第12章滑动轴承

1、第第12章章 滑动轴承滑动轴承 12.112.1 滑动轴承的特点、类型及应用滑动轴承的特点、类型及应用 12.2 12.2 滑动轴承的材料及润滑滑动轴承的材料及润滑 12.4 12.4 液体润滑滑动轴承简介液体润滑滑动轴承简介 12.3 12.3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算计算非液体摩擦滑动轴承的设计计算计算 本章概要：本章主要介绍滑动轴承的类型、特点及本章概要：本章主要介绍滑动轴承的类型、特点及 应用；滑动轴承的材料与润滑；非液体摩擦滑动轴应用；滑动轴承的材料与润滑；非液体摩擦滑动轴 承的计算和液体动压润滑形成原理等内容。承的计算和液体动压润滑形成原理等内容。 12.1.1 12.112.

2、1 滑动轴承的特点、类型及应用滑动轴承的特点、类型及应用 应用实例：应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电 机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用 滑动轴承。滑动轴承。 滑动轴承的特点、应用滑动轴承的特点、应用 滑动轴承的主要优点滑动轴承的主要优点：1）普通滑动轴承结构简单，）普通滑动轴承结构简单， 制造、装拆方便；制造、装拆方便；2）具有良好的耐冲击性和吸振）具有良好的耐冲击性和吸振 性；运转平稳，旋转精度高；性；运转平稳，旋转精度高；3）高速时比滚动轴）高速时比滚动轴 承的寿命长；承的寿命长；

3、5）可做成剖分式。）可做成剖分式。 滑动轴承的主要缺点滑动轴承的主要缺点：1）维护复杂；）维护复杂；2）对润滑）对润滑 条件要求高；条件要求高；3）边界润滑时轴承的摩擦损耗较大。）边界润滑时轴承的摩擦损耗较大。 12.1.2 滑动轴承的类型滑动轴承的类型 分分 类类 按受载按受载 方向分方向分 按润滑按润滑 状态分状态分 向心推力(径向止推)滑动轴承滑动轴承轴承 向心(径向)滑动轴承滑动轴承轴承 推力(止推)滑动轴承滑动轴承轴承 非液体润滑滑动轴承非液体润滑滑动轴承 液体润滑滑动轴承液体润滑滑动轴承 干摩擦滑动轴承干摩擦滑动轴承 一、一、 向心滑动轴承向心滑动轴承 组成：组成：轴承座、轴套或轴

4、瓦、联接螺栓等。轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。 整体式向心滑动轴承整体式向心滑动轴承 剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承 榫口榫口 螺纹孔螺纹孔 轴承座轴承座 轴承轴承 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 薄壁轴瓦薄壁轴瓦 轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分 布在整个轴径上。布在整个轴径上。 进油孔进油孔 油沟油沟 F 厚壁轴瓦厚壁轴瓦 整体轴套整体轴套卷制轴套卷制轴套 作用：作用：用来承受轴向载荷用来承受轴向载荷 二、二、 推力滑动轴承推力滑动轴承 结构特点：结构特点： 在轴的端面、轴肩

5、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 材材 料料 要要 求：求： 12.2 12.2 滑动轴承的材料及润滑滑动轴承的材料及润滑 1）摩擦系数小；）摩擦系数小； 2）导热性好，热膨胀系数小；）导热性好，热膨

6、胀系数小； 3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强； 4）有足够的机械强度和塑性。）有足够的机械强度和塑性。 能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。 工程上常用浇铸或压合的方法将两种不工程上常用浇铸或压合的方法将两种不 同的金属组合在一起，性能上取长补短。同的金属组合在一起，性能上取长补短。 轴承衬轴承衬 一、轴承合金（白合金、巴氏合金）一、轴承合金（白合金、巴氏合金） 1）锡锑轴承合金）锡锑轴承合金 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、

7、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。 12.2.1 12.2.1 滑动轴承的材料滑动轴承的材料 2）青铜）青铜 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 优点：优点：青铜强度高、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

8、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或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。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）具有特殊性能的轴承材料）具有特殊性能的轴承材料 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。 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

9、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。 塑料轴承：塑料轴承：具有摩擦系数低、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。 运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀 系数比金属大， 油自动进入摩擦表 面起到润滑作用。含油轴承加一次油， 可使用较长时间。 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。 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

