第十二章滑动轴承

1、2021-10-231机械设计Design of Machinery机电工程学院机械设计研究室2021-10-232第四篇 轴系零、部件12.112.1概述概述12.2 12.2 滑动轴承的主要结构形式滑动轴承的主要结构形式12.312.3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12.412.4轴瓦结构轴瓦结构 12.512.5滑动轴承润滑剂的选用滑动轴承润滑剂的选用12.612.6不完全液体润滑滑动轴承设计计算不完全液体润滑滑动轴承设计计算12.7 12.7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算液体动力润滑径向滑动轴承设计计算12.8 12.8 其它形式滑动轴承简介其它形式滑动轴

2、承简介第十二章第十二章 滑动轴承滑动轴承 2021-10-233轴承的功用：用来轴承的功用：用来支承轴及轴上零件支承轴及轴上零件 。 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，保证被支承零件的回转精度。一、轴承的基本要求一、轴承的基本要求 12.1 12.1 概述概述箱体箱体齿轮齿轮轴轴轴承轴承轴承孔轴承孔2021-10-234分分类类滚动轴承滚动轴承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

3、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。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径向轴承径向轴承 止推轴承止推轴承液体润滑滑动轴承液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承12.1 12.1 概述概述按承载按承载机理机理2021-10-235干摩擦干摩擦液体摩擦液体摩擦边界摩擦边界摩擦对于要求低摩擦的摩擦副，液体摩擦是比较理想的对于要求低摩擦的摩擦副，液体摩擦是比较理想的状态，维持边界摩擦或混合摩擦是最低要求；状态，维持边界摩擦或混合摩擦是最低要求；对于要求高摩擦的摩擦副，则希望处于

4、干摩擦状态对于要求高摩擦的摩擦副，则希望处于干摩擦状态或边界摩擦状态。或边界摩擦状态。摩擦摩擦：一物体与另一物体直一物体与另一物体直接接触，当两者间有运动或有接接触，当两者间有运动或有运动趋势时，接触表面要产生运动趋势时，接触表面要产生切向阻力（即切向阻力（即摩擦力摩擦力），这种），这种现象称为现象称为摩擦摩擦。磨损磨损：使摩擦表面物质不：使摩擦表面物质不断损失的现象称为断损失的现象称为磨损磨损。 单位时间里的磨损量单位时间里的磨损量称为称为磨损率磨损率。分述分述根据摩擦面间存在润滑剂的情况2021-10-2361. 1. 干摩擦干摩擦 两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而两零件表面直接

5、接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。形成许多冷焊点，运动时被剪切。 不允许出现干摩擦！不允许出现干摩擦！2. 2. 边界摩擦边界摩擦滑动摩擦状态滑动摩擦状态 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 m1 m的薄油膜，不足的薄油膜，不足以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。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 f 0.1 0.30.1 0.3v v有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。是理想的摩

6、擦状态。直接接触。是理想的摩擦状态。3. 3. 液体摩擦液体摩擦摩擦和磨损极轻摩擦和磨损极轻，f f 0.001 0.01 0.001 0.01 v vv v2021-10-2374. 4. 混合摩擦混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。得多。在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。 f f n/p n/p o o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

7、数称无量纲参数n/pn/p为轴承特性为轴承特性数。数。 -动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数 边界摩擦和混合摩擦在工程边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。全液体摩擦。摩擦学研究的最新进展：摩擦学研究的最新进展：微纳米摩擦学理论微纳米摩擦学理论可实现：可实现： f f 0.001 -0.001 -超润滑摩擦状态。超润滑摩擦状态。2021-10-238液体润滑滑动轴承按承载机理不同：液体润滑滑动轴承按承载机理不同：1 1、静压轴承静压轴承2 2、流体动压润滑轴承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。无外部压力源，油膜

8、靠摩擦面的相对运动而自动形成。外部一定压力的流体进入摩擦面，建立压力油膜。外部一定压力的流体进入摩擦面，建立压力油膜。2021-10-239三、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

9、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、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；轴承的结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；轴承工作能力及热平构参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。衡计算。缺点：起动阻力大，润滑、维护较滚动轴承

