孙第10章滑动轴承

1、 102 径向滑动轴承的主要结构型式 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、轻载或间隙工作的机器。 动画演示 二、剖分式径向滑动轴承 动画演示 由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦、螺栓组成。 轴承盖和轴承座的剖分面做成阶梯形目的安装时易对中 轴承剖分面最好与载荷方向垂直，以防出现泄露，降低承载能力 轴承按照剖分面的位置不同分：正剖分、斜剖分 特点：轴承装拆比较方便，轴承间隙可通过在剖分面上增减垫片 实现。 三、自动调心式 动画演示 当轴弯曲变形或轴承孔倾斜时， 轴瓦和轴颈会造成局部接触，引起 剧烈的发热和磨损。 采用

2、自动调心式，可实现轴瓦 的自动调心，使轴颈和轴瓦均匀接 触。 轴瓦外表面做成球面形状，与 内表面相配合。 四、调隙式径向滑动轴承 调整两端的螺母可使轴瓦沿轴向移动，从而实 现轴颈与轴瓦之间的间隙调整。 五、推力滑动轴承的结构形式 实心式 单环式多环式 空心式 承受轴向载荷 103 滑动轴承的失效形式及常用材料 一、滑动轴承的主要失效形式 1 磨磨 粒粒 磨磨 损损 进入轴承间隙间的硬颗粒（如灰尘、砂粒等）有的嵌入 轴承表面，有的游离于间隙中并随轴一起转动，它们都将对 轴颈和轴承表面起研磨作用。在起动、停车或轴颈发生边缘 接触时，它们都加剧轴承磨损，导致几何形状改变、精度丧 失，轴间隙加大，使轴

3、承性能在预期寿命前急剧恶化。 2 咬粘（胶合）咬粘（胶合） 当轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，在润滑油供应不 足条件下，轴颈和轴的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而 造成轴承损坏。咬粘有时甚至可能导致相对运动中止。 3 疲劳剥落疲劳剥落 在载荷反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂 纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥 落。它与轴承衬和衬背因结合不良或结合力不足造成轴承衬的剥 离有些相似，但疲劳剥落周边不规则，结合不良造成的剥离则周 边比较光滑。 4 腐蚀腐蚀 润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料 有腐蚀性，特别是对铸造铜铅合金中的铅，易受腐蚀而

4、形成点 状的脱落。氧对锡基巴氏合金的腐蚀，会使轴承表面形成一层 由SnO2和SnO混合组成的黑色硬质覆盖层，它能擦伤轴颈表面， 并使轴承间隙变小。此外，硫对含银或含铜的轴承材料的腐蚀， 润滑油中水分对铜铅合金的腐蚀，都应予以注意。 此外，由于工作条件不同，滑动轴承还可能出现气蚀、流 体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。 二、轴瓦的材料 1.对轴瓦材料的基本要求是： 有足够的抗压强度和疲劳强度； 低摩擦系数，有良好的耐磨性、抗胶合性、跑合性、 嵌藏性； 热膨胀系数小，有良好的导热性和润滑性以及耐腐蚀 性； 有良好的工艺性。 现有的轴瓦材料尚不能满足上述全部要求，因此 设计时只能根据最主要的要求，选择

5、材料。 2. 常用的轴瓦材料有三大类： 金属材料 轴承合金(白合金、巴氏合金)：减摩性能最好，易跑合，具有 良好的抗胶合性和耐腐蚀性，但弹性模量和机械强度相对较小一般 用来作轴承衬。 铜合金：具有较高的疲劳强度，良好的耐磨，但是塑性差，不 易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。适用于中速重载、低速重载的 场合。 粉末冶金材料 含油轴承：将不同的金属粉末压制烧结而成的多孔结构材料， 孔隙占1035%，可存储润滑油。适用于载荷平稳、低速和加油不 方便的场合。 非金属材料 塑料、橡胶、尼龙、硬木和石墨等。 轴 瓦 结 构 一、轴瓦的型式和构造 整体式轴瓦 剖分式轴瓦 二、轴瓦的定位 双金属轴瓦 为了提高轴

6、瓦 的减摩性，常在 轴瓦内表面加一 层或两层减摩材 料，称为轴承衬， 轴瓦即成为双金 属结构或三金属 结构。 三、油孔及油槽 为了把润滑油导入整个摩擦面间，轴瓦或轴颈 上须开设油孔或油槽。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，以免油从油 槽端部大量流失 常用的油槽形状如下： 104 滑动轴承的润滑 润滑剂对滑动轴承的工作性能与寿命影响极大，在设计时， 应注意根据轴承的工况，选择合适的润滑剂。 常用的润滑剂为润滑脂和润滑油，其中以润滑油应用最广。 1、润滑油 压力大、温度高、载荷冲击变动大宜选

7、择粘度大的润滑油 滑动速度大宜选择粘度较低的润滑油 粗糙或未经跑合的表面宜选择粘度较高的润滑油 10.4 2、润滑脂 一、润滑剂的选用 10.3 二、润滑方式及供油装置 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 10.5 105非液体润滑滑动轴承的设计计算 （1）限制轴承的平均压强 限制轴承的平均压强p，以保证润滑油不被挤出，避免 工作表面的过度磨损，即 pp 径向轴承：p=Fr/dBpMPa 推力轴承：p=4Fa/（Z(d2-d20)k）pMPa 一、失效