10、陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。 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 ZCuAl10Fe3 p Mpa pv Mpa.m/s 平稳平稳 冲击冲击 25 20 20 15 HBS 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 150HBS150HBS 150HBS150HBS 45HBC45HBC 45HBC45H

11、BC 45HBC45HBC 150150 150150 280280 280280 280280 2727 3030 90908080 65656060 110110 100100 1515 1515 8 8 1515 1010 1515 1515 1212 12.2.2 12.2.2 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 一、一、 润滑剂润滑剂 作用：作用：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 固体固体润滑剂润滑剂 1. 润滑油润滑油 在用的大部分润滑油为矿物油（

12、石油） 粘度粘度-重要参数重要参数 在轴承中，润滑油最重要的物理参数 是粘度，它是选择润滑油的主要依据。 粘度表征液体流动的内摩擦特性。 A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水 平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附 作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的 液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。 液体层与层之间摩擦切应力：液体层与层之间摩擦切应力： = du dy - 牛顿液体流动定律牛顿液体流动定律 -液体的液体的动力粘度，动力粘度，简称简称粘度粘度量纲：量纲：力力时间时间/ /长度长度2 单位：单位：N s /m/m2 (Pa ss) 或泊：或泊：1P=1 dyn s /cm/

13、cm2 运动粘度：运动粘度： = 单位：单位： m m2 / / s 或斯或斯St：cmcm2 / /s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt 实验结果：实验结果： ox y y dy du 分析位置y处薄层的受力 A B 我国石油产品是用运动粘度标定的 常用常用润滑油的主要性质常用常用润滑油的主要性质 名名 称称 全损耗全损耗 系统用油系统用油 GB443-89 汽轮机油汽轮机油 GB11120-89 代代 号号 40 的粘度的粘度 mm2/s L- -AN7 6.127.48 - -10 110 凝点凝点 C 闪点闪点(开式开式) C 用于高速底负荷机械、用于高

14、速底负荷机械、 精密机床、纺织纱锭的精密机床、纺织纱锭的 润滑和冷却。润滑和冷却。 普通机床的液压油。普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、用于一般滑动轴承、 齿轮、蜗轮的润滑齿轮、蜗轮的润滑 用于重型机床导轨、用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑。矿山机械的润滑。 用于汽轮机、发电机等用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承小型液体润滑轴承 L-AN100 90110 0 210 L- -AN10 9.011.0 - -10 125 L- -AN15 13.516.5 - -10 165 L- -AN32 28.832.2 - -10 170 L- -A

15、N46 41.450.6 - -10 180 L- -AN68 61.274.8 - -10 190 L-TSA32 28.835.2 - -7 180 L-TSA46 41.450.6 主要用途主要用途 0.080.08 0.070.07 0.060.06 0.050.05 0.040.04 0.030.03 0.020.02 0.010.01 3030 4040 50506060 7070 8080 9090 2.2. 润滑脂润滑脂 润滑油的特性：润滑油的特性： 1）温度）温度 t 2）压力）压力p 选用原则：选用原则： 1) 载荷大、温度高的轴承，载荷大、温度高的轴承， 宜选用粘度大的油

16、；宜选用粘度大的油； 2) 载荷小、转速高的轴承，载荷小、转速高的轴承， 宜选用粘度小的油；宜选用粘度小的油； -润滑油与各种稠化剂润滑油与各种稠化剂 （钙、钠、铝、锂等金属（钙、钠、铝、锂等金属 皂）混合稠化而成。皂）混合稠化而成。 优点：优点：密封简单、不需要经密封简单、不需要经 常添加、不易流失；对速度常添加、不易流失；对速度 和温度不敏感，适用范围广。和温度不敏感，适用范围广。 但但p 350 才开始氧化，才开始氧化， 可在水中工作。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

17、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 二、润滑装置二、润滑装置 1. 油杯油杯 针阀针阀 式油式油 杯杯 旋盖式油杯旋盖式油杯 脂用 压注式油杯压注式油杯 弹簧弹簧 盖油盖油 杯杯 2. 油环油环 一、一、 向心轴承向心轴承 在在油、脂油、脂中加入少量中加入少量石墨石墨或或二流化钼二流化钼粉末，形成边界粉末，形成边界 油膜，填平粗糙表面而减少磨损。不能完全排除磨损。油膜，填