10、复杂。缺点：起动阻力大，润滑、维护较滚动轴承复杂。2021-10-2310五、润滑油主要特性五、润滑油主要特性1 1、粘度粘度：流体抵抗变形能力，衡量流体内摩擦阻力大：流体抵抗变形能力，衡量流体内摩擦阻力大小的指标。小的指标。2 2、（润滑剂）、（润滑剂）油性油性油吸附于摩擦表面的性能油吸附于摩擦表面的性能，边界润滑取决于油的吸附能力。，边界润滑取决于油的吸附能力。3 3、极压性、极压性 4 4、闪点、闪点 5 5、凝点、凝点 6 6、氧化稳定性、氧化稳定性 2021-10-2311A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

11、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：=dudy-流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。-液体的动力粘度，简称粘度液体的动力粘度，简称粘度量纲：力量纲：力时间时间/ /长度长度2 2单位：单位： N s /mN s /m2 2 (Pa s) (Pa s) 。或（或（C.G.SC.G.S制）泊：制）泊：1P=1 dyn s /cm1P=1 dyn s /cm2 2 实验结果：实验结

12、果： oxyydydu分析位置y处薄层的受力 B粘度粘度-重要指标，重要指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀；粘度值越高，油越稠，反之越稀； 粘度的种类粘度的种类动力粘度动力粘度运动粘度运动粘度条件粘度条件粘度1) 动力粘度动力粘度- 牛顿液体流动定律牛顿液体流动定律 1 1泊泊=100=100厘泊厘泊粘度粘度 摩擦力摩擦力发热发热 2021-10-2312工程中常用工程中常用运动粘度：运动粘度： = 单位：单位： m m2 / / s （C.G.S制）制）斯斯St：cmcm2 / /s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt2) 运动粘度运动粘度 表表4-1 常用润滑

13、油的主要性质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/sL- -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

14、各种小型液体润滑轴承小型液体润滑轴承L-AN100 90110 0 210L- -AN10 9.011.0 - -10 125L- -AN15 13.516.5 - -10 165L- -AN32 28.832.2 - -10 170L- -AN46 41.450.6 - -10 180L- -AN68 61.274.8 - -10 190L-TSA32 28.835.2- -7 180L-TSA46 41.450.6主要用途主要用途2021-10-23133) 条件粘度条件粘度 指在一定条件下，利用某种规格的指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间

15、来进行度量的粘度。定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。常用的有：常用的有： 恩氏度（恩氏度（ Et） -中国惯用中国惯用 赛氏通用秒（赛氏通用秒（SUS）-美国惯用美国惯用 雷氏秒雷氏秒 -英国惯用英国惯用 运动粘度与条件粘度之间的换算关系：运动粘度与条件粘度之间的换算关系： cStEEVEtttt64. 80 . 82 . 335. 1时，当cStEEVEtttt0 . 46 . 72 . 3 时，当cStEVEttt14. 72 .16 时，当 润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为号为L-AN10的油在的油在40时的运动粘

16、度大约为时的运动粘度大约为10 cSt。2021-10-2314粘粘-温相关性温相关性 温度温度 t 压力压力p 但但p 10 Mpa时可忽略。时可忽略。变化很小 粘粘-温温图图 0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 9090L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32选用原则：选用原则：1) 载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；2) 载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油。载荷小、转速高的轴

17、承，宜选用粘度小的油。 粘度值的大小不仅影响粘度值的大小不仅影响摩擦副的运动阻力，而且摩擦副的运动阻力，而且对润滑油膜的形成及承载对润滑油膜的形成及承载能力具有决定性的作用。能力具有决定性的作用。2021-10-2315六、润滑脂六、润滑脂 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜，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，摩擦功耗大承载能力大，但性能不稳定，摩擦功耗大 。 适用场合适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载、：要求不高、难以经常供油，或者低速重载、 温度变化不大温度变化不大 以及作摆动运动的以及作摆动运动的 轴承中。轴承中。 性能指标：性能指

18、标：针入度和滴点。针入度和滴点。2021-10-2316一、一、 向心滑动轴承向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦等。组成：轴承座、轴套或轴瓦等。12-2 12-2 滑动轴承的主要结构形式滑动轴承的主要结构形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) 只能从沿轴向装入或拆。只能从沿轴向装入或拆。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：2021-10-2317将轴承座或轴瓦分离制将轴

