第十二章 滑动轴承

1、CHAPTER 12 滑动轴承滑动轴承 概概 述述 12-1 一、轴承的类型和应用一、轴承的类型和应用 1、轴承的类型、轴承的类型 滑动轴承滑动轴承 滚动轴承滚动轴承 滑动轴承：滑动轴承：应用于以下场合：应用于以下场合： 工作转速特高（如航空发动机附件）工作转速特高（如航空发动机附件） 特大冲击与振动（如铁路机车）特大冲击与振动（如铁路机车） 径向空间尺寸受到限制（如轧钢机）径向空间尺寸受到限制（如轧钢机） 必须剖分安装（如曲轴的轴承）必须剖分安装（如曲轴的轴承） 需在水或腐蚀介质中工作（如汽轮机、内燃机等）需在水或腐蚀介质中工作（如汽轮机、内燃机等） 根据摩擦性质根据摩擦性质 滚动轴承：滚动

2、轴承：由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已标准化，由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已标准化， 选用、润滑、维护都很方便，因此应用较广。选用、润滑、维护都很方便，因此应用较广。 2、应用应用 二、滑动轴承的类型二、滑动轴承的类型 1、按承受载荷方向、按承受载荷方向 径向轴承径向轴承承受径向载荷承受径向载荷 止推轴承止推轴承 承受轴向载荷承受轴向载荷 2、根据滑动表、根据滑动表 面间润滑状态面间润滑状态 液体润滑轴承液体润滑轴承 不完全液体润滑轴承：不完全液体润滑轴承： 自润滑轴承自润滑轴承 3、根据液体润滑承载机理、根据液体润滑承载机理 液体动压轴承液体动压轴承 液体静压轴承液体静压轴承 滑动

3、表面间处于边界滑动表面间处于边界 润滑或混合润滑状态润滑或混合润滑状态 滑动表面无润滑剂滑动表面无润滑剂 滑动表面为流体润滑滑动表面为流体润滑 三、滑动轴承设计内容三、滑动轴承设计内容 1、轴承的型式和结构、轴承的型式和结构 2、轴瓦的结构和材料选择、轴瓦的结构和材料选择 3、轴承的结构参数、轴承的结构参数 4、润滑剂的选择和供应、润滑剂的选择和供应 5、轴承的工作能力及热平衡计算、轴承的工作能力及热平衡计算 滑动轴承的滑动轴承的 主要结构型式主要结构型式 12-2 一、整体式径向滑动轴承一、整体式径向滑动轴承 特特 点点应应 用用 结构简单，成本低廉结构简单，成本低廉 磨损间隙无法调整磨损间

4、隙无法调整 装拆不方便装拆不方便 主要用在低速、轻载、间主要用在低速、轻载、间 歇性工作场合，如农业机歇性工作场合，如农业机 械、手工机械等械、手工机械等 二、对开式滑动轴承二、对开式滑动轴承 剖分面常作成阶剖分面常作成阶 梯形，以便对中梯形，以便对中 和防止横向错动和防止横向错动 下轴瓦：下轴瓦： 承受载荷承受载荷 上轴瓦：不上轴瓦：不 承受载荷承受载荷 润滑油通过油孔和润滑油通过油孔和 油槽流进轴承间隙油槽流进轴承间隙 二、对开式滑动轴承二、对开式滑动轴承 特点：装拆方便，易于调整轴承间隙，用途较广。特点：装拆方便，易于调整轴承间隙，用途较广。 轴承剖分面轴承剖分面: : 尽量与载荷方向垂

5、直，故多数轴承的剖分面是水平的。尽量与载荷方向垂直，故多数轴承的剖分面是水平的。 当轴承所承受的径向载荷方向不与底座垂直或轴承座的对合当轴承所承受的径向载荷方向不与底座垂直或轴承座的对合 面不宜开在水平方向时，也有做成倾斜的，如倾斜面不宜开在水平方向时，也有做成倾斜的，如倾斜4545。 二、对开式滑动轴承二、对开式滑动轴承 二、对开式滑动轴承二、对开式滑动轴承 调心轴承：调心轴承：用于支承挠度较大或多支点的长轴用于支承挠度较大或多支点的长轴 支承面制成凹球面支承面制成凹球面 轴瓦的瓦背制成凸球面轴瓦的瓦背制成凸球面 二、止推滑动轴承的结构二、止推滑动轴承的结构 Fa Fa FaFa 由轴承座和

6、止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有： 空心式：空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式好。轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式好。 单止推环式：单止推环式：利用轴颈的环形端面作为止推面，结构简单，润滑方便。利用轴颈的环形端面作为止推面，结构简单，润滑方便。 广泛用于低速、轻载的场合。广泛用于低速、轻载的场合。 多止推环式：多止推环式：承载能力大，可承受双向轴向载荷。但各环间载荷分布承载能力大，可承受双向轴向载荷。但各环间载荷分布 不均匀。不均匀。 空心式空心式单止推环式单止推环式 多止推环式多止推环式 止推滑动表面的基本尺寸，见

