第8章_滑动轴承(1)

1、第第8章章 滑动轴承滑动轴承 8-1 轴承概述轴承概述 8-2 滑动轴承的典型结构滑动轴承的典型结构 8-3 滑动轴承的失效形式及常用材料滑动轴承的失效形式及常用材料 8-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 8-5 滑动轴承润滑剂的选择滑动轴承润滑剂的选择 8-6 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 8-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 8-8 其它形式滑动轴承简介其它形式滑动轴承简介 教学基本要求 重点与难点 了解摩擦状态、滑动轴承的类型、特点和应用 了解滑动轴承的结构、材料及润滑 掌握滑动轴承的失效形式及设计准则 掌握

2、油膜承载机理及液体滑动轴承的设计计算方法 滑动轴承的失效形式及设计准则 压力油膜承载机理 分分 类类 滚动轴承滚动轴承 轴承的功用：轴承的功用：用来用来支承轴及轴上零件支承轴及轴上零件 。 滑动轴承滑动轴承 优点多，应用广优点多，应用广 用于高速、高精度、重载、用于高速、高精度、重载、 结构上要求剖分等场合。结构上要求剖分等场合。 8-1 轴承概述轴承概述 1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。 2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。 3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。具有一定的支承精度，保证被支承零

3、件的回转精度。 一、轴承的基本要求一、轴承的基本要求 二、轴承的分类二、轴承的分类 按摩擦按摩擦 性质分性质分 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)轴承 向心(径向)轴承 推力(止推)轴承 非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承 液体摩擦滑动轴承液体摩擦滑动轴承 设计：潘存云 设计：潘存云 设计：潘存云 1. 干摩擦干摩擦 固体表面直接接触，因而固体表面直接接触，因而 不允许出现干摩擦！不允许出现干摩擦！ 2. 边界摩擦边界摩擦 摩擦状态摩擦状态 功耗功耗 磨损磨损 温度温度 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度运动副表面有一层厚度1 m的薄油的薄油 膜

4、，不足以将两金属表面分开，其表膜，不足以将两金属表面分开，其表 面微观高峰部分仍将相互搓削。面微观高峰部分仍将相互搓削。 比干摩擦的磨损轻比干摩擦的磨损轻，f 0.1 0.3v 有一层压力油膜将两金属表面隔开，有一层压力油膜将两金属表面隔开， 彼此不直接接触。彼此不直接接触。 3. 液体摩擦液体摩擦 摩擦和磨损极轻摩擦和磨损极轻，f 0.001 0.01 v v v f n/p o 在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。 边界摩擦边界摩擦 混合摩擦混合摩擦 液体摩擦液体摩擦 摩擦特性曲线摩擦特性曲线 称无量纲参数称无量纲参数n/p为轴承为轴承特性数

5、。特性数。 -动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数 液体润滑滑动轴承按油膜形成原理可分为液体润滑滑动轴承按油膜形成原理可分为 1、静压轴承 2、流体动压润滑轴承 无外部压力源，油膜靠摩擦面的相对运动而自动形成。 特点：特点： 1、寿命长、宜于高速； 2、耐冲击、振动；油膜吸振作用； 3、结构简单，可用于曲轴； 4、承载能力高（重载） 缺点：起动阻力大，润滑、维护较滚动轴承复杂。 外部一定压力的流体进入摩擦面，建立压力油膜。 三、滑动轴承的应用领域三、滑动轴承的应用领域 1.1.工作转速特高的轴承，工作转速特高的轴承，汽轮发电机汽轮发电机； 2.2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，要求对轴的支承

6、位置特别精确的轴承，如精密磨床如精密磨床； 3.3.特重型的轴承特重型的轴承，如水轮发电机，如水轮发电机； 4.4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如，如破碎机破碎机； 5.5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承，如曲轴轴承； 6.6.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承，在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承， 如舰艇螺旋桨推进器的轴承如舰艇螺旋桨推进器的轴承； 7.7.轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。 如多辊轧钢机。如多辊轧钢机。 四、滑动轴承的设计内容四、

