第7章_滑动轴承

1、主要内容主要内容1、滑动轴承的结构、类型、特点及轴瓦的材料和选用原则。2、非液体摩擦和液体摩擦径向滑动轴承的设计准则和设计方法。3、液体摩擦动压润滑单油楔径向滑动轴承的参数对轴承承载能力的影响。第七章第七章 滑动轴承设计滑动轴承设计重点重点1、轴瓦材料及其应用。2、轴承的设计准则及设计方法。3、液体动压润滑的基本方程式。4、液体摩擦动压径向滑动轴承的设计及主要参数的选择。一、滑动轴承的类型及其结构型式一、滑动轴承的类型及其结构型式1. 类型类型按承载方向分按承载方向分按摩擦状态分按摩擦状态分向心滑动轴承向心滑动轴承推力滑动轴承推力滑动轴承液体摩擦滑动轴承液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承非液体

2、摩擦滑动轴承动压轴承动压轴承静压轴承静压轴承推力轴承推力轴承向心轴承向心轴承滚动轴承滚动轴承和滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力高、抗振性好，工作平稳可靠，噪声小，和滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力高、抗振性好，工作平稳可靠，噪声小，寿命长等优点，它广泛用于内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远寿命长等优点，它广泛用于内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。镜等方面。 滑动轴承的摩擦状态滑动轴承的摩擦状态完全液体摩擦完全液体摩擦边界摩擦边界摩擦干摩擦干摩擦润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存在液体分子间的摩擦在液体分子间的摩擦润滑油膜部分地

3、将摩擦表面隔开，部润滑油膜部分地将摩擦表面隔开，部分摩擦表面仍可直接接触分摩擦表面仍可直接接触摩擦表面间没有任何物质的摩擦摩擦表面间没有任何物质的摩擦008. 0001. 0f边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并 存，通称非液体摩擦存，通称非液体摩擦1 . 001. 0f2. 结构型式结构型式向心轴承向心轴承剖分式剖分式整体式整体式结构简单结构简单安装困难安装困难 间隙不可调间隙不可调结构较繁结构较繁 间隙可调间隙可调广泛采用广泛采用水平剖分 斜剖分 间隙可调式间隙可调式自动调心式自动调心式推力轴承推力轴承实心式实心式空心式空心式单环式单环式多环式多环式中间比压

4、大中间比压大对于尺寸较大的平面推力轴承，为了改善轴承的性能，便于形成液体摩擦状态。可设计成多油楔形状结构 多油楔推力轴承多油楔推力轴承 二、轴瓦的材料和结构二、轴瓦的材料和结构1. 轴瓦的材料轴瓦的材料(1) 基本要求基本要求耐磨性耐磨性磨损少磨损少减摩性减摩性摩擦系数小摩擦系数小其他要求：其他要求： 抗胶合性抗胶合性跑合性跑合性耐腐蚀性耐腐蚀性强度强度 (2) 常用材料常用材料铸铁铸铁轻载、低速的轴瓦材料轻载、低速的轴瓦材料轴承合金轴承合金 (巴氏合金巴氏合金)锡基锡基铅基铅基锑、铜硷金属硬粒锑、铜硷金属硬粒锡基体或铅基体锡基体或铅基体综合性能好综合性能好机械强度较低机械强度较低价昂价昂轴承

5、合金浇铸在钢或轴承合金浇铸在钢或铸铁的轴瓦基体上铸铁的轴瓦基体上铜合金铜合金锡青铜锡青铜 中速、中载或重载中速、中载或重载铝青铜铝青铜 低速重载低速重载铅青铜铅青铜 高速重载高速重载粉末冶金粉末冶金铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成 多孔性存油多孔性存油用于载荷平稳、低速和加油不便场合用于载荷平稳、低速和加油不便场合非金属材料非金属材料塑料、橡胶、尼龙等塑料、橡胶、尼龙等摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大2. 轴瓦的结构轴瓦的结构(1) 轴瓦的结构要素轴瓦的结构要素油孔油孔油沟油沟壁厚壁厚定位唇定位唇油室油室定位唇：防

6、止轴瓦在轴承中移动定位唇：防止轴瓦在轴承中移动壁厚壁厚油孔和油沟：将油引入轴承油孔和油沟：将油引入轴承油室：存油油室：存油(2) 结构型式结构型式整体式整体式剖分式剖分式 为了使滑动轴承获得良好的润滑，轴瓦或轴颈上需开设油孔及油沟，油孔用于供应润滑油，油沟用于输送和分布润滑油。其位置和形状对轴承的承载能力和寿命影响很大。通常，油孔应设置在油膜压力最小的地方；油沟应开在轴承不受力或油膜压力较小的区域，要求既便于供油又不降低轴承的承载能力。图8-11为油孔和油沟对轴承承载能力的影响。图8-12为几种常见的油沟，油孔和油沟均位于轴承的非承载区，油沟的长度均较轴承宽度短。 ab三三 润滑剂和润滑装置润