7、表止推滑动表面的基本尺寸，见表121。 12-3 一、滑动轴承的失效形式一、滑动轴承的失效形式 失效形式失效形式特特 征征 磨粒磨损磨粒磨损 轴承间的硬颗粒对轴颈和轴承表面起研磨作用，导致几何形轴承间的硬颗粒对轴颈和轴承表面起研磨作用，导致几何形 状改变、精度丧失、间隙加大。状改变、精度丧失、间隙加大。 刮刮 伤伤 硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶，在轴承上划出线状伤痕硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶，在轴承上划出线状伤痕 而导致失效。而导致失效。 咬咬 粘粘 （胶合）（胶合） 温升过高、载荷过大、油膜破裂（或供油不足）时，轴颈和温升过高、载荷过大、油膜破裂（或供油不足）时，轴颈和 轴承的相对运动

8、表面材料发生粘附和迁移等。严重时甚至使轴承的相对运动表面材料发生粘附和迁移等。严重时甚至使 运动中止。运动中止。 疲劳剥落疲劳剥落 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。与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。 腐腐 蚀蚀 润滑剂等在使用中不断氧化，使轴承材料腐蚀而形成点状的润滑剂等在使用中不断氧化，使轴承材料腐蚀而形成点状的 脱落。脱落。 二、轴承材料（轴瓦和轴承衬材料的统称）二、轴承材料（轴瓦和轴承衬材料的统称） 1）良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性）良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性

9、 表现为摩擦系数小、磨损率低、耐热性和抗咬粘性高。表现为摩擦系数小、磨损率低、耐热性和抗咬粘性高。 2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性 轴瓦与轴颈表面经短期轴瓦与轴颈表面经短期 轻载运转后，易于形成轻载运转后，易于形成 相互吻合的表面粗糙度。相互吻合的表面粗糙度。 材料容纳硬质颗粒嵌材料容纳硬质颗粒嵌 入，从而减轻轴承滑入，从而减轻轴承滑 动表面发生刮伤或磨动表面发生刮伤或磨 粒磨损的性能粒磨损的性能 材料通过表层弹塑材料通过表层弹塑 性变形来补偿轴承性变形来补偿轴承 滑动表面初始配合滑动表面初始配合 不良的能力不良的能力 3）足够的强度和抗腐蚀能力）足够的

10、强度和抗腐蚀能力 4）良好的导热性、工艺性、经济性等）良好的导热性、工艺性、经济性等 1、轴承材料应具备的性能轴承材料应具备的性能 二、轴承材料二、轴承材料 1、轴承合金：、轴承合金：锡、锑、铜的合金。内含锡锑或铜锡硬晶粒，起耐磨作用。锡、锑、铜的合金。内含锡锑或铜锡硬晶粒，起耐磨作用。 弹性模量和弹性极限很低，嵌入性及摩擦顺应性好，容易和轴颈磨合，但强弹性模量和弹性极限很低，嵌入性及摩擦顺应性好，容易和轴颈磨合，但强 度低，不能单独制作轴瓦，只能贴附在青铜、钢或铸铁轴瓦上作为轴承衬。度低，不能单独制作轴瓦，只能贴附在青铜、钢或铸铁轴瓦上作为轴承衬。 2、铜合金：、铜合金：强度高，耐磨性和减磨

11、性较好。常用青铜，且其中锡青铜耐磨强度高，耐磨性和减磨性较好。常用青铜，且其中锡青铜耐磨 性和减磨性最好。性和减磨性最好。 3、铅基轴承合金：、铅基轴承合金：相当好的耐蚀性和较高的疲劳强度，摩擦性也较好，在相当好的耐蚀性和较高的疲劳强度，摩擦性也较好，在 部分领域取代较贵的轴承合金和青铜。可以制成单金属零件，也可以制成双部分领域取代较贵的轴承合金和青铜。可以制成单金属零件，也可以制成双 金属零件。金属零件。 4、灰铸铁及耐磨铸铁：、灰铸铁及耐磨铸铁：片状或球状石墨在材料表面覆盖后，可以形成一层片状或球状石墨在材料表面覆盖后，可以形成一层 起润滑作用的石墨层，具有一定的减磨性和耐磨性。且石墨能吸

12、附碳氢化合起润滑作用的石墨层，具有一定的减磨性和耐磨性。且石墨能吸附碳氢化合 物，提高边界润滑性能，做轴承材料时，应添加润滑油。物，提高边界润滑性能，做轴承材料时，应添加润滑油。 5、多孔质金属材料：、多孔质金属材料：用不同金属粉末经压制、烧结而成，韧性较小。孔隙用不同金属粉末经压制、烧结而成，韧性较小。孔隙 占体积占体积1035%，使用前浸入热油中，使充满润滑油（又称含油轴承）。具，使用前浸入热油中，使充满润滑油（又称含油轴承）。具 有自润滑性。工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及轴承发热时油的膨胀作用，有自润滑性。工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及轴承发热时油的膨胀作用， 油进入摩擦表面；不工作

