滑动轴承计算

1、第十七章滑动轴承根本要求及重点、难点滑动轴承的结构、类型、特点及轴瓦材料与结构。非液体摩擦轴承的计算。液体动压形成原 理及根本方程，液体动压径向滑动轴承的计算要点。 多油楔动压轴承简介。 润滑剂与润滑装 置。根本要求：1了解滑动轴承的类型、特点及其应用。2掌握各类滑动轴承的结构特点。3了解对轴瓦材料的根本要求和常用轴瓦材料，了解轴瓦结构。4掌握非液体摩擦轴承的设计计算准那么及其物理意义。5掌握液体动压润滑的根本概念、根本方程和油楔承载机理。6了解液体摩擦动压径向润滑轴承的计算要点工作过程、压力曲线及需要进行哪些计算7了解多油楔轴承等其他动压轴承的工作原理、特点及应用。8了解滑动轴承采用的润滑剂

2、与润滑装置。重点：1轴瓦材料及其应用。2非液体摩擦滑动轴承的设计准那么与方法。3液体动压润滑的根本方程及形成液体动压润滑的必要条件。难点：液体动压润滑的根本方程及形成液体动压润滑的必要条件。主要内容：一：非液体润滑轴承的设计计算。二：形成动压油膜的必要条件。三：流体动压向心滑动轴承的设计计算方法，参数选择§ 17-1概述：滑动轴承是支撑轴承的零件或部件，轴颈与轴瓦面接触，属滑动摩擦。一分类：1. 按承载方向径向轴承向心轴承。普通轴承只受推力轴承：只受Fa组合轴承：Fa, Fr.2. 按润滑状态 液体润滑： 摩擦外表被一流体膜分开 m以上外表间L摩擦为液体分子间的摩擦。例如汽轮机的主轴

3、。非液体润滑：处于边界摩擦及混合摩擦状态下工作的轴承为非液体润滑轴承。关于摩擦r干：不加任何润滑剂。与边界膜的外表边界：外表被吸附的边界膜隔开， 摩擦性质不取决于流体粘度， f的吸附性质有关。.液体：外表被液体隔开，摩擦性质取决于流体内分子间粘性阻力。 混合：处于上述的混合状态.相应的润滑状态称边界、液体、混合、润滑。河动山润i皆3. 液体润滑按流体膜形成原理分：1流体动压润滑轴承：靠摩擦外表几何形状相对运动并借助粘性流体动力学作用产生力。 平衡外载。2流体静压润滑轴承：靠外部提供压力流体，借助流体静压力平衡外载荷。但开始启动时处于干摩擦，逐渐转换的，说明滑动轴承摩擦状态转化过程滑动轴承摩擦

4、特性曲线。由德国科学家 Stribeck通过实验做出的。3.按润滑材料分图4.2err"摩擦特性曲线液体润滑轴承油 、 水 气体润滑轴承空气、氦、氮 塑料体润滑轴承脂、半夜体金属 Pb 、Sn 、In 固体润滑轴承 Pb 、 Sn 、石墨，玻璃 自润滑轴承粉末冶金二 ：主要特点：v 30m/s1. 平稳， 可靠， 噪音小，高旋转精度2. 承载力大，耐冲击油膜缓冲阻尼作用，用于高速3. 启动阻力大。17-2 径向滑动轴承的主要类型整体式 : 结构简单，低速、载荷不大 , 间歇机器无法调间隙，轴颈只能从端部装入。 剖分式 : 见教材 P334 图 17.1-17.2 。§173

5、 滑动轴承材料：即轴瓦与轴承衬材料。一：对材料要求：1. 强度塑性 顺应性 嵌藏性2. 磨合性减摩性 耐磨性磨合性 材料消除外表不平度而使轴瓦外表和轴颈外表相互吻合的性质 减摩性：材料具有较低摩擦阻力的性质。耐磨性：材料具有抵抗磨粒磨损和胶合磨损的性质。3. 良好的导热性、工艺性 、经济性。二：常用材料：1. 材料分类：金属材料粉末冶金材料非金属材料2. 常用材料简介：1 ) 巴氏合金轴承合金Cu、Sn、Pb、Sb合金，以Sn、Pb为根底, 悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒，均匀的分布于基体内，硬晶粒起抗磨作 用软基体那么增加材料的塑性。2轴承青铜：ZCuSrHOP1粉末冶金：金属粉末加石墨高压成型再经