7、滑剂和润滑装置 1 润滑剂润滑剂 润滑剂的功用润滑剂的功用 ：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振和防锈等。和防锈等。 润滑剂分类：润滑剂分类：液体润滑剂液体润滑剂润滑油、半固体润滑剂润滑油、半固体润滑剂 润滑脂和固体润滑剂等。润滑脂和固体润滑剂等。 润滑油润滑油 粘度粘度表征液体流动的内摩擦性能。它是液体流动时内表征液体流动的内摩擦性能。它是液体流动时内摩擦阻力的量度。润滑油的粘度越大，内摩擦阻力越大，流摩擦阻力的量度。润滑油的粘度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差，因此，在压力作用下，油不易被挤出，易形成油动性越差，因此，在压力作用下，油不易被挤出，易形成油膜

8、，承载能力强，但摩擦系数大，效率较低。膜，承载能力强，但摩擦系数大，效率较低。 流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示平行板间油的层流流动平行板间油的层流流动贴近静止扳的油层速度贴近静止扳的油层速度0u各油层以不同速度各油层以不同速度移动移动udydu贴近移动扳的油层速度贴近移动扳的油层速度vu dydu油层间剪应力油层间剪应力与油层速度梯度与油层速度梯度成正比成正比( 粘性流体粘性定律粘性流体粘性定律)比例常数，即动力粘度比例常数，即动力粘度设长宽高各为设长宽高各为 1m 的流体，若上下的流体，若上下两面发生两面发生 1m/s 的相对

9、滑动，所需的相对滑动，所需施加的力为施加的力为 1N 时，时， 则该流体的则该流体的粘度为粘度为 1 个国际单位制的动力粘度个国际单位制的动力粘度记为记为 Pa.s2/11msNsPa( 用于流体动力学计算用于流体动力学计算 )动力粘度动力粘度smStcSt/10101262动力粘度动力粘度与同温下该流体密度与同温下该流体密度的比值的比值(润滑油的粘度润滑油的粘度)单位换算单位换算sm /2国际单位制国际单位制scm /2物理单位物理单位称为称为 St (斯斯)smm /2常用单位常用单位cSt(厘斯厘斯)运动粘度运动粘度cSt100St1/scm12 =粘粘- -温曲线：温曲线：润滑油的粘度

10、随着润滑油的粘度随着温度的升高而降低。温度的升高而降低。 润滑油的粘度随着压力的升高而增润滑油的粘度随着压力的升高而增大，但压力不太高时（小于大，但压力不太高时（小于10 MPa），），变化极小，可忽略不计。变化极小，可忽略不计。 温度温度压力压力粘度粘度粘度粘度粘度温度曲线粘度温度曲线c cS St tC C0 0牌号：牌号：我国的石油产品是用运动粘度（我国的石油产品是用运动粘度（cStcSt）标定的，）标定的，GB44389规定采用润滑油在规定采用润滑油在4040C C时的运动粘度中心值作为润滑油的牌号时的运动粘度中心值作为润滑油的牌号 选用润滑油的原则选用润滑油的原则外载大外载大 难形成

11、油膜难形成油膜 选粘度高的油选粘度高的油速度高速度高 摩擦大摩擦大 选粘度低的油选粘度低的油温度高温度高 油变稀油变稀 选粘度高的油选粘度高的油比压大比压大 油易挤出油易挤出 选粘度高的油选粘度高的油润滑脂润滑脂 特点及应用：特点及应用：密封简单，不需经常添加，不易流失，所以在垂密封简单，不需经常添加，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以应用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大直的摩擦表面上也可以应用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦功耗较大，机械效率较的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦功耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速。因此润滑脂主要用于低速或带有冲击的

12、机低，故不宜用于高速。因此润滑脂主要用于低速或带有冲击的机器。器。 由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。稠化而成。 分类：分类： 1 1）钙基润滑脂）钙基润滑脂 具有耐水性，常用于具有耐水性，常用于60C以下的各种机器中以下的各种机器中的轴承润滑，是目前使用最多一种润滑脂。的轴承润滑，是目前使用最多一种润滑脂。 2 2）钠基润滑脂）钠基润滑脂 可用于可用于115115145145C C以下，但不耐水。以下，但不耐水。 3 3）锂基润滑脂）锂基润滑脂 性能优良，耐水，适用在性能优良，耐水，适用在- -202015015

13、0C C范围内范围内工作，并可代替钙基、钠基润滑脂。工作，并可代替钙基、钠基润滑脂。 固体润滑剂固体润滑剂 分类：分类： 1 1）石墨）石墨 性能稳定，在性能稳定，在350C C以上才开始氧化，并可在水中工以上才开始氧化，并可在水中工作。作。 2 2）聚四氟乙稀）聚四氟乙稀 摩擦系数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。 3 3）二硫化钼）二硫化钼 与金属表面吸附性强，摩擦系数低，使用温度与金属表面吸附性强，摩擦系数低，使用温度范围也广范围也广（-60300C），），但遇水则性能下降。但遇水则性能下降。 应用：应用：一般在超出润滑油和润滑脂使用范围才使用。常将固体一般在超出润滑油和润