13、时，由于毛细管作用，油被吸回轴承内部，可以在油进入摩擦表面；不工作时，由于毛细管作用，油被吸回轴承内部，可以在 相当长时间内不加润滑油而很好工作。相当长时间内不加润滑油而很好工作。 6、非金属材料：、非金属材料：各种塑料（聚合物材料）、碳各种塑料（聚合物材料）、碳-石墨、橡胶以及木材石墨、橡胶以及木材 2、常用轴承材料常用轴承材料 材材 料料 类类 别别 牌牌 号号 （名称）（名称） 最大许用值最大许用值 最高最高 工作工作 温度温度 / 轴颈轴颈 硬度硬度 /HBS 性能比较性能比较 备备 注注 p/ MPa v /m/s pv/ MP am/ s 抗抗 咬咬 粘粘 性性 顺嵌顺嵌 应入应入

14、 性性性性 耐耐 蚀蚀 性性 疲疲 劳劳 强强 度度 锡锡 基基 轴轴 承承 合合 金金 ZSnSb11Cu6 ZSnSb8Cu4 平稳载荷平稳载荷 1501501115 用于高速、用于高速、 重载下工作重载下工作 的重要轴承，的重要轴承， 变载荷下易变载荷下易 于疲劳，价于疲劳，价 贵贵 258020 冲击载荷冲击载荷 206015 铅铅 基基 轴轴 承承 合合 金金 ZPbSb16Sn16Cu2151210 1501501135 用于中速、用于中速、 中等载荷的中等载荷的 轴承，不宜轴承，不宜 受显著冲击。受显著冲击。 可作为锡锑可作为锡锑 轴承合金的轴承合金的 代用品代用品 ZPbSb1

15、5Sn5Cu3Cd2585 表表12-2 常用金属轴承材料性能常用金属轴承材料性能 二、轴承材料二、轴承材料 材材 料料 类类 别别 牌牌 号号 （名称）（名称） 最大许用值最大许用值 最高最高 工作工作 温度温度 / 轴颈轴颈 硬度硬度 /HBS 性能比较性能比较 备备 注注 p/ MPa v /m/s pv/ MP am/ s 抗抗 咬咬 粘粘 性性 顺嵌顺嵌 应入应入 性性性性 耐耐 蚀蚀 性性 疲疲 劳劳 强强 度度 锡锡 青青 铜铜 ZCuSn10P1 （10-1锡青铜）锡青铜） 151015 280 300 400 3511 用于中速、用于中速、 重载及受变重载及受变 载荷的轴承载

16、荷的轴承 ZCuSn5Pb5Zn5 （5-5-5锡青铜）锡青铜） 8315 用于中速、用于中速、 中载的轴承中载的轴承 铅铅 青青 铜铜 ZCuPb30 （10-3铅青铜）铅青铜） 2512302803003442 用于高速、用于高速、 重载轴承，重载轴承， 能承受变载能承受变载 和冲击和冲击 铝铝 青青 铜铜 ZCuAl10Fe3 （10-3铝青铜）铝青铜） 154122803005552 最宜用于润最宜用于润 滑充分的低滑充分的低 速重载轴承速重载轴承 （续表（续表12-2） 二、轴承材料二、轴承材料 材材 料料 类类 别别 牌牌 号号 （名称）（名称） 最大许用值最大许用值 最高最高 工

17、作工作 温度温度 / 轴颈轴颈 硬度硬度 /HBS 性能比较性能比较 备备 注注 p/ MPa v /m/s pv/ MP am/ s 抗抗 咬咬 粘粘 性性 顺嵌顺嵌 应入应入 性性性性 耐耐 蚀蚀 性性 疲疲 劳劳 强强 度度 黄黄 铜铜 ZCuZn16Si4 （16-4硅黄铜）硅黄铜） 122102002005511 用于低速、用于低速、 中载轴承中载轴承 ZCuZn40Mn2 （40-2锰黄铜）锰黄铜） 101102002005511 用于高速、用于高速、 中载轴承，中载轴承， 是较新的轴是较新的轴 承材料，强承材料，强 度高、耐腐度高、耐腐 蚀、表面性蚀、表面性 能好。可用能好。可用

18、 于增压强化于增压强化 柴油机轴承柴油机轴承 铝铝 基基 轴轴 承承 合合 金金 2%铝基铝基 28 35 141403004312 三三 元元 电电 镀镀 合合 金金 铝铝-硅硅-镉镀层镉镀层 14 35 170 200 300 1222 镀铅锡青铜镀铅锡青铜 作中间层，作中间层， 再镀再镀10 30m三元三元 减摩层，疲减摩层，疲 劳强度高，劳强度高， 嵌入性好嵌入性好 （续表（续表12-2） 二、轴承材料二、轴承材料 材材 料料 类类 别别 牌牌 号号 （名称）（名称） 最大许用值最大许用值 最高最高 工作工作 温度温度 / 轴颈轴颈 硬度硬度 /HBS 性能比较性能比较 备备 注注 p