7、滑动轴承的设计内容 轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择； 轴承的结构参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴轴承的结构参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴 承工作能力及热平衡计算。承工作能力及热平衡计算。 四、润滑油主要特性四、润滑油主要特性 1、粘度：流体抵抗变形能力，衡量流体内摩擦阻力大 小的指标。 粘度 摩擦力发热 y u A F 动力粘度 Pas（泊P） 2、（润滑剂）油性 油吸附于摩擦表面的性能，边界润滑取决于油 的吸附能力。 工业上常用运动粘度： sm / 2 （斯St） P73对于层流（牛顿流体）： 3、粘度的测定粘度的测定3种方法

8、3种单位 动力粘度 (绝对粘度） 运动粘度 : 流体动力粘度与同温度下流体密度的比值。 恩氏粘度 E Et t 相对粘度 相对粘度 1 Pa.s = 1 N.s / m2国际单位制 P(泊泊) 物理单位 1 Pa.s = 10 P 1P= 100 cP = ( Pa.s) / (kg/m3 ) m2 /s t t c c = 0.0064 E Et t 0.0055 / E Et t 常用斯St 1St = 1 cm2 /s = 100 cSt (1)动力粘度：t是二液体层相距1厘米，其面积各为1(平方厘米)相对移 动速度为1厘米/秒时所产生的阻力，单位为克/里米秒。1克/厘米秒=1 泊一般：

9、工业上动力粘度单位用泊来表示。 在温度t时，运动粘度用符号表示，在国际单位制中，运动粘度单位 为斯，即每秒平方米(m2/s)，实际测定中常用厘斯，(cst)表示厘斯的单 位为每秒平方毫米(即 1cst=1mm2/s)。运动粘度广泛用于测定喷气燃料 油、柴油、润滑油等液体石油产品深色石油产品、使用后的润滑油、原 油等的粘度，运动粘度的测定采用逆流法 是一定量的试样，在规定温度(如：50、80、100)下，从恩氏粘 度计流出200毫升试样所需的时间与蒸馏水在20流出相同体积所需要 的时间(秒)之比。温度t时，恩氏粘度用符号Et表示，恩氏粘度的单位 为条件度。 转速高、压力小时，油的粘度应低一些；

10、反之，粘度应高一些。 高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。 4 4、选择原则、选择原则 五、润滑脂 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜， 承载能力大，但性能不稳定，摩擦功耗大 。 适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载、 温度变化不大 以及作摆动运动的 轴承中。 性能指标：针入度和滴点。 一、一、 向心滑动轴承向心滑动轴承 组成：组成：轴承座、轴套或轴瓦等。轴承座、轴套或轴瓦等。 8-2 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 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

11、机器中。 2)2) 因磨损而造成的间隙无法调整。因磨损而造成的间隙无法调整。 3)3) 只能沿轴向装或拆。只能沿轴向装或拆。 1) 整体式向心滑动轴承整体式向心滑动轴承 轴承座轴承座 特点：特点： 将轴承座或轴瓦分开将轴承座或轴瓦分开 制造，两部分用螺栓制造，两部分用螺栓 联接。联接。 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 2) 剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承 特点：特点：结构复杂，可结构复杂，可 以调整因磨损而造成以调整因磨损而造成 的间隙，安装方便。的间隙，安装方便。 榫口榫口 潘存云教授研制 潘存云教授研

12、制 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 结构形式：结构形式： 潘存云教授研制 2 1 F 1 F 2 F 2 1 F 2 1 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，润滑利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑 方便，广泛用于低速、轻载的场合。方便，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

13、的承载能力比单环式低各环间载荷分布不均，其单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块。其数量在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形块。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

14、8-3 滑动轴承的失效形式及常用材料滑动轴承的失效形式及常用材料 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动，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。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观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。轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。 胶合胶合-当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供当瞬时温升过高，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，造成轴承油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成

15、轴承 损伤。损伤。 疲劳剥落疲劳剥落-在载荷的反复作用下，轴承表面出现与滑在载荷的反复作用下，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，所生成的酸性物质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。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