6、高温烧制而成的多空隙结构材料。孔隙率占总体积的15-35%，可预先浸满油或脂，又称含油轴承。3塑料：耐水耐酸耐碱，但导热性差耐塑性差。§ 17 7滑动轴承的条件性计算用于低速轻载不重要轴承，也用于流体润滑的初算。非液体润滑轴承计算缺乏系统理论，用一些条件性的验算来进行计算。失效形式：磨损主要无适宜公式胶合次要 点蚀更次要、径向轴承。1. 限制平均压强p即限制磨损失效。(17.2)F轴承径向载荷NdB -轴颈直径及有效宽mm许用比压 Mpa表17.4 P342pv值即限制胶合因发热量有摩擦功率损失而来，pv与功率损失成正比，因而限制pv值就可以限制发热量，进而限制了胶合。发热量 H f

7、 F v(m/s) f B d p v式中f 摩擦系数；F 力N丨；v 速度上式中B、d 一定，f 一定，pv为变值、可控制此项即可限制胶合失效。F dn F n，pvpvMpa m/ sBd 60 10002000 B17-3v :有时由于安装误差或轴的弹性变形，使轴径与轴承局部接触，此时即使平均比压 p较小，p及pv皆小于许用值，但也可能由于轴颈圆周速度较高，而使轴承局部过度磨 损或胶合。因此安装精度较差、轴的弹性变形较大和轴承宽径比拟大时，还需验算轴径 的圆周速度v。dnv m/s60 100017-4材料的pv二、推力轴承见教材P342页，略§ 17 8液体动压润滑的根本方程

8、用润滑油把摩擦外表完全分割开的摩擦成为液体摩擦，此时摩擦性质取决于润获的黏度，而与两摩擦外表间的材料无关。一：润滑油粘度1. 润滑油在运动过程中产生内部摩擦阻力的性质叫粘性，粘性大小称粘度。 粘度是表征流体流动中内摩擦性能的。2. 内摩擦阻力的计算：图是为两块平行平板被一层不可压缩的润滑油隔开，下板静止加压力拖动上板， 润滑油做层流流动。沿y坐标轴油层将以不同速度 u在移动。流动时内摩擦阻力阻止层流流动， 此力称 流体内摩擦阻力。关于内摩擦阻力的大小：位置速度梯度，即速度在垂直方向上的变化速度v率。u由理论分析及试验结果剪应力与速度梯度成正比。y为一常数称为动因y方向取负，负号表示 u随y的增

9、大而减小，当温度、压力一定时,力粘度。上述方程称牛顿方程或流体内摩擦定律2. 粘度单位图4.25聊位槪体动力粘度含义1动力粘度绝对粘度：单位为动力学单位，称动力粘度。国际单位工程单位：巴斯 Pa s长宽高各为1m的液体如使两平行面 a .b发生 im1N s/m物理单位泊P(P°ise)1dyn s/cm2 1P 100cP厘泊 0.1Pa s或1Pa s 10P 1000cP2) 运动粘度动力粘度与同温度下该液体的密度的比值称运动粘度。国际单位:m2 /sN s2_mKg3m2Kg m/s s2 m Kg3mm2 /s1St物理单位：斯Stock，dyn s/cm21 g / cm

10、2g 呻s 1cm2/s 100cSt g/cm3蒸馏水在时运动粘度为 1cSt新标准规定机械油牌号为40摄氏度时运动粘度的厘斯数，温度上升，粘度下降；压力升高，粘度上升，超过 100Mpa时压力升高，粘度明显增加。二：流体动压润滑的形成润滑油是怎样起作用的，压力如何产生的(a) 如图所示：板b静止，板a以速度v向右移动，板上无载荷，液体速度图呈三角形分布，板ab间带进油量等于带出油量，板间油量保持不变，板a不会下沉。(b) 板a承载，油向两侧溢出，于是板a下沉，不能承载。(c) 如图17.14 a所示，ab板不平行，板间隙沿运动方向由大到小呈收敛的楔 形，板a承受载荷P。板a运动使两端流体速