19、/ MPa v /m/s pv/ MP am/ s 抗抗 咬咬 粘粘 性性 顺嵌顺嵌 应入应入 性性性性 耐耐 蚀蚀 性性 疲疲 劳劳 强强 度度 银银镀层镀层 28 35 180 300 400 2311 镀银，上附镀银，上附 薄层铅，再薄层铅，再 度铟，常用度铟，常用 于飞机发动于飞机发动 机、柴油机机、柴油机 轴承轴承 耐耐 磨磨 铸铸 铁铁 HT300 0.1 6 3 0.75 0.3 4.5 1506.50.51101号钙钠基脂号钙钠基脂 1.06.5150100锂基脂锂基脂 6.50.5602号压延机脂号压延机脂 表表12-3 滑动轴承润滑脂的选择滑动轴承润滑脂的选择 注：注：1）

20、“压力压力”或或“压强压强”，本书统用压力；，本书统用压力； 2）在潮湿环境，温度在）在潮湿环境，温度在75120 的条件下，应考虑采用钙钠基润滑脂；的条件下，应考虑采用钙钠基润滑脂； 3）在潮湿环境，工作温度在）在潮湿环境，工作温度在75 以下，没有以下，没有3号钙基脂也可用铝基脂；号钙基脂也可用铝基脂； 4）工作温度在）工作温度在110 120 可用锂基脂和钡基脂；可用锂基脂和钡基脂； 5）集中润滑时，稠度要小些。）集中润滑时，稠度要小些。 一、润滑脂一、润滑脂 二、润滑油二、润滑油应用最广应用最广 转速高、压力小转速高、压力小低粘度油低粘度油 转速低、压力大转速低、压力大高粘度油高粘度油

21、 不完全液体润滑轴承润滑油的选择参考不完全液体润滑轴承润滑油的选择参考 表表12-4 液体动压轴承润滑油的选择参考液体动压轴承润滑油的选择参考表表4-1。 润滑油的选用：润滑油的选用： 表表12-4 滑动轴承润滑油选择（不完全液体润滑、工作温度滑动轴承润滑油选择（不完全液体润滑、工作温度60） 轴颈圆周速度轴颈圆周速度 v/(m/s) 平均压力平均压力p3MPa 轴颈圆周速度轴颈圆周速度 v/(m/s) 平均压力平均压力p=（37.5） MPa 0.1 L-AN68、100、 150 9.0L-AN7、10、15 注：注： 表中润滑油是以表中润滑油是以40时运动粘度为基础的牌号。时运动粘度为基

22、础的牌号。 二、润滑油二、润滑油 三、固体润滑剂三、固体润滑剂 固体润滑剂可以在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力，固体润滑剂可以在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力， 通常只用于一些有特殊要求的场合。通常只用于一些有特殊要求的场合。 MoS2用粘结剂调配涂在轴承摩擦表面上可以大大提高摩擦副用粘结剂调配涂在轴承摩擦表面上可以大大提高摩擦副 的磨损寿命。的磨损寿命。 不完全流体润滑不完全流体润滑 滑动轴承设计计算滑动轴承设计计算 12-6 设计准则设计准则 1、轴承的工作状态：轴承的工作状态：轴承工作在混合润滑状态（边界润滑轴承工作在混合润滑状态（边界润滑 和流体润滑同时存在）和流体润滑同时存在

23、） 2、轴承的可靠工作条件：轴承的可靠工作条件：边界膜不遭破坏，维持粗糙表面边界膜不遭破坏，维持粗糙表面 微腔内有流体润滑存在微腔内有流体润滑存在 3、设计准则：设计准则：边界膜不遭破坏边界膜不遭破坏 4、设计方法：、设计方法：边界膜破坏的因素复杂，故采用简化计算，边界膜破坏的因素复杂，故采用简化计算， 即验算轴承的平均压力、即验算轴承的平均压力、pv值和滑动速度值和滑动速度v不超过许用值。不超过许用值。 一、径向滑动轴承一、径向滑动轴承 1、验算轴承的平均压力、验算轴承的平均压力p（单位为（单位为MPa） p dB F p 轴承宽度轴承宽度 mm（根据宽径比（根据宽径比B/d确定）确定） 轴

24、瓦材料的许用压力轴瓦材料的许用压力 MPa。见。见表表12-2 径向载荷径向载荷 N 轴颈直径轴颈直径 mm 2、验算轴承的、验算轴承的pv（单位为（单位为MPam/s）值）值 轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗f pv成正比（成正比（f为摩擦系数），限为摩擦系数），限 制制pv值就是限制轴承的温升。值就是限制轴承的温升。 pv B Fndn dB F pv 19100100060 3、验算滑动速度、验算滑动速度v（单位为（单位为m/s） vv 许用滑动速度许用滑动速度 m/s。其值见。其值见表表12-2 p z )dd( 4 F p a 2 0 2 2

25、1、验算轴承的平均压力、验算轴承的平均压力 p（MPa) 式中：式中：d2、d0止推轴承环形接触面的外径和内径。止推轴承环形接触面的外径和内径。 z止推环数。止推环数。 p许用平均压强（许用平均压强（MPa），）， z1时，查表时，查表125； z1时，表中值降低时，表中值降低50（考虑到各环受力不均）（考虑到各环受力不均） 。 Fa d1 d2 二、止推轴承二、止推轴承 2、验算轴承的、验算轴承的pv值值 p )dd( z nFn)dd( z )dd( F p aa 12 21 2 1 2 2 300002100060 4 pv z1时，查时，查表表125； z1时，表中值降低时，表中值降低