8、形式 非液体摩擦滑动轴承的工作表面不能被润滑油完全隔开， 只能形成边界油膜，存在局部金属表面的直接接触。因此， 表面磨损和因边界油膜破裂导致的表面胶合（或烧瓦）是其 主要失效形式。因此设计准则应是：维持边界油膜不遭破裂。 但由于边界油膜的机理尚未完全弄清，目前的设计计算只能 是间接的、条件性的。 二、设计准则 （2）限制轴承的pv值 由于pv值与摩擦功率损耗成正比，它间接地表征了轴承 的发热程度。限制pv值，以防止轴承温升过高，出现胶合破 坏。即： pvpv 径向轴承：pv= Frn/19 100BpvMPam/s 推力轴承：上式v应取平均线速度，即 v=dmn/（601 000），dm=d+

9、d0/2 （3）限制轴承的滑动速度v 当压强p较小时，即使p与pv都在许用范围内，也可能因 滑动速度v过大而加剧磨损，故要求： vvm/s p、pv、v的值见常用金属轴承材料性能表 106 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 一、流体动力润滑的基本方程 流体动力润滑理论的基本方程是流体膜压力分布的微分方 程。它是从粘性流体动力学的基本方程出发，作了一些假设条 件后得出的，这些假设条件是：流体为牛顿流体；流体膜中流 体的流动是层流；忽略压力对流体粘度的影响；略去惯性力及 重力的影响；认为流体不可压缩；流体膜中的压力沿膜厚方向 不变。 设两平板被润滑油隔开，板A沿x轴方向以速度v移动； 另一板B为

10、静止。再假定油在两平板间沿 z轴方向没有流动 (可视此运动副在z轴方向的尺寸为无限大)。现从层流运动 的油膜中取一微单元体进行分析。 根据x方向的平衡条件,得 整理后得 根据牛顿流体摩擦定律,得 代入上式得 上式表示了压力沿x 轴方向的变化与速度沿y轴方向的变化关系。 下面进一步介绍流体动力润滑理论的基本方程。 1、油层的速度分布 将上式改写成 根据边界条件决定积分常数C1及C2:当y=0时,v= V; y=h(h为相应于所取单元体处的油膜厚度)时,v=0, 对y 积分整理后得 由上可见,v由两部分组成：式中前一项表示速度呈线 性分布，这是直接由剪切流引起的；后一项表示速度呈抛 物线分布，这是

11、由油流沿x方向的变化所产生的压力流所 引起的。 2、润滑油流量 当无侧漏时,润滑油在单位时间内流经任意截面上单位宽 度面积的流量为 将油层速度代入并积分得 该式为一维雷诺方程。 当润滑油连续流动时,各截面的流量相等,由此得 3 0 6 h hh v x p 形成流体动力润滑(即形成动力油膜)的必要条件是： 相对运动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙。 被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动 速度，运动方向为使油从大口流进,小口流出。 润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。 动画演示 二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 当轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦 接触。此时，两表面间自然形

12、成一收敛的楔形空间。当轴颈 开始转动时，速度极低，带入轴承间隙中的油量较少，这时 轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫 使轴颈在摩擦力作用下沿孔壁向右爬升(图b)。随着转速的增 大，轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空间的油量也逐渐 加多。这时，右侧楔形油膜产生了一定的动压力，将轴颈向 左浮起。当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心 位置上(图c)。这时，轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生 的动压力与外载荷F相平衡。此时，由于轴承内的摩擦阻力仅 为液体的内阻力，故摩擦系数达到最小值。 动画演示 三、径向滑动轴承的几何关系和承载能力 1、几何关系 直径间隙： dD 半径间隙：

13、 rR 偏心率： rd 偏心距： 1 ooe 相对间隙： /ex 最小油膜厚度：hmin=- e=(1-)=r(1-) hmin hmin=S(Rz1+Rz2) 宽径比=B/d F C dB F 2 2/ 2/ 321 2 11 3 B B F dZfdfdf B C CF承载量系数 hmin越小（x越大）， B/d越大，CF越大， 轴承的承载能力F越 大。 2、油膜承载能力 动画演示 四、轴承的热平衡计算 轴承工作时，摩擦功耗将转变为热量，使润滑油温度 升高。如果油的平均温度超过计算承载能力时所假定的数 值，则轴承承载能力就要降低。因此要计算油的温升t， 并将其限制在允许的范围内。 为了保证

14、轴承的承载能力，建议平均温度不超过75。设 计时，通常先给定tm，再求出t，然后校核油的入口温度ti 若t1(3545), 热平衡易建立，则应降低tm，再行计算。 若t180易过热失效，改变相对间隙和油的粘度重新计算 五、轴承参数选择 相对间隙：相对间隙是影响轴承工作性能的一个主要参 数。 宽径比B/d：宽径比对轴承承载能力、耗油量和轴承温升 影响很大。 润滑油粘度：粘度大，则轴承承载能力高，但摩擦功耗 大，油流量小，轴承温升高。 轴承表面粗糙度：轴承最小油膜厚度hmin受轴承表面粗 糙度的限制。 六、设计方法 1）初步确定设计方案 根据轴颈直径d、转速n及轴上外载荷F等工作条 件，参考有关经验数据，