18、平粗糙表面而减少磨损。不能完全排除磨损。 1. 轴承的压强轴承的压强p F-径向载荷，径向载荷，B-轴瓦宽度，轴瓦宽度，d-轴径，轴径，p-许用压强。许用压强。 12.3 12.3 非液体摩擦滑动轴承的设计计算计算非液体摩擦滑动轴承的设计计算计算 限制轴承压强p，以保证润滑油不被过大的压 力挤出，从而避免轴瓦产生过渡的磨损。 p= p F Bd 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 ZC

19、uSn5Pb5Zn5 铸铝青铜铸铝青铜 ZCuAl10Fe3 p Mpa pv Mpa.m/s 平稳平稳 冲击冲击 25 20 20 15 HBS 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 150HBS150HBS 150HBS150HBS 45HBC45HBC 45HBC45HBC 45HBC45HBC 150150 150150 280280 280280 280280 2727 3030 90908080 65656060 110110 100100 1515 1515 8 8 1515 1010 1515 1515 1212 2. 轴承的轴承的pv值值 压强

20、限制p以保证润滑剂不被挤出 n-转速，转速，pv-许用值。许用值。 pv = F Bd dn 60 1000 pv pv与功耗成正比，它表征了轴承的发热因素， pv越大，温升越高，越容易引起油膜的破裂 二、二、 推力轴承推力轴承 z-轴环数轴环数, pvm=pv zdd F p )( 4 2 1 2 2 p 考虑承载的不均匀性，考虑承载的不均匀性， p、pv应降低应降低2040% F d1 d2 F d1 d2 12.4.1 动压润滑的形成和原理和条件动压润滑的形成和原理和条件 12.4 12.4 液体润滑滑动轴承简介液体润滑滑动轴承简介 F F F F 先分析平行板的情况。板B静止，板A以速

21、度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量 相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。 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！ v vv h1 a a h2 c c 如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进 油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进 油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外

22、载荷平衡，板A不会下沉。这 说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形， 中间必有一个位置呈三角形分布。 动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。 v vv h0 b b F F 形成动压油膜的必要条件：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。其运动芳方向必两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必 须保证润滑油从大截面流进，从小截面出

23、来。须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0 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： 静止静止 爬升爬升 将轴起抬将轴起抬 转速继续升高 质心质心左移左移 稳定运转稳定运转达到工作转速 e -偏心距偏心距 e B 流体动压润滑的基本方程流体动压润滑的基本方程 假设条件：假设条件： 1.Z向无限长，润滑油在向无限长，润滑油在Z向没有流动；向没有流动； 2.压力压力 p 不随不随 y 值的大小而变化；值的大小而变化； 3.润滑油粘度润滑油粘度 不随压力而变化；不随压力而变化； 4.润滑油处于层流状态。润滑油处于层流状态。 取微单元进

24、行受力分析取微单元进行受力分析: +d p+dp p A x z y pdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0 = d d ydx dp dy du = 整理后得：整理后得： 又有：又有： = dx dp d2u d 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 2 1 dx dp 边界条件：边界条件：当当y=0时，时，u=- -v C2 = - -v 当当y=h时，时，u=0 0 C1= h +h + 2 1 dx dp h v vv F a a c c x z y 代入得：

25、代入得： u= (y2- - hy) + 2 1 dx dp v v h y- -h 212 1 3 0 hv h dx dp udyq h x 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 0 2 1 vhq x b- -b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： =6v dx dph0- -h h3 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=f(x) 在在b-b处：处：h=h0， p=pmax 速度梯度速度

26、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。 pmax x p h0 b b 液体动压多油楔轴承简介液体动压多油楔轴承简介 将轴瓦内孔做成特殊形状，以产生多个动压油膜，提将轴瓦内孔做成特殊形状，以产生多个动压油膜，提 高轴承的高轴承的工作稳定性工作稳定性和和旋转精度旋转精度。 一、椭圆轴承一、椭圆轴承 特点：特点：形成两个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗加形成两个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗加 大、供油量增大、承载能力降低。大、供油量增大、承载能力降低。矢量之合 二、三油楔轴承二、三油楔轴承 特点：特点：形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。 摩擦