26、50。 二、止推轴承二、止推轴承 轴承支承环面平均直轴承支承环面平均直 径处的圆周速度（径处的圆周速度（m/s） 轴颈的转速（轴颈的转速（r/min） 处于混合滑动状态下的止推轴承不需验算滑动速度处于混合滑动状态下的止推轴承不需验算滑动速度 液体动力润滑径向滑动轴承液体动力润滑径向滑动轴承 设计计算设计计算 12-7 3-4流体动力润滑 基本原理 一、一、 流体动力润滑的基本原理流体动力润滑的基本原理 2、楔效应承载机理楔效应承载机理 1）两平行平板间润滑油的承载能力：）两平行平板间润滑油的承载能力： （1）垂直于速度方向的不同截面的流体速度呈线性分布，垂直于速度方向的不同截面的流体速度呈线性

27、分布， 流量均相等，流动靠油层间的剪切力推动。流量均相等，流动靠油层间的剪切力推动。 1、流体动力润滑：、流体动力润滑：两相对运动的物体，被摩擦表面间因相两相对运动的物体，被摩擦表面间因相 对运动而产生粘性流体膜完全隔开，由流体膜产生的压力来对运动而产生粘性流体膜完全隔开，由流体膜产生的压力来 平衡外载荷。平衡外载荷。 F（2）当）当A板承受垂直于速度方向的板承受垂直于速度方向的 载荷时，润滑油的速度和流量的分载荷时，润滑油的速度和流量的分 布规律没有改变，在外载荷方向不布规律没有改变，在外载荷方向不 会形成油压以平衡外载荷（忽略因会形成油压以平衡外载荷（忽略因 挤压产生的压强）。挤压产生的压

28、强）。 （2）各垂直截面润滑油的速度分布呈非线性，进口内凹，出）各垂直截面润滑油的速度分布呈非线性，进口内凹，出 口外凸，间隙较窄的截面流量增大；口外凸，间隙较窄的截面流量增大； 3-4流体动力润滑 基本原理 一、一、 流体动力润滑的基本原理流体动力润滑的基本原理 2、楔效应承载机理楔效应承载机理 2）两不平行板间润滑油的承载能力：）两不平行板间润滑油的承载能力： O x A B F max p 油压分布曲线油压分布曲线 （1）两板构成楔形间隙，）两板构成楔形间隙，A板的速度指向间隙较窄一边；板的速度指向间隙较窄一边； （3）假设润滑油不可压缩，）假设润滑油不可压缩， 则随着间隙减小，流体必然

29、形则随着间隙减小，流体必然形 成内压而使流速加快。该压力成内压而使流速加快。该压力 能够平衡能够平衡A板受到的一定的垂板受到的一定的垂 直方向的外载荷直方向的外载荷 流体动力润滑原理2 （4）形成流体动力润滑的条件：）形成流体动力润滑的条件： A、两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙；、两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙； C、两表面之间必须有一定的相对运动速度。、两表面之间必须有一定的相对运动速度。 B、两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体；、两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体； 3、流体动力润滑的楔效应：流体动力润滑的楔效应：具有一定粘性的流体流入楔形收具有一定粘性的流体流

30、入楔形收 敛间隙而产生压力的效应敛间隙而产生压力的效应 一、一、 流体动力润滑的基本原理流体动力润滑的基本原理 2、楔效应承载机理楔效应承载机理 2）两不平行板间润滑油的承载能力：）两不平行板间润滑油的承载能力： 二、流体动力润滑的基本方程二、流体动力润滑的基本方程雷诺方程雷诺方程 流体为牛顿流体流体为牛顿流体 流体膜中流体流动是层流流体膜中流体流动是层流 忽略压力对流体粘度影响忽略压力对流体粘度影响 略去惯性力及重力影响略去惯性力及重力影响 认为流体不可压缩认为流体不可压缩 流体膜中压力沿膜厚不变流体膜中压力沿膜厚不变 1、假设、假设 2、已知条件已知条件 B板静止，板静止，A板相对沿板相对

31、沿x方向以速度方向以速度v移动，油在移动，油在z方向没有流动方向没有流动 2 2 y u y 二、流体动力润滑的基本方程二、流体动力润滑的基本方程雷诺方程雷诺方程 对层流中微单元，根据对层流中微单元，根据x方向的平衡条件得方向的平衡条件得 0 dxdz)dy y (dydz)dx x p p(dxdzpdydz 整理得整理得 yx p 根据牛顿粘性流体摩擦定律根据牛顿粘性流体摩擦定律 （ ）对）对y求导得求导得 dy du 2 2 y u x p 表示压力沿表示压力沿x轴方向的变化与速轴方向的变化与速 度沿度沿y轴方向的变化关系轴方向的变化关系 2、雷诺方程：雷诺方程：描述流体膜压力分布的微分