16、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 潘存云教授研制 汽车用滑动轴承故障原因的平均比率汽车用滑动轴承故障原因的平均比率 其它其它气蚀气蚀制造精度低制造精度低腐蚀腐蚀故障原因故障原因 6.06.08.18.115.915.911.111.138.338.3比率比率 6.7

17、6.72.82.85.55.55.65.6比率比率 超载超载对中不良对中不良安装误差安装误差润滑油不足润滑油不足不干净不干净故障原因故障原因 二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料 ( (一一) )轴承材料性能的要求轴承材料性能的要求 1) 1) 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。 2) 2) 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。 3) 3) 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。 4) 4) 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

18、初始配合不良的能力。面初始配合不良的能力。 5) 5) 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面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。发生刮伤或磨粒磨损的性能。 6) 6) 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。合的表面形状和粗糙度的能力。 轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦 部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。 工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属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。组合在一起，性能上取长补短。 轴

19、承衬轴承衬 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热 性、工艺性和经济性。性、工艺性和经济性。 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。 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 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 木材木材 ( (二二) )常用轴承材料常用轴承材料 潘存云教授研制 潘存云教授研制 1) 轴承合金（白合金、巴氏合金）轴承合金（白合金、巴氏合金） 是锡、铅、锑、铜等金属

20、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：t6.5 0.5 60 26.5 0.5 60 2号压延机脂号压延机脂 注：注：1)在潮湿环境，温度在在潮湿环境，温度在75120的条

21、件下，应考虑选用钙的条件下，应考虑选用钙-钠基润滑脂；钠基润滑脂； 2)在潮湿环境，温度在在潮湿环境，温度在75以下，没有以下，没有3号钙基脂时也可以用铝基脂；号钙基脂时也可以用铝基脂； 3)工作温度在工作温度在110120可选用锂基脂或钡基脂；可选用锂基脂或钡基脂； 4)集中润滑时，稠度要小些。集中润滑时，稠度要小些。 潘存云教授研制 但但p 10 Mpa时可忽略。时可忽略。变化很小 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 8080

22、 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、转速低的轴承，载荷大、转速低的轴承， 宜选用粘度大的油；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； 粘粘-温温图图 L-TSA32 L-TSA32 L-TSA32 L-TSA32 二、润滑油及其选择二、润滑油及其选择 3)高温时，粘度应高一些；高温时，粘度应高一些； 低温时，粘度可低一些。低温时，粘度可低一些。 潘存云教授研制 表表8-5 8-5 滑动轴承润滑油的选择滑动轴承润滑油的选择 0.1 L- -AN68、110、1

23、50 9.0 L- -AN7、10、15 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 m/s p 3 Mpa m/s p (37.5) Mpa 注：注： 1）表中润滑油是以）表中润滑油是以40时的运动粘度为基础的牌号时的运动粘度为基础的牌号 2）不完全液体润滑，工作温度）不完全液体润滑，工作温度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，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。 使用方式：使用方式：

24、 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 三、固体润滑剂及其选择三、固体润滑剂及其选择 特点特点：可在滑动表面形成固体膜。可在滑动表面形成固体膜。 8-6 非液体摩擦滑动轴承的设计计算非液体摩擦滑动轴承的设计计算 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 承得不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，承得不到足够的润滑剂，故无法形成完全的

25、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，即磨损和胶合。边界油膜破裂，即磨损和胶合。 设计准则设计准则：保证边界膜不破裂。保证边界膜不破裂。因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和 轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关，目 前尚无精确的计算方法，但一般可作条件 性计算。 校核内容：校核内容： 验算摩擦发热验算摩擦发热pvpv； 验算滑动速度验算滑动速度vv。 ，p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心， 受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或 pv可能不足，故应校核滑动速度v 。 fpv是摩擦力，限制pv 即间接限制摩擦发