11、度图似乎应如虚线所示的三角形分布。如此进油多出油少，由于实际上液体不可压缩，必将在间隙内 拥挤形成压力，迫使进口端的速度图向内凹，出口端速度图形向外凸，使 进口油量等与出口带出的油量。间隙内液体形成压力，即由向上的压力与 外载荷平衡，说明在间隙内形成了动压油膜。归纳起来：获得流体动压润滑的必要条件是：1) 相对运动两外表间，必须有沿运动方向由大变小的楔形间隙；2) 两外表必须有一定的相对速度3) 润滑油有一定粘度，且供油充足。进一步观察径向轴承形成动压油膜的过程：(1) 如图17.16 a所示，制造时轴承孔直径 D大于轴径d,二者之差称直径间隙。静止 时轴处于轴承孔最下方稳定位置。(2) 轴径

12、开始转动时，轴承与轴径为金属相接触，为金属间直接相摩擦。轴承对轴径的摩擦力方向与轴径外表圆周速度方向相反，迫使轴径向左移动而偏移。如图17.16 b所示(3) 当轴径速度继续增加时，楔形间隙内形成的油膜将轴径推开而与轴承脱离接触，但 此情况不持久，因为油膜内各点内压力的合力有向右推动轴径的分力存在，因而轴 径向右移动。(4) 随转速的增大，轴径外表圆周速度增大，带入油楔内油量逐渐加多，那么金属接触面 被润滑油分隔开的面积增大，因而摩擦阻力下降。于是轴径又向右下方移动油膜 内各点压力的合力有向右推动轴径的分力存在。当转速增加到一定大小到达工作 转速时，已形成足够油量将金属接触面分开，轴承开始按液

13、体摩擦状态工作。油压 如何计算？通过雷诺方程解决。图17.17承三：流体动压润滑的根本方程雷诺方程v沿x方向移动，另一刚体静止不动。如图17.13所示两刚体被润滑油分开，移动件以速度假设:图173动压分析"1. z方向无穷大，润滑油在此方向不流动；2润滑油做层流流动，油不可压缩；3润滑油粘度不随温度压力变化；4. 忽略油层重力和惯性；因而前后面压强相等。5. 由于工作外表吸附牢固，外表油分子随工作外表一同运动或静止。取单元微体分析，p为单位压力。因沿 z方向不流动,作用于微元体两侧压力pdy dz及p争dy dz作用于微元体上下两面压力为(dx dz 及辭)dxdz分析x方向受力，因

14、为等速运动，所以受力平衡:pp dy dz (p dx)dyxdzdx dz (一 dy)dx dz 0 ypdxdydz dydxdzx2u2y代入牛顿定律得:py得 x反过来分析一下平行板的情况:如图，速度分布为三角形-常数y2u2即y的油压。Px0不能产生压力来支撑外载荷平行油膜各处油压差等于入口及出口上式积分:1 ldyx1 dpdxyCiy G)dyCi y C2再积分:导出:C1Gy C2h2vx 2将C1C2代入原式得1 p(丄y C1)dyx* (上2 x2h(h1 py)(yh)利用润滑油连续流动的关系得出任hqx 0udy 导出：qx=u=VhaC1静止件得1 p h2dp

15、 hdx 22 y 2C1 y C2)Gh剖面沿x方向单位宽度流量:速度x截面积=udydz=udy因为单位宽，所以dz=1hV(h0 hV h2121 py(yy)2 x1 p h3Ph3xh)dy_p设以h°表示油膜中油压最大处的间隙x =0此截面上qx2vh0b而式a应等于式b因为流量必相等1 Ph3x12=2vhvh2丄h3 x=126 vh26 v3 ho h1vh06 v2(h ho)h3(7是计算流体动压润滑的根本方程，P，从公式可看出油压变化 根据油压分布可算出油此为一维雷诺流体动压润滑方程，与粘度、速度、间隙有关，利用此公式可求出油膜上各点压力 膜承载能力。下面利用

