第二十二章-滑动轴承(机) (精品)

1、天津大学专用 作者： 潘存云教授 第第22章滑动轴承章滑动轴承(Journal Bearings)22-1滑动轴承的滑动轴承的类型与结构类型与结构22-2滑动轴承的滑动轴承的失效形式失效形式及及常用材料常用材料22-3润滑剂和润滑方法润滑剂和润滑方法的选择的选择22-4滑动轴承的滑动轴承的设计计算设计计算22-5流体静压轴承流体静压轴承天津大学专用 作者： 潘存云教授 滑动轴承的应用领域滑动轴承的应用领域 1.1.工作转速特高的轴承，汽轮发电机；工作转速特高的轴承，汽轮发电机； 2.2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床； 3.3.特重型

2、的轴承，如水轮发电机；特重型的轴承，如水轮发电机； 4.4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机；承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机； 5.5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；根据装配要求必须做成剖分式的轴承，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，如舰艇螺在特殊条件下（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；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。如多辊轧钢机。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。 滑动轴承的设计内容滑动轴承的设计内容 轴承的型式和结构选择；轴瓦、衬层和涂覆层材

3、料选择；轴承轴承的型式和结构选择；轴瓦、衬层和涂覆层材料选择；轴承的结构参数设计；润滑剂和润滑方法选择；轴承工作能力和热的结构参数设计；润滑剂和润滑方法选择；轴承工作能力和热平衡计算。平衡计算。天津大学专用 作者： 潘存云教授 22-1 滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构一、滑动轴承的类型与应用一、滑动轴承的类型与应用1、按所能承受载荷的方向、按所能承受载荷的方向径向轴承径向轴承推力轴承推力轴承径向推力轴承径向推力轴承2、按摩擦状态分类、按摩擦状态分类（1）干摩擦轴承）干摩擦轴承（2）流体摩擦轴承）流体摩擦轴承（3）混合摩擦轴承）混合摩擦轴承无润滑轴承无润滑轴承固体润滑轴承固体润滑轴承流

4、体动力润滑轴承流体动力润滑轴承流体静力润滑轴承流体静力润滑轴承动静压润滑轴承动静压润滑轴承天津大学专用 作者： 潘存云教授 1、 径向轴承径向轴承组成：组成：轴承座、轴套或轴瓦等。轴承座、轴套或轴瓦等。22-1滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构油杯孔油杯孔轴套轴套(1)(1) 结构简单，成本低廉。结构简单，成本低廉。(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) 只能沿轴向装入或拆卸。只能沿轴向装入或拆卸。1）整体式径向滑动轴承）整体式径向滑动轴承 轴承座轴承座特点：特点：二、滑动轴承的结构二、滑动轴承的结构作用：作用：用来承受径向载荷用来承受径向载荷

5、 天津大学专用 作者： 潘存云教授 将轴承座或轴瓦分离制造，两将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。部分用联接螺栓。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轴瓦轴瓦2）剖分式径向滑动轴承）剖分式径向滑动轴承 特点：特点：结构复杂，可以结构复杂，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。结合面结合面天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制作用：作用：用来承受轴向载荷用来承受轴向载荷 2、 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

6、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。滑方便，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。天津大学专用 作者： 潘存云教授 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

7、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天津大学专用 作者： 潘存云教授 三、轴瓦的形式和结构三、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类整体式整体式对开式对开式按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类需从轴端安装和拆需从轴端安装和拆卸，可修复性差。卸，可修复性差。 可以直接从轴的中可以直接从轴的中部安装和拆卸，可部安装和拆卸，可修复。修复。 轴轴瓦瓦的的类类型型整体轴套整体轴套

8、对开式轴瓦对开式轴瓦 22-1滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构天津大学专用 作者： 潘存云教授 三、轴瓦的形式和结构三、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型厚壁厚壁 薄壁薄壁 潘存云教授研制薄壁轴瓦薄壁轴瓦潘存云教授研制厚壁轴瓦厚壁轴瓦整体式整体式对开式对开式节省材料，但刚度不节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的足，故对轴承座孔的加工精度要求高加工精度要求高 。 具有足够的强度和刚具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。孔的加工精度要求。 22-1滑动轴承的类型与结构滑动轴

9、承的类型与结构天津大学专用 作者： 潘存云教授 三、轴瓦的形式和结构三、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型单材料单材料多材料多材料单一材料单一材料 潘存云教授研制两种材料两种材料 强度足够的材料可强度足够的材料可以直接作成轴瓦，以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作故采用多材料制作轴瓦（瓦背、衬层、轴瓦（瓦背、衬层、涂覆层）。涂覆层）。厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式22-1滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构天津大学专用 作者： 潘存云