26、热。 验算平均压力验算平均压力 p p，以保证强度要求；，以保证强度要求； 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的设计计算 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/min)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； l -轴瓦宽度，轴瓦宽度， p-许用压强。许用压强。见下页 p= p F dl F d n pv轴承材料的许用值。轴承材料的许用值。见下页 pv = F dl dn 60 1000 pv n轴速度

27、，轴速度，m/s； ：，。 ：限制：限制pvpv是为了是为了。 潘存云教授研制 3.验算滑动速度验算滑动速度v 表表8-2 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 150

28、HBS150HBS 150HBS150HBS 45HBC45HBC 45HBC45HBC 45HBC45HBC 150150 150150 280280 280280 280280 2727 3030 90908080 65656060 110110 100100 1515 1515 8 8 1515 1010 1515 1515 1212 v材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度v v ：。 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 二、二、止推滑动轴承的计算止推滑动轴承的计算 kddz F p a )( 4 2 1 2 2 p

29、 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50%。 Fa d1 d2 Fa d1 d2 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/min) 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pvm值值 2100060 )( 21 ddn v m )(30000 12 pv ddz nF pv a m z-轴环数轴环数 表表8-7 8-7 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

30、 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 7.58.0 淬火钢淬火钢 1215 Mpa.m/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 F F F F 先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，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。 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

31、 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。 v 潘存云教授研制 F v vv h1 a a h2 c c vv h0 b b F 一、动压润滑的形成原理和条件一、动压润滑的形成原理和条件 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

32、压油膜动压油膜-因运动而产 生的压力油膜。 8-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 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。 潘存云教授研制 二、二、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 为了得到简化形

33、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 ；= du d y

34、B 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； V A x z y 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: +d p+dp p 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

35、=0 0 C1= h +h + 2 1 dx dp h v 代入得：代入得： u= (y2- - hy) + 2 1 dx dp v v h y- -h B A x z yV 潘存云教授研制 vv F a a c c x z y 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：-

36、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 二、油楔承载机理二、油楔承载机理 油压变化与、v、h有关 p 积分油膜承载能力 平衡外载 当hh0时，0 x p ，油压为减函数； 当h=h0时， 0 x p ，p=pmax； 当hh0时，0 x p ，油压为增函

37、数。 可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大于入口、 出口处油压正压力承载。 vv F a a c c x z y pmax x p h0 b b =6v dx dph0- -h h3 由由- 一维雷诺方程一维雷诺方程 任何截面处h=h0， x p =0，不能产生高于出口、入口处的 油压不能承载。 进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负压） 不能承载，相反使两表面相吸。 若二板平行： v 若二滑动表面为扩散形： v 1、润滑油有一定。 2、有一定。承载能力v； 3、相对滑动面之间必须形成， 即：油从大口流进，小口流出。 （入口、出口处p油楔内p） x p ，承载能力。 结论： 潘存云教授研

38、制 轴颈相对于轴瓦始终存在偏心，所以这种轴承的旋轴颈相对于轴瓦始终存在偏心，所以这种轴承的旋 转精度和稳定性差。转精度和稳定性差。 在轴开始旋转和停止转到时，在轴开始旋转和停止转到时，n低，带油量少，是混低，带油量少，是混 合或边界摩擦，处于非液体摩擦状态，受合或边界摩擦，处于非液体摩擦状态，受p、v及及pv约束。约束。 轴承工作能力取决于轴承工作能力取决于hlim，它与，它与、和和F等有关，等有关， 应应 保证保证 hlimh。 轴承工作时有摩擦，引起轴承温升，故需要热平衡计算轴承工作时有摩擦，引起轴承温升，故需要热平衡计算 F Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0 径向滑动轴承动

39、压油膜的形成过程：径向滑动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 a hlim 潘存云教授研制 三、三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数径向滑动轴承的几何关系和承载量系数 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 hlim 稳定工作位置如图所示稳

40、定工作位置如图所示 ，连心线与外载荷的方向形成一偏位角，连心线与外载荷的方向形成一偏位角， e a h0 设孔轴半径为：设孔轴半径为：R, r 直径为：直径为： 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 2 2 sin1cos R e Rehr解得： h D d 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： 2 2 sin R e )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

