻力小得多，可以忽略不计(2)润滑油不可压缩(3)油膜很薄，流体压力沿油膜厚度不变化(4)润滑油符合牛顿黏性定律的流体，并作层流流动，其黏度在整个油膜内保持不变12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程

单元体平衡12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程压力沿x方向及速度沿y方向的变化关系化简整理后得：牛顿粘性定律：12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程边界条件得：两次积分得12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程由压力流引起呈抛物线分布的速度由剪切流引起呈线性分布的速度12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程沿x任意截面上的流量qx为

流量的连续性（dz=1）无端泄12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程整理后得：一维Reynolds方程积分且根据边界条件则有油膜压力的变化与润滑油的黏度、表面相对速度和油膜厚度的变化有关12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1.流体动压润滑基本方程1)两板平行油膜无承载能力流体动压润滑：利用摩擦表面的相对运动，将润滑油带进收敛油楔内，形成压力油膜将两摩擦表面分开，从而降低摩擦，减少磨损。U若B板静止不动，Ａ板以速度U移动，板间各流层的速度呈三角形分布，两板间的油量保持不变2.流体动压润滑的承载机理12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论2)两板倾斜油膜具有承载能力

移动件的运动方向是由间隙大的方向移向间隙小的方向

如果两端流速相同，则应满足：流入量>流出量假设油不可压缩，板宽无穷大产生油压p入口处流速呈凹形抛物线出口处流速呈凸形抛物线必有一处流速呈直线流量2.流体动压润滑的承载机理12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论1）两摩擦面必须互相倾斜呈楔形形成动力润滑的充要条件：3）润滑油应具有一定的黏度，且供油要充分2）两摩擦面要具有一定的相对滑动速度，并

且其速度方向应该使润滑油从楔形大口流

入，从小口流出2.流体动压润滑的承载机理12.4.2流体动压润滑的基本方程及承载机理12.4流体动压润滑的基本理论12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算起动阶段动力润滑阶段不稳定润滑阶段1.动压轴承的油膜形成过程2.几何参数12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算求油膜厚度h2.几何参数12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算对于向心滑动轴承——极坐标任意位置剖面上的油膜压强为：3.承载能力与轴承特性数S

12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算无限宽轴承3.承载能力与轴承特性数S

12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算因为有测泄，油膜承载能力沿宽度呈抛物线分布有限宽轴承对有限宽轴承的油膜承载能力应加以修正轴承端泄对油膜承载能力降低的影响系数与宽径比和偏心率有关3.承载能力与轴承特性数S

12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算有限宽轴承的油膜承载能力3.承载能力与轴承特性数S

12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算pm——轴承的平均压强——轴承的特性数,无量纲。它是偏心率、宽径比和轴承包角的函数。

表征了轴承的总摩擦特性。所以，3.承载能力与轴承特性数S

12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算3.承载能力与轴承特性数S

12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算4.最小油膜厚度准则12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算最小油膜厚度准则:

K——可靠性系数，K=1.5~2Rz1、Rz2——分别为轴径和轴承表面粗糙度的十点平均高度

许用油膜厚度[h]：取决于轴承和轴颈表面的加工粗糙度、表面几何形状误差、轴承和轴的对中程度、轴的变形以及润滑油的过滤质量4.最小油膜厚度准则12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算供油方式压力供油非压力供油黏度值一般取轴承平均工作温度tm下的值。

如果温升过高，油的黏度降低过多，轴承将不能正常工作，甚至导致发生胶合。5.轴承温升12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算轴承中的油流图非压力供油5.轴承温升12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算热平衡条件：油所吸收的热量H0=摩擦所产生的热量Hf——油的温升承载区流入非承载区的油所带走的热量承载区内端泻油所带走的热量