10、教授 三、轴瓦的形式和结构三、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型潘存云教授研制铸造轴瓦铸造轴瓦 卷制轴套卷制轴套 铸造铸造 轧制轧制 铸造工艺性好，铸造工艺性好，单件、大批生产单件、大批生产均可，适用于厚均可，适用于厚壁轴瓦。壁轴瓦。只适用于薄壁轴只适用于薄壁轴瓦，具有很高的瓦，具有很高的生产率。生产率。单材料单材料多材料多材料厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式22-1滑动轴承的类型与结构滑动轴承的类型与结构天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制将轴瓦一端或两端做凸缘将轴瓦一端或两端做凸缘凸

11、缘定位凸缘定位 四、轴瓦的定位方法四、轴瓦的定位方法 轴向轴向定位定位凸耳凸耳(定位唇定位唇)定位定位 凸耳凸缘目的：目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相 对移动。对移动。天津大学专用 作者： 潘存云教授 紧定螺钉紧定螺钉 周向定位周向定位销钉销钉 潘存云教授研制潘存云教授研制五、轴瓦的油孔和油槽五、轴瓦的油孔和油槽 作用：作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。潘存云教授研制进油孔进油孔油槽油槽潘存云教授研制F天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研

12、制开孔原则：开孔原则：形式：形式：按油槽走向分按油槽走向分沿轴向、斜向、周向、螺沿轴向、斜向、周向、螺旋线等。旋线等。F（2）轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。 （1）尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力；膜的承载能力；双轴向油槽开在双轴向油槽开在轴承剖分面上轴承剖分面上单轴向油槽在最单轴向油槽在最大油膜厚度处大油膜厚度处a天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制45 宽径比宽径比B/d 轴瓦宽度与轴径直径之比。轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数

13、液体润滑摩擦的滑动轴承液体润滑摩擦的滑动轴承 B/d=0.51非液体润滑摩擦的滑动轴承非液体润滑摩擦的滑动轴承B/d=0.81.5 轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。有利于形成动压油膜，又起冷却作用。Bd天津大学专用 作者： 潘存云教授 22-2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进入轴承间隙的硬颗

14、粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。动，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。观轮廓尖峰，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，油膜破裂或供当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂或供油不足时，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。损伤。疲劳剥落疲劳剥落在反复作用的载荷下，轴承表面出现疲劳在反复作用的载荷下，轴承表面出现疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。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

15、酸性物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。质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制其它失效形式其它失效形式:气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天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云

16、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( () )6.76.72.82.85.55.55.65.6比率比率( () )超载超载对中不良对中不良安装误差安装误差供油不足供油不足油不干净油不干净故障原因故障原因二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料对轴承材料性能的要求对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

17、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) 顺应性顺应性材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始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。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。面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，形成相互吻合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。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

18、与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。天津大学专用 作者： 潘存云教授 轴承衬轴承衬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 铸造铜基轴承合金铸造铜基轴承合金 ZCuSn10P1变形铜合金变形铜合金 CuSn8P铸造铝基轴承合金铸造铝基轴承合金 ZAlSn6Cu1Ni1 耐磨铸铁耐磨铸铁粉末冶金材料粉末冶金材料 工程塑料工程塑料碳碳-石墨石墨橡胶橡胶常用轴承材料常用轴承材料陶瓷陶瓷铸造铸造铅基铅基轴承合金轴承合金 ZPbSb16Sn16Cu2铸造铸造锡基锡基轴承合金轴承合金 ZSnSb12Pb10Cu4天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制（1） 轴承合金（

19、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，常用于高速轴承。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：t350 才开始氧化，可在水中工作。才开始氧化，可在水中工作。摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系

20、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；3.3.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。其应用日渐广泛四、固体润滑剂及其选择四、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。天津大学专用 作者： 潘存云教授 五、润滑方法的选择五、润滑方法的选择表表22-6 油、脂润滑滑动轴承润滑方法的选取油、脂润滑滑动轴承润滑方法的选取

21、K/(Nm)1/2s-3/2 2 0002 00016 00016 00032 00032 000润滑剂润滑脂润 滑 油润滑方法旋盖式注油杯润滑滴油润滑飞溅、油环或压力供油润滑压力供油润滑3Kpv系数K的计算式为P轴瓦上的单位面积载荷(Pa)，p=F/Bd，F轴承的径向载荷（N）；B轴承的有效宽度（m）；D轴颈直径（m） ；V轴颈的圆周速度(m/s)。天津大学专用 作者： 潘存云教授 22-4 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算一、滑动轴承的参数一、滑动轴承的参数1、几何参数、几何参数2) 轴颈直径轴颈直径d（r）3) 轴瓦直径轴瓦直径D（R）1) 轴瓦宽度轴瓦宽度B4) 半径间隙半径间隙c

22、=R - r5) 相对间隙相对间隙 = c / rBdD（1）径向轴承）径向轴承天津大学专用 作者： 潘存云教授 22-4 滑动轴承的设计计算滑动轴承的设计计算一、滑动轴承的参数一、滑动轴承的参数1) 止推环的内径止推环的内径di（ri）2) 止推环外径止推环外径do（ro）2、工况参数、工况参数（1）载荷）载荷 F（2）轴的转速）轴的转速 nF潘存云教授研制dn F21（2）推力轴承）推力轴承dido3、运转参数、热力学参数等、运转参数、热力学参数等天津大学专用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制轴颈最终的平衡位置可用偏位角轴颈最终的平衡位置可用偏位角和偏心距和偏心距e来表示来表示F径向滑动