32、方程描述流体膜压力分布的微分方程 故有：故有： 21 2 2 1 CyCy) x p (u 考虑边界条件：考虑边界条件：y=0，u=v，y=h，u=0 有：有： vC ; h v x p h C 21 2 从而：从而： x p)yh(y h )yh(v u 2 对对y积分得：积分得： 2 2 y u x p 1）油层的速度分布油层的速度分布 由剪切流引起的速由剪切流引起的速 度，呈线性分布度，呈线性分布 油流沿油流沿x方向变化产方向变化产 生的压力流引起的速生的压力流引起的速 度，呈抛物线分布度，呈抛物线分布 二、流体动力润滑的基本方程二、流体动力润滑的基本方程雷诺方程雷诺方程 2、雷诺方程：

33、雷诺方程：描述流体膜压力分布的微分方程描述流体膜压力分布的微分方程 2 2 y u x p 2）润滑油流量润滑油流量 x p hvh dy x p)yh(y h )yh(v udyq hh 1222 3 00 无侧漏时，单位时间流经任意截面单位宽度面积油的流量为无侧漏时，单位时间流经任意截面单位宽度面积油的流量为 若若p=pmax处的油膜厚度为处的油膜厚度为h0 （即（即 时，时，h=h0），）， 该截面处的流量为该截面处的流量为 0 x p 2 0 vh q 当润滑油连续流动时，各截面的流量当润滑油连续流动时，各截面的流量 相等，由此得相等，由此得 x p hvh vh 1222 3 0 二

34、、流体动力润滑的基本方程二、流体动力润滑的基本方程雷诺方程雷诺方程 2、雷诺方程：雷诺方程：描述流体膜压力分布的微分方程描述流体膜压力分布的微分方程 )hh( h v x p 03 6 一维雷诺方程一维雷诺方程 )( 3 6 0 hh h v x p 根据一维雷诺方程根据一维雷诺方程 （3）ac间必有一处间必有一处 ，压力达最大值。，压力达最大值。00 2 2 x p , y u 二、流体动力润滑的基本方程二、流体动力润滑的基本方程雷诺方程雷诺方程 2、雷诺方程：雷诺方程：描述流体膜压力分布的微分方程描述流体膜压力分布的微分方程 3）压力在楔形间隙中的分布压力在楔形间隙中的分布 （2）在）在b

35、c（hh0）段，）段， ， 速度分布曲线呈凹形，所以速度分布曲线呈凹形，所以 ， 即压力沿即压力沿x方向逐渐增大方向逐渐增大 0 2 2 y u 0 x p （1）相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙（）相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙（h0） （2）被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度（亦）被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度（亦 即滑动表面带油时要有足够的油层最大速度）（即滑动表面带油时要有足够的油层最大速度）（v 0），其），其 运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出 （3）润滑油必须有一定的粘度，供油要充分（）润滑油

36、必须有一定的粘度，供油要充分（0） 二、流体动力润滑的基本方程二、流体动力润滑的基本方程雷诺方程雷诺方程 2、雷诺方程：雷诺方程：描述流体膜压力分布的微分方程描述流体膜压力分布的微分方程 4）形成流体动力润滑的必要条件形成流体动力润滑的必要条件 3）压力在楔形间隙中的分布压力在楔形间隙中的分布 因此，因此，ac间的油压均大于入口间的油压均大于入口a和出和出 口口c，且压力分布如右图，因而能够，且压力分布如右图，因而能够 承受一定的外载荷承受一定的外载荷 三、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程三、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 a）h=0 轴颈静止轴颈静止 b）h0 轴颈开始转动轴颈开始转动

37、 c）形成油膜形成油膜 轴颈稳定转动轴颈稳定转动 轴颈处于轴承孔轴颈处于轴承孔 的最低位置，并的最低位置，并 与轴瓦接触。此与轴瓦接触。此 时，两表面间形时，两表面间形 成一收敛的楔形成一收敛的楔形 空间空间 此时带入轴承间隙中此时带入轴承间隙中 的油量较少，轴瓦对的油量较少，轴瓦对 轴颈摩擦力的方向与轴颈摩擦力的方向与 轴颈表面圆周速度方轴颈表面圆周速度方 向相反，迫使轴颈沿向相反，迫使轴颈沿 孔壁向右爬升孔壁向右爬升 转速增大，带入轴承间隙中的转速增大，带入轴承间隙中的 油量逐渐加多，右侧楔形油膜油量逐渐加多，右侧楔形油膜 产生一定动压力，将轴颈向左产生一定动压力，将轴颈向左 浮起。达到稳

38、定运转时，轴颈浮起。达到稳定运转时，轴颈 被稳定在一定的偏心位置上。被稳定在一定的偏心位置上。 轴承内的摩擦阻力仅为液体的轴承内的摩擦阻力仅为液体的 内阻力，摩擦系数达到最小值。内阻力，摩擦系数达到最小值。 四、径向滑动轴承的主要几何关系四、径向滑动轴承的主要几何关系 直径间隙：直径间隙：=D-d 半径间隙：半径间隙：=R-r = /2 相对间隙：相对间隙： =/d =/r 偏心率：偏心率： =偏心距偏心距/半径间隙半径间隙=e/ 最小油膜厚度：最小油膜厚度： )1()1( min reh 几何参数和油压分布图几何参数和油压分布图 1、几何参数几何参数 3、压力最大处的油膜厚度为、压力最大处的