非压力供油5.轴承温升12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算摩擦产生的热量Hf

非压力供油5.轴承温升12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算

压力供油

压力供油，增大流量，降低温升，提高了冷却效果。轴承的端泻量取决于供油压力和轴承结构—供油量大部分变成端泻量。摩擦热由轴承端泻流量Qep带走5.轴承温升12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算6.流体动压滑动轴承的工作能力准则12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.1单油楔动压向心滑动轴承的设计计算12.5.2动压推力滑动轴承的设计计算轴承承载量系数1.斜面固定瓦推力滑动轴承12.5流体动压滑动轴承的设计计算斜面固定瓦轴承特性数Sf轴承工作能力准则12.5.2动压推力滑动轴承的设计计算1.斜面固定瓦推力滑动轴承12.5流体动压滑动轴承的设计计算设计计算12.5.2动压推力滑动轴承的设计计算1.斜面固定瓦推力滑动轴承12.5流体动压滑动轴承的设计计算12.5.2动压推力滑动轴承的设计计算1.斜面固定瓦推力滑动轴承12.5流体动压滑动轴承的设计计算可倾瓦推力轴承工作性能——可倾瓦块支点位置影响大2.可倾瓦推力滑动轴承12.5.2动压推力滑动轴承的设计计算12.5流体动压滑动轴承的设计计算可倾瓦轴承特性数Sp可倾瓦轴承最小油膜厚度系数可倾瓦推力轴承的最大特点：若按最佳间隙比确定支点位置时，则随着工况改变轴承能基本维持最佳间隙比不变。2.可倾瓦推力滑动轴承12.5.2动压推力滑动轴承的设计计算12.5流体动压滑动轴承的设计计算可倾瓦轴承的工作能力准则2.可倾瓦推力滑动轴承12.5.2动压推力滑动轴承的设计计算12.5流体动压滑动轴承的设计计算滑动轴承设计参数分类设计人员预定参数从属参数平均压强pm轴的转速n润滑油黏度η轴承尺寸r,c,B及包角

α最小油膜厚度hmin轴承温升Δt摩擦系数f润滑油流量Qi,Q12.5.3设计的参数选择12.5流体动压滑动轴承的设计计算1.滑动轴承平均压强pm和宽径比φpm↑—轴承尺寸↓运转平稳油膜变薄，提高了对润滑油的性能和轴承加工安装质量的要求，轴承损坏pm

↓—轴承尺寸↑高速下可能使偏心率小导致稳定性变坏轴承平均压强12.5.3设计的参数选择12.5流体动压滑动轴承的设计计算Ｂ/ｄ↓——承载能力↓常用范围：B/d=0.5~1.0端泄流量↑摩擦功耗↓轴承温升↓Ｂ/ｄ↑——承载能力↑端泄流量↓摩擦功耗↑轴承温升↑提高对轴的刚度和轴承安装制造精度要求宽径比φ1.滑动轴承平均压强pm和宽径比φ12.5.3设计的参数选择12.5流体动压滑动轴承的设计计算设计时：先假定ｔｍ——初选η——初步设计校核入口温度若t1＝35～40℃则合适；否则重新计算。

2.润滑油的黏度ηtm

↓

——η↑

——承载能力高tm

↑——η

↓——承载能力低选择：载荷、转速、机器对润滑的总要求12.5.3设计的参数选择12.5流体动压滑动轴承的设计计算3.相对间隙ψ选取：速度和载荷经验公式：———承载能力、温升、回转精度轴承相对间隙决定于制造精度相对间隙小，油膜相对厚度（hmin/c）变大，承载能力高，轴承的回转精度高，温升高。相对间隙大，轴承温升降低，承载能力、回转精度都会降低，甚至噪声加大。12.5.3设计的参数选择12.5流体动压滑动轴承的设计计算轴承半径间隙c对最小油膜厚度hmin，摩擦热Hf（=Ffv），出油温度t2和进油流量Qi

3.相对间隙ψ12.5.3设计的参数选择12.5流体动压滑动轴承的设计计算α包角从180°降至120°，承载能力降低不大，但轴承温升显著降低4.包角12.5.3设计的参数选择12.5流体动压滑动轴承的设计计算α12.6非流体摩擦滑动轴承的设计计算承载能力和使用寿命：

1)

轴承材料的减摩耐磨性

2)材料的机械强度

3)边界膜的强度主要失效形式：

1)磨粒磨损

2)黏着磨损

3)变载条件下，产生疲劳破坏计算准则：

1)维护边界膜不破坏

2)减少轴承材料的磨损简化条件计算：

1)防止过度磨损限制平均压强pm

2)防止轴承温升过高发生胶合限制pmv

3)限制滑动速度v12.6非流体摩擦滑动轴承的设计计算12.6.1向心滑动轴承的设计计算

F——径向载荷(N)

B——轴承宽度(mm)

[P]——轴瓦材料的许用压力(N/mm2)

d——轴颈直径(mm)1.限制平均压强pm12.6非流体摩擦滑动轴承的设计计算2.

限制摩擦功pmv值[pmv]——轴承材料pmv的许用值n——轴颈转速(r/min)12.6.1向心滑动轴承的设计计算12.6非流体摩擦滑动轴承的设计计算3.

限制滑动速度v[v