19、承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。造，两部分用联接螺栓。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：结构复杂，可以特点：结构复杂，可以调整因磨损而造成的间调整因磨损而造成的间隙，安装方便。隙，安装方便。榫口榫口应用比较广泛。应用比较广泛。2021-10-2318作用：用来承受轴向载荷作用：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：21F1F2F21F21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

20、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%。 2021-10-2319实心式：实心式：边缘边缘v v大，磨损快，中间大，磨损快，中间pp，压力分布不均，压力分布不均。空心式：空心式：压力分布均匀性压力分布均匀性。2021-10-232012-

21、3 12-3 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，造成轴承损伤

22、。损伤。疲劳剥落疲劳剥落-在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑在载荷得反复作用下，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。2021-10-2321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:气蚀气蚀-气流冲蚀

23、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2021-10-2322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6.76.72.82.85.5

24、5.55.65.6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 面初始配合不良的能力。面初始配合不良的能

25、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。2021-10-2323 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，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。性能上取长补短。轴承衬轴承衬 此外还应有足够

26、的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺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2021-10-23241) 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

27、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：价格贵、机械强度较差；缺点：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，

28、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。2021-10-2341但但p 10 Mpa时可忽略。时可忽略。变化很小0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 9090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

29、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-TSA32L-TSA32L-TSA32L-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。2021-10-2342表表12-5 12-5 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、150 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

30、 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：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.

31、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。2021-10-234412-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算不完全液体润滑滑动轴承设计计算一、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，由于轴承的不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，承的不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，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。因边界膜强度与温

32、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是摩擦功耗，限制pv 即间接限制摩擦发热。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；失效形式：失效形式：胶合、磨损胶合、磨损等等设计准则：至少保持在边界润滑状态，设计准则：至少保持在边界润滑状态，即即。复杂复杂2021-10-23451 1、限制轴承平均压强

33、、限制轴承平均压强 pdBFpF F 径向载荷径向载荷, N, N；d d 轴颈直径轴颈直径, mm, mm；B B 轴瓦有效宽度轴瓦有效宽度,mm,mm；p p 许用压强许用压强,Mpa,Mpa。：，。2 2、限制、限制pvpv值值20000100060pvBFndndBFpvMpam/sMpam/s pv pv摩擦功耗摩擦功耗发热量发热量易胶合易胶合：限制：限制pvpv是为了是为了。 轴承发热量轴承发热量单位面积摩擦功耗单位面积摩擦功耗pvpv二、径向轴承二、径向轴承2021-10-23463 3、限制滑动速度、限制滑动速度v vsmvdnv/100060 ：。已知：径向载荷已知：径向载荷

34、F F，转速，转速n n，宽径比，宽径比0 . 1dBvv，pp，pvpv。求：保证混合润滑条件下的轴颈直径求：保证混合润滑条件下的轴颈直径d=d=？解：解：1 1）由：）由：pdBFppFd 综合应用：综合应用：2 2）由：）由：100060vdnvnvd1000601)1) dd 2)2)选择配合选择配合一般可选一般可选: H9/d9或或H8/f7、H7/f6 2021-10-2347三、推力轴承（方法同径向轴承）（自学）三、推力轴承（方法同径向轴承）（自学）结构：空心、实心、单环、多环结构：空心、实心、单环、多环2021-10-234812-7 12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计

35、算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算一、动力润滑的形成原理和条件一、动力润滑的形成原理和条件二、流体动力润滑基本方程二、流体动力润滑基本方程雷诺方程雷诺方程三、径向滑动轴承动压油膜的形成过程三、径向滑动轴承动压油膜的形成过程四、径向滑动轴承主要几何关系四、径向滑动轴承主要几何关系五、径向滑动轴承工作能力计算简介五、径向滑动轴承工作能力计算简介六、轴承参数的选择六、轴承参数的选择七、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程七、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程2021-10-2349潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FFFF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

36、荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，进油量与出油量相等，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。 v F流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。 v vvh1aah2ccvv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！ 如两板不平行。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板