39、油膜厚度为 )cos1( 00 h 最大压力处的极角最大压力处的极角 四、径向滑动轴承的主要几何关系四、径向滑动轴承的主要几何关系 以以O为极点，为极点，OO1为极轴。在为极轴。在AOO1中应用余弦定理得中应用余弦定理得 cos)(2)( 222 hrehreR 解得解得 22 1sin) R e (Rcosehr 略去微小量，取根号正值，则得任意位略去微小量，取根号正值，则得任意位 置的油膜厚度为置的油膜厚度为 )cos1()cos1( rh 2、任意位置油膜厚度任意位置油膜厚度 1）轴承单位宽度上的油膜承载能力：）轴承单位宽度上的油膜承载能力： 计算过程如下：计算过程如下： （1）设轴承无

40、限宽，润滑油沿轴向没有流动；）设轴承无限宽，润滑油沿轴向没有流动； （2）O为极点，为极点，OO1为极轴，将为极轴，将dx=rd，v=r 及及h、h0代入雷诺方程，得到极坐标代入雷诺方程，得到极坐标 表达；表达； （3）从油膜起始角到任意角进行积分，）从油膜起始角到任意角进行积分， 得任意角压力；得任意角压力； （4）在外载荷方向的分量；）在外载荷方向的分量； （5）对该分量在作用区间积分，得单位）对该分量在作用区间积分，得单位 宽度油膜承载能力：宽度油膜承载能力： d)cos(d )cos( )cos(cosr p ay 2 11 3 0 12 6 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑

41、动轴承工作能力计算简介 在轴承结构参数和润滑油参数初步选定后进行，以校核参数选在轴承结构参数和润滑油参数初步选定后进行，以校核参数选 择的合理性择的合理性 1、轴承的承载能力计算和承载量系数、轴承的承载能力计算和承载量系数 1）轴承单位宽度上的油膜承载力：）轴承单位宽度上的油膜承载力： d)cos(d )cos( )cos(cosr p ay 2 11 3 0 12 6 若轴承宽度为若轴承宽度为B，考虑端泄影响，实际轴承在距中线为，考虑端泄影响，实际轴承在距中线为z处的油膜压力为处的油膜压力为 2 1 2 B z Cpp yy 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介

42、1、轴承的承载能力计算和承载量系数、轴承的承载能力计算和承载量系数 C的引入是考虑端泄的影响，其值取的引入是考虑端泄的影响，其值取 决于宽径比和偏心率的大小。决于宽径比和偏心率的大小。 2）有限宽轴承的总承载能力有限宽轴承的总承载能力 dz B z Cd)cos( d )cos( )cos(cosr dzpF a /B /B /B /B y 2 2 2 3 0 2 2 2 2 1 1 6 2 11 由上式得由上式得 p C dB F 2 dz B z Cd )cos(d )cos(B )cos(cos C a /B /B p 2 2 2 3 02 1 1 3 2 11 四、径向滑动轴承工作能力

43、计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介 1、轴承的承载能力计算和承载量系数、轴承的承载能力计算和承载量系数 Cp是轴颈在轴承中的位置函数，取决于轴承包角、相对偏心率和宽径比。是轴颈在轴承中的位置函数，取决于轴承包角、相对偏心率和宽径比。 在包角（在包角（120，180和和360）给定时，其值正比于后两者。表）给定时，其值正比于后两者。表12-6 Cp：承载量系数：承载量系数 vB F dB F C p 2 2 2 B/d 0.30.40.50.60.650.70.750.800.850.900.9250.950.9750.99 承承 载载 量量 系系 数数 Cp 0.30.05220.082

44、60.1280.2030.2590.3470.4750.6991.1222.0743.3525.7315.1550.52 0.40.08930.1410.2160.3390.4310.5730.7761.0791.7753.1955.0558.39321.0065.26 0.50.1330.2090.3170.4930.6220.8491.0981.5722.4284.2616.615 10.70625.6275.86 0.60.1820.2830.4270.6550.8191.0701.4182.0013.0365.2147.95612.6429.1783.21 0.70.2340.3610

45、.5380.8161.0141.3121.7202.3993.5806.0299.07214.1431.8888.90 0.80.2870.4390.6470.9721.1991.5381.9652.7544.0536.7219.99215.3725.6696.35 0.90.3390.5150.7541.1181.3711.7452.2483.0674.4597.294 10.75316.3735.6696.35 1.00.3910.5890.8531.2531.5281.9292.4693.3724.8087.77211.3817.1837.0098.95 1.10.4400.6580.9

46、471.3771.6692.0972.6643.5805.1068.18611.9117.8638.12101.15 1.20.4870.7231.0331.4891.7962.2472.8383.7875.3648.53312.3518.4339.04102.90 1.30.5290.7841.1111.5901.9122.3792.9903.9685.5868.83112.7318.9139.81104.42 1.50.6100.8911.2481.7632.0992.6003.2424.2665.9479.30413.3419.6841.07106.84 2.00.7631.0911.4