41、油膜厚度：压力最大处的油膜厚度： )cos1 ( 00 h 0为压力最大处的极角。为压力最大处的极角。 =6v dx dph0- -h h3 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 3 0 0 2 )cos1 ( )cos(cos 6 d dp 积分得：积分得： 1 3 0 0 2 )cos1 ( )cos(cos 6dp 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()(180cos aay ppp 在外载荷方向的分量：在外载荷方向的分量： rdprdpp ayy )cos( 2 1 2 1 dd r a )cos( )c

42、os1 ( )cos(cos 6 2 11 3 0 0 2 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布。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 2 2 1 l z Cpp yy 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为取决于宽径比和偏心为取决于

43、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 p l l y C vl dzpF 2 2/ 2/ 2 1 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。 d D F y z B B 或或 vl F dl F CP 2 22 解释这些参数的含义 潘存云教授研制 潘存云教授研制 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

44、比l/d有关。有关。 F d D B B B B F d D B/d=1/4 F d D B/d=1/3 F d D B/d=1/2 F d D B/d=1 潘存云教授研制 F d D l/d= 表表8-8 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Cp 四、最小油膜厚度四、最小油膜厚度 在其他条件不变时，在其他条件不变时，x增大，增大，hmin下降，下降，Cp增大，油增大，油 压压p增大，承载能力变大，即增大，承载能力变大，即hmin下降，承载能力变大，下降，承载能力变大， 但但hmin不是无限缩小的，它受轴颈和轴承表面加工不平不是无限缩小的，它受轴颈和轴承表面加工不平 度、轴

45、的刚性及轴承与轴颈的几何误差等的限制，后度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何误差等的限制，后 两个因素较小，可忽略。两个因素较小，可忽略。 所以，形成流体动压润滑的充分条件为：所以，形成流体动压润滑的充分条件为： hminh 所以，油膜不至于破坏的条件为：所以，油膜不至于破坏的条件为：hminh 考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等 其中：其中： h=S(Rz1+Rz2) 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=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，1.6 m和和3.2m。 重要轴承可

46、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 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。分别为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 五、轴承的热平衡计算五、轴承的热平衡计算 热平衡方程：产生的热量热平衡方程：产生的热量=散失的热量散失的热量 H=H1+H2 其中，摩擦热：其中，摩擦热： H=fpv W 式中式中: Q -耗流量耗流量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. )； t0 -油出口温度油出口温度 ； t1 -油入口温度油入口温度 ； s -表面传热系数表面传热系

47、数 W/(m2. )。 滑油带走的热：滑油带走的热：H1 = Qc(to-t1) W 轴承散发的热：轴承散发的热： H2 =sdl (to-t1) W 潘存云教授研制 温升公式：温升公式： vvld q c p f ttt 3 10 vld q 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 0.24 0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 q vld =0.4 l d 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. 0 p f

48、 系数系数与宽径比有关，与宽径比有关，若若l/d 3540时，表明轴承承载能力有冗余，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 3540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

49、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 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 ； 六、轴承参数的选择六、轴承参数的选择 取值范围：取值范围：l/d=0.31.5 影响效果：影响效果：l/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； l/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l/d 应

50、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

51、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。 0.00020.00125-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： 9/31 9/4 10 )60/(n 3、润滑油粘度润滑油粘度 6/7 3/1 10 )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=5075 ，计

52、算所得应在：，计算所得应在： ti= 3540 ； 初始计算时，可取：初始计算时，可取： 七、液体七、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 保证在平均油温保证在平均油温 tm下下 hmin h a) 选择轴承材料，验算选择轴承材料，验算 p、v、pv。 b) 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() 。 c) 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()。 d) 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(h)。 极限工作能力校核极限工作能力校核 a) 根据直径间隙根据直径间隙()，选择配合。，选择配合。 b) 根据最大间隙根据最大间隙(max)和最小间隙和最小间隙(min) ，校核轴，校核轴