37、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。Fpmax12-7 12-7 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一、动力润滑的形成原理和条件一、动力润滑的形成原理和条件 202

38、1-10-2350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，从小截面出来。须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。2021-10-2351二、流体动力润滑基本方程二、流体动力润滑基本方程雷诺方程雷诺方程1 1、建模、建模为方便研究，作如下假设：为方便研究，作如下假设： 研究对象：被润滑油隔开作相对运动的两刚体，研究

39、对象：被润滑油隔开作相对运动的两刚体，一个以一个以v v运动，一个静止。运动，一个静止。2021-10-23521 1）忽略）忽略p-p-效应（压粘效应）效应（压粘效应）一般情况适用，对高副不适用（如齿轮）一般情况适用，对高副不适用（如齿轮）2 2）油沿）油沿z z方向无流动，即无限宽轴承方向无流动，即无限宽轴承0zpBB（无限宽）：一维方程（无限宽）：一维方程3 3）层流（一般中高速情况；特高速）层流（一般中高速情况；特高速“湍流湍流”、“紊流紊流”）4 4）油与表面吸附，一起运动或静止）油与表面吸附，一起运动或静止即：油层流速即：油层流速y=0y=0，u=v(u=v(板速板速) )y=hy

40、=h，u=0(u=0(静止板静止板) )5 5）不计油的惯性力和重力）不计油的惯性力和重力6 6）油不可压缩：）油不可压缩：=const=const端泄端泄端泄端泄B BB B为有限宽时：二维方程为有限宽时：二维方程即层与层之间没有物质和能量的交换； 2021-10-23532 2、油层的速度分布、油层的速度分布针对针对“连续介质连续介质”，通过取，通过取“微单元体微单元体”手段：手段：:0 X0)()( dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydz yxp yu 由于：由于：22yuxp 2021-10-2354流速方程：流速方程：yhyxpyhhvu)(21)( 剪切流剪切流( (直

41、线分布直线分布) )压力流压力流( (抛物线分布抛物线分布) )二次积分二次积分21221CyCyxpu 代入边界条件：代入边界条件： y=0y=0，u=vu=v；y=hy=h，u=0u=0pmaxOxyh0hh0h0exeep=0pexe0移动件静止件eex=0p静止件移动件h=h0p=02021-10-2355连续流动方程：任何截面沿连续流动方程：任何截面沿x x方向单位宽度流量方向单位宽度流量q qx x相等相等301212hxphvdyuqhx 设在最大油压设在最大油压P Pmaxmax处，处，h=hh=h0 0( (即即0 xp 时，时，h=hh=h0 0) )，此时：，此时：02h

42、vqx 301212121hxpvhvh 30)(6hhhvxp 一维雷诺方程（一维雷诺方程（RERE）3 3、润滑油流量、润滑油流量2021-10-23564 4、油楔承载机理、油楔承载机理由由RERE油压变化与油压变化与 、v v、h h有关有关p p 积分积分油膜承载能力油膜承载能力平衡外载平衡外载当当h hh h0 0时，时，0 xp，油压为增函数；，油压为增函数；当当h=hh=h0 0时，时，0 xp，p=pp=pmaxmax；当当h hh h0 0时，时，0 xp，油压为减函数。，油压为减函数。 可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大于入口、可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大于入口

43、、出口处油压出口处油压正压力正压力承载。承载。2021-10-2357任何截面处任何截面处h=hh=h0 0，xp=0=0，不能产生高于出口、入口处的，不能产生高于出口、入口处的油压油压不能承载。不能承载。进口小、出口大，油压进口小、出口大，油压p p低于出口、入口压力（负压）低于出口、入口压力（负压）不能承载，相反使两表面相吸。不能承载，相反使两表面相吸。若二板平行：若二板平行：v v若二滑动表面为扩散形：若二滑动表面为扩散形：v v在油楔中任意剖面的压力沿x方向的变化值总为零，即油膜压力p沿x方向没有变化，则因油楔进口和出口处p0， 所以油膜压力皆为零，此时油楔就没有承载能力。 2021-