23、轴承动压油膜的形成过程：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eh2min二、液体动力润滑轴承的计算二、液体动力润滑轴承的计算天津大学专用 作者： 潘存云教授 8111097654321w12液体动力润滑轴承实验台液体动力润滑轴承实验台 二、液体动力润滑轴承的计算二、液体动力润滑轴承的计算天津大学专用 作者： 潘存云教授 二、液体动力润滑轴承的计算二、液体动力润滑轴承的计算（一）（一）. 液体动力润滑的基本方程液体动力润滑的基本方程 雷诺方程雷诺方程FFFF v 潘存云教授研制F v vvh1a

24、ah2ccvvh0bbF假设：假设：流体的流动是层流；速度恒定；轴瓦流体的流动是层流；速度恒定；轴瓦和轴颈是刚性表面；表面温度变化不和轴颈是刚性表面；表面温度变化不大；轴瓦不是多孔质材料；润滑剂不大；轴瓦不是多孔质材料；润滑剂不可压缩；粘度不随压力变化。可压缩；粘度不随压力变化。天津大学专用 作者： 潘存云教授 =6vdxdph0- -hh3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bb处处h=h0， p=pmaxdpdx当当 0时，时， h h0dpdx当当 0时，时， h h0 pmaxxp301dd12d2hxphvqu yhx 任意截

25、面内的流量任意截面内的流量012xqvh bb截面内的流量截面内的流量潘存云教授研制vvFaaccxzyh0bb天津大学专用 作者： 潘存云教授 =6vdxdph0- -hh31、相对运动的两表面间要形成楔形间隙；、相对运动的两表面间要形成楔形间隙；2、有一定的相对速度，润滑油应从楔形间隙的大口流向小口；、有一定的相对速度，润滑油应从楔形间隙的大口流向小口；3、润滑油要有一定的粘度；、润滑油要有一定的粘度；形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：4、润滑剂供给要充足。、润滑剂供给要充足。（二）油楔形成方法（二）油楔形成方法 表表2211天津大学专用 作者： 潘存云教授 二维雷诺方程二维

26、雷诺方程33()()6pphhhuxxzzx潘存云教授研制潘存云教授研制dDFyz B B 潘存云教授研制B/d= 天津大学专用 作者： 潘存云教授 coscos(1cos)hRrecec（三）液体动力润滑径向轴承的计算（三）液体动力润滑径向轴承的计算1. 性能计算性能计算偏心率偏心率= e /c 任意任意角处的油膜厚度角处的油膜厚度hcoshreR天津大学专用 作者： 潘存云教授 热平衡方程热平衡方程 产生的热量产生的热量=散失的热量散失的热量 q 润滑油流量润滑油流量m3/s； 润滑油密度润滑油密度kg/m3；c 润滑油的比热容，润滑油的比热容，J/(kg )；k 表面传热系数表面传热系数

27、 W/(m2K K )。轴承散发的热轴承散发的热 QA =kA (b-a) W润滑油带走的热润滑油带走的热QL = qc(o-i) WALPQQdudz；A 轴承座散热面积轴承座散热面积 m2。o 油出口温度油出口温度 ；i 油入口温度油入口温度 ，一般取，一般取3545 a 环境温度环境温度 ； b 轴承工作温度轴承工作温度 ；b =（oi）/2；b100 ;/FF 摩令擦特性数PFdn则天津大学专用 作者： 潘存云教授 2mepFn载荷（轴承）特性数载荷（轴承）特性数/()mpFBD平均载荷e润滑油有效粘度天津大学专用 作者： 潘存云教授 2. 轴承参数的选择轴承参数的选择 取值范围：取值

28、范围：B/D=0.21.5 影响效果：影响效果：B/D小，承载能力小，但可增大端排泄量以降低温度；小，承载能力小，但可增大端排泄量以降低温度； B/D大，增大轴承的承载能力，边缘接触严重。大，增大轴承的承载能力，边缘接触严重。1）宽径比）宽径比B/D 2）相对间隙）相对间隙 主要影响因素：主要影响因素：载荷和速度载荷和速度选取原则：选取原则：速度高，速度高，取大值；取大值； 载荷大，载荷大，取小值；取小值；30.810dn1/4（）天津大学专用 作者： 潘存云教授 3）润滑油粘度）润滑油粘度 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 根据工作温度根据工作温度 b =（oi）/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， b =50 75 4）最小油膜厚度）最小油膜厚度h2 和表面粗糙度和表面粗糙度2(1) / 22hhd，；22 min1()aaS RRhaR 2min，h,承载能力 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3.2m。重要轴承可取为重要轴承可取为