16、一维雷诺方程分析压力沿x方向曲线分布及理由:hho2Uc0ypXhhohho22uU c20oyyP cP c0ooXX2P u2Xy分析：在ab段：h>hox >0压力沿x方向增加0速度分布曲线凹因为二阶导数>0有极小值。在 be 段：h<h00速度分布曲线凸因为二阶导数<0有极大值。0，压力沿x方向逐渐降低。在b点:pX =0压力达最大值在AC段：由于油膜各点沿 X方向的油压都大于入口和出口的油压，因而能承受一定外 载荷。设计时将一维雷诺方程转换成极坐标因轴承为圆柱形，经积分等得出任一位置压力计算式及承压区段长压力油膜长。6v 载荷P、速度V，、B d为选定求

17、 hminhminc实际上也可以将轴瓦做成多油楔的，轴只能沿一个方向移动。对一维雷诺方程整理并对X取偏导数得：假设再考虑润滑油沿 z向流动，那么p)z6v一hh3 ( z x式17.9为二维雷诺动力润滑方程式，是计算液体动压轴承的根本公式。§ 17 9液体动力润滑径向轴承的计算:,几何计算图17,15径向轴承几何关系：半径间隙:R r R轴承孔半径r为轴颈半径相对间隙：r偏心距：e 00hmine e偏心率：R r最小油膜厚度：hmin(1 ) (1 )轴颈中心与轴承孔中心的连线°°与任意角处的油膜厚度为:h R r ecosecos (1 cos )，承载能力和

18、索氏数So 轴承包角：即轴瓦连续包围轴颈所对应的角度承载油膜角12丨：压力油膜本应到hmin处结束，因为再往右不会形成动压油膜，但实际上压力油膜还拖长 至G 偏位角 ：外载荷F作用线和00之夹角1，2分别为压力油膜起、止点角坐标,0为油膜油膜角：从00至任意油膜处的角, 压力为最大处的油膜角。利用一维雷诺方程计算油膜承载能力：(hh°)R3压力最大处油膜厚度为h°(1 cos o)h (1 cos )将一维雷诺方程改为极坐标形式:dx rd 再将h。、h值代入，将v r代入P 6 v(h h。) dp 6 Jx =h3 ，即 rd =cos )(1 cos 0)3(1 co

19、s )3dP 6 vr -coscos o)3(1 cos )3c (cos cos 0)6 v 3(1 cos )3dpr(cos2(1COSo)cos )36 v-r(cos2(1cos o)cos )3(cosVcos o)cos )3将上式积分，可得任意角处的油膜压力:(cos cos 0 )(1 cos )3 d在1至2区间，沿外载荷方向单位宽度的油膜力为:2F1P cos180(1)dp2 (cos cos 0)1(1 cos )3 dcos180)d将上式乘以轴承宽度 B,代入r=d/2,得有限宽度轴承不考虑端泄时的油膜承载力F，经整理得：21】2 scos 0)d cos180

20、(1 cos )()rd上式右端之值称索氏数So，索氏数是轴承包角(2J和偏心率的函数，无量纲2数群SoF /(Bd)单位为 F N; B, D m,Pa s , -rad/s调整各参数间的关系,例如：在允许的情况下减小，增大，将使F增大。但由于端泄,实际承载力比上式低, 线图进行计算。因此在实际计算中，常采用二维雷诺动力润滑方程式的数值解提供的P348给出轴承包角180和120度时，S。曲线。此时，索氏数为轴承包角，偏心率 和宽径比B/d的函数。B/d减小，端泄增大，s0减小。其他参考数相同时,So减小，承载力减小。对B/d 一定时 增大，So增大，承载力增大，但hmin很小，为平安运转，必满足hminhmin三，流量计算：轴承的体积流量qv可按下式计算:qv d3 qv式中，qv 无量纲体积流量，是四，动耗计算径向轴承在承载区的摩擦动耗为：P F v _ F vW、B/d、 函数，查图P350式中： =摩擦特性系数，是、B/d、 的函数，查图P351五，热平衡计算：所以控制油温摩擦力转化为热量，一局部被润滑油带走，一局部使轴承座及周围空气升温。 及轴承温度 许用值。单位时间摩擦热=流动油带走的热量及轴承散发之热。Fv Cp qv t Bd b t式中：qv 润滑油体积流量轴承的摩擦