44、10-23581 1、润滑油有一定、润滑油有一定。2 2、有一定、有一定。承载能力。承载能力vv；3 3、相对滑动面之间必须形成、相对滑动面之间必须形成， 即：油从大口流进，小口流出。即：油从大口流进，小口流出。 （入口、出口处（入口、出口处p p油楔内油楔内p p）4 4、有足够、有足够。xp，承载能力，承载能力。液体动压润滑形成的液体动压润滑形成的：P290P2902021-10-2359潘存云教授研制 轴承的孔径轴承的孔径D和轴颈的直径和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间名义尺寸相等；直径间 隙隙是公差形成的。是公差形成的。 轴颈上作用的液体压力与轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与相平衡

45、，在与F垂直的方垂直的方 向，合力为零。向，合力为零。轴颈最终的平衡位置可用轴颈最终的平衡位置可用a和偏心距和偏心距e来表示。来表示。 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，应保证应保证 hlimh。F Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0三、径向滑动轴承动压油膜的形成过程三、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eahlim2021-10-23601 1、固定参数、固定参数RR轴承孔半径（轴承孔半径（DD）；）；rr轴颈半径（轴颈半径（d

46、d）；）；2 rR （直径间隙（直径间隙dD ）；）；dr ；：B/dB/d。四、径向滑动轴承主要几何关系四、径向滑动轴承主要几何关系Dd2021-10-23612 2、动态参数（变参数）、动态参数（变参数）：OOe：rRee 表示偏心程度表示偏心程度10 )1(min rreh（ hhminmin）任一位置任一位置 处，油膜厚度处，油膜厚度h h： )cos1()cos1( rh：连心线：连心线OO与外载与外载F F方向之间的夹角。方向之间的夹角。hlimeah0hDd在三角形在三角形 中有：中有：R2 e2+ （r+h)2 2e(r+h)cos v 稳定工作位置如图所示稳定工作位置如图所示

47、 ，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， 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： 压力最大处的油膜厚度：压力最大处的油膜厚度： )cos1 (00h0为压力最大处的极角。为压力最大处的极角。 2021-10-2362五、径向滑动轴承工作能力计算简介五、径向滑动轴承工作能力计算简介 轴承包角，轴瓦连续包围轴颈所对应的角度。轴承包角，轴瓦连续包围轴颈所对应的角度。 1 1+2 2 承载油膜角承载油膜角 1 1 油膜起始角油膜起始角 2 2 油膜终止角油膜终止角p=pp=pmaxmax处：处：h=hh=h0 0，=0 0 从从OO起至任意起至任意膜

48、厚处的油膜角。膜厚处的油膜角。1. 1. 轴承的承载量计算和承载量系数轴承的承载量计算和承载量系数2021-10-2363当当B=B=，即无限宽轴承时，油沿轴向无流动，一维，即无限宽轴承时，油沿轴向无流动，一维RERE306hhhvdxdp rddx )cos1( h rv转换为极坐标：转换为极坐标：得：得： ddp302)cos1()cos(cos6 积分一次得任意积分一次得任意 处的油膜压力处的油膜压力p p ： ddpp302)cos1()cos(cos611 2021-10-2364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()(180cosaa

49、yppp在外载荷方向的分量：在外载荷方向的分量： rdprdppayy)cos(2121ddra)cos()cos1 ()cos(cos62113002 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。2021-10-2365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

50、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比B/d有关。有关。FdD B B B B FdDB/d=1/4FdDB/d=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1潘存云教授研制FdDB/d= 2021-10-2366潘存云教授研制潘存云教授研制221BzCppyy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

51、pBByCdBdzpF22/2/1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。dDFyz B B 或或vBFdBFCP222解释这些参数的含义 ， 承载能力2021-10-2367单位：单位：F NF N，B B、d md m， P Pa ass， rad/s rad/s2 BdCFP轴承实际承载能力小于上式（端泄）轴承实际承载能力小于上式（端泄）计入端泄时：计入端泄时：),(dBfCp B/d B/d 端泄端泄 C Cp p其它参数相同时，其它参数相同时，C Cp p F F，承载力，承载力B/dB/d一定：一定： C Cp p F F

52、， h hminmin但保证流体动力润滑：但保证流体动力润滑：minminhh， 承载能力承载能力)1(min rh2021-10-2368表表12-8 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Cp0.3 0.4 0.5 0.6 0.65 0.7 0.75 0.80 0.85 0.90 0.925 0.95 0.975 0.99 0.3 0.052 0.0826 0.128 0.203 0.259 0.347 0.475 0.699 1.122 2.074 3.352 5.73 15.15 50.52 0.4 0.0893 0.141 0.216 0.339 0.431 0.