47、832.0702.4462.9813.6714.7786.545 10.09114.3420.9743.11110.79 表表12-7 有限宽轴承的承载量系数有限宽轴承的承载量系数Cp 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介 2）有限宽轴承的总承载能力有限宽轴承的总承载能力 dz B z Cd)cos( d )cos( )cos(cosr dzpF a /B /B /B /B y 2 2 2 3 0 2 2 2 2 1 1 6 2 11 由上式得由上式得 p C dB F 2 ：润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度：润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度 v：轴颈圆周速

48、度：轴颈圆周速度 dz B z Cd )cos(d )cos(B )cos(cos C a /B /B p 2 2 2 3 02 1 1 3 2 11 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介 1、轴承的承载能力计算和承载量系数、轴承的承载能力计算和承载量系数 Cp是轴颈在轴承中的位置函数，取决于轴承包角、相对偏心率和宽径比。是轴颈在轴承中的位置函数，取决于轴承包角、相对偏心率和宽径比。 在包角（在包角（120，180和和360）给定时，其值正比于后两者。表）给定时，其值正比于后两者。表12-6 Cp：承载量系数：承载量系数 vB F dB F C p 2 2 2 2、

49、最小油膜厚度、最小油膜厚度hmin 1）hmin愈小，则偏心率愈大，轴承的承载能力就愈大。愈小，则偏心率愈大，轴承的承载能力就愈大。 2）由于轴承和轴颈表面粗糙度、轴的刚性、轴颈的几何形状由于轴承和轴颈表面粗糙度、轴的刚性、轴颈的几何形状 等的限制，等的限制，h不能无限小，必须大于许用油膜厚度不能无限小，必须大于许用油膜厚度h，以确保，以确保 轴承能处于液体摩擦状态。即：轴承能处于液体摩擦状态。即： h)(rhmin 1 Ra1、Ra2：分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度。对一般轴承，可分别取：分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度。对一般轴承，可分别取 0.8m和和1.6m ，或，或0.4m和和0.8m ；

50、对重要轴承可取；对重要轴承可取0.2m和和0.4m ， 或或0.05m和和0.1m 。 S：安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S2 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介 )RaRa(Sh 21 4 v ) vBd q (c p) f ( ttt s i 0 3、轴承的热平衡计算、轴承的热平衡计算 1）单位时间内产生热量：）单位时间内产生热量：Q=Q1+Q2 轴承散发的热量轴承散发的热量Q2=sdB(t0-ti)油带走的热量油带走的热量 Q1=qc(t0-ti) 因热量为摩擦产生，即：因热量为摩擦产

51、生，即：Q=f p v ti：油的入口温度油的入口温度 t0 ：油的出口温度油的出口温度 s：轴承的表面传热系数轴承的表面传热系数 ：润滑油密度：润滑油密度 q：润滑油流量：润滑油流量 故：故：f p v=qc（t0-ti）+sdB（t0-ti） 热平衡所需的润滑油温度差为热平衡所需的润滑油温度差为 润滑油流量系数，查润滑油流量系数，查图图12-16 c：润滑油的比热容：润滑油的比热容 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介 1）热平衡所需的油温差）热平衡所需的油温差 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介 3）入口温度与平均温度之间的关系）

52、入口温度与平均温度之间的关系 2 t im tt 设计时，常先给定平均温度，根据热平衡计算出温升设计时，常先给定平均温度，根据热平衡计算出温升t t 后后， 可用上式校核油的入口温度；可用上式校核油的入口温度；若：若： ti3540，热平衡易建立，承载能力尚未用尽，应降低给定的平均温度，热平衡易建立，承载能力尚未用尽，应降低给定的平均温度， 允许适当地加大轴瓦和轴颈的表面粗糙度，再行计算。允许适当地加大轴瓦和轴颈的表面粗糙度，再行计算。 ti3540，热平衡不易建立。加大间隙，适当降低轴瓦及轴颈的表面粗，热平衡不易建立。加大间隙，适当降低轴瓦及轴颈的表面粗 糙，再作计算。糙，再作计算。 实际温

53、度各点不同，润滑油粘度也不同。承载能力计算时，实际温度各点不同，润滑油粘度也不同。承载能力计算时， 可以采用平均温度条件下的粘度：可以采用平均温度条件下的粘度： 四、径向滑动轴承工作能力计算简介四、径向滑动轴承工作能力计算简介 3、轴承的热平衡计算、轴承的热平衡计算 五、参数选择五、参数选择 1、宽径比、宽径比B/d 一般在一般在0.31.5范围内。范围内。B/d小，运转稳定性好，增大端泄小，运转稳定性好，增大端泄 量以降低温升；但量以降低温升；但B/d太小，则承载力小。太小，则承载力小。 高速重载高速重载B/d取小值取小值 低速重载低速重载B/d取大值取大值 有支承刚度大的要求有支承刚度大的要求B/d取大值取大值 2、相对间隙、相对间隙 速度速度 ；载荷；载荷 。 直径大、宽径比小，调心性能好，加工精度高时，则直径大、宽径比小，调心性能好，加工精度高时，则取小值，取小值， 反之，反