53、573 0.776 1.079 1.775 3.195 5.055 8.393 21.00 65.26 0.5 0.133 0.209 0.317 0.493 0.622 0. 819 1.098 1.572 2.428 4.261 6.615 10.706 25.62 75.86 0.6 0.182 0.283 0.427 0.655 0.819 1. 070 1.418 2.001 3.036 5.214 7.956 12.64 29.17 83.21 0.6 0.234 0.361 0.538 0.816 1.014 1.312 1.720 2.399 3.580 6.029 9.072

54、 14.14 31.88 88.90 0.7 0.287 0.439 0.647 0.972 1.199 1.538 1.95 2.754 4.053 6.721 9.992 15.37 33.99 92.89 0.8 0.339 0.515 0.754 1.118 1.371 1.745 2.248 3.067 4.459 7.294 10.753 16.37 35.66 96.35 0.9 0.391 0.589 0.853 1.253 1.528 1.929 2.469 3.372 4.808 7.772 11.38 17.18 37.00 98.95 1.0 0.440 0.658 0

55、.947 1.377 1.669 2.097 2.664 3.580 5.106 8.186 11.91 17.86 38.12 101.15 1.1 0.487 0.723 1.033 1.489 1.796 2.247 2.838 3.787 5.364 8.533 12.35 18.43 39.04 102.90 1.2 0. 529 0.784 1.111 1.590 1.912 2.379 2.990 3.968 5.586 8.831 12.73 18.91 39.81 104.42 1.3 0. 610 0.891 1.248 1.763 2.099 2.600 3.242 4.

56、266 5.947 9.304 13.34 19.68 41.07 106.84 1.4 0. 763 1.001 1.483 2.070 2.446 2.981 3.671 4.778 6.54 10.091 14.34 20.97 43.11 110.79 承载量系数承载量系数Cp相对偏心率相对偏心率B/d2021-10-23692、最小油膜厚度、最小油膜厚度hmin的确定的确定 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，或，或1.6 m和和3.

57、2m。重要轴承可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加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度Rz加工加工方法方法表面粗糙表面粗糙度代号度代号研磨、抛光、研磨、抛光、超精加工等超精加工等Rz / m 10 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05钻石刀镗钻石刀镗头、镗磨头、镗磨铰、精磨，铰、精磨，刮刮(每平方厘每平方厘米米35个点个点)精车或精镗，精车或精镗，中等磨光

58、，中等磨光，刮刮(每平方厘每平方厘米米1.5个点个点)3.21.60.80.40.20.10.050.0250.012)()1 (21minzzRRSrh 2021-10-23703、轴承的热平衡计算、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 Q=Q1+Q2 其中，摩擦热：其中，摩擦热： Q=fv W 式中式中: q -润滑油流量润滑油流量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. )；ti -油出口温度油出口温度 ；to -油入口温度油入口温度 ；3 -表面传热系数表面传热系数 W/(m2. )。滑

59、油带走的热：滑油带走的热：Q1 = qc(to-ti) W轴承散发的热：轴承散发的热： Q2 =3dB (to-ti) W2021-10-2371温升公式：温升公式： vvBdqcpfttt310vBdq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 0.240.220.200.180.160.140.120.100.080.060.04qvBd=0.4Bd 1.3 2.0 1.5 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 0.9 2021-10-2372摩擦系数：摩擦系数： 55. 0pf系数系数与宽径比有关，若与宽径比有关，若B/d 35

60、40时，表明轴承承载能力有冗余，可时，表明轴承承载能力有冗余，可采取如下措施：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。2021-10-2373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，适当增大 轴承间隙；轴承间隙；提高轴和轴承的加