14、滑脂使用范围才使用。常将固体润滑剂调合在润滑油中使用，也可以涂覆、烧结在摩擦表面形成润滑剂调合在润滑油中使用，也可以涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者用固结成型的固体润滑剂嵌装在轴承中使用，或者覆盖膜，或者用固结成型的固体润滑剂嵌装在轴承中使用，或者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。 2 润滑装置润滑装置 间歇润滑间歇润滑 可用于小型、低速或间歇运动的轴承。对于重要的轴承，必须可用于小型、低速或间歇运动的轴承。对于重要的轴承，必须采用连续供油的方法。采用连续供油的方法。 1 1）压配式注油杯）压配式注油杯 2 2）旋套式注油杯）旋套式注油杯 3 3）旋盖式油脂杯）旋

15、盖式油脂杯 连续润滑连续润滑 1 1）滴油润滑）滴油润滑 针阀油杯；针阀油杯；油芯油杯油芯油杯 2 2）油环润滑）油环润滑rpm 000 25001rpm10060 n 3 3）飞溅润滑）飞溅润滑 4 4）压力循环润滑）压力循环润滑 四、非液体摩擦滑动轴承的设计四、非液体摩擦滑动轴承的设计1. 失效形式及计算准则失效形式及计算准则设计准则设计准则失效形式失效形式磨损磨损防止过度磨损防止过度磨损发热引起胶合发热引起胶合防止胶合防止胶合ppvvpvpvpvfdlfFv单位面积摩擦功率单位面积摩擦功率p比压比压小、油难挤出、润滑好小、油难挤出、润滑好v速度速度大、磨损大大、磨损大 非液体摩擦滑动轴承

16、工作时，因其摩擦表面不能被润滑油完全隔开，只能形非液体摩擦滑动轴承工作时，因其摩擦表面不能被润滑油完全隔开，只能形成边界油膜，存在局部金属表面的直接接触。因此，轴承工作表面的磨损和因边成边界油膜，存在局部金属表面的直接接触。因此，轴承工作表面的磨损和因边界油膜的破裂导致的工作表面胶合或烧瓦是其主要失效形式。设计时，约束条件界油膜的破裂导致的工作表面胶合或烧瓦是其主要失效形式。设计时，约束条件是：维持边界油膜不遭破裂。是：维持边界油膜不遭破裂。 压强压强dlFpr向心轴承向心轴承kddzFpa)(42221推力轴承推力轴承速度速度100060dnv向心轴承向心轴承100060)2(21nddvm

17、推力轴承推力轴承油沟引起接触油沟引起接触面积减小系数面积减小系数2. 设计步骤设计步骤(1) 选择轴承结构型式及材料选择轴承结构型式及材料(2) 初定轴承基本型式和参数初定轴承基本型式和参数选择宽径比选择宽径比5 . 15 . 0dldl承载承载散热性散热性油温油温(3) 校核计算校核计算(4) 选择轴承的配合选择轴承的配合(5) 选择润滑剂和润滑装置选择润滑剂和润滑装置五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计1. 压力油膜形成的原理压力油膜形成的原理轴颈和轴瓦同心时轴颈和轴瓦同心时两平行板的摩擦状况两平行板的摩擦状况轴颈和轴瓦偏心时轴颈和轴瓦偏心时两倾斜板的摩擦状

18、况两倾斜板的摩擦状况(1) 两平行板两平行板(2) 两倾斜板两倾斜板层与层间靠内摩擦阻力层与层间靠内摩擦阻力(粘性粘性)带动前进带动前进油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力vy沿沿方向按线性变化方向按线性变化vhQQOUTIN21vabQIN21vcdQOUT21OUTINQQ 润滑油不可压缩润滑油不可压缩“拥挤拥挤”形成压力形成压力油的粘性和压力的油的粘性和压力的作用，改变了油层作用，改变了油层速度变化规律速度变化规律2. 液体动压润滑的基本方程液体动压润滑的基本方程pdydzdydzdpp)( dxdzdxdzd )(dyddxdpdydu2

19、2dyuddxdp21221CyCydxdpuouhyvuoy)()(21yhhvyhydxdpu对对 y 积分：积分：边界条件：边界条件：假设假设油按层状流动油按层状流动忽略压力、温度的影响忽略压力、温度的影响油不可压缩油不可压缩油层在油层在Z Z方向无流动方向无流动hXhvhdxdpudyq0321210max21vhqXmaxXXqq 任意截面上单位宽度任意截面上单位宽度( z方向方向)的流量的流量0dxdp设油膜压力最大处设油膜压力最大处( 此截面此截面)的间隙为的间隙为0h则则流体是连续的流体是连续的306hhhvdxdp一维雷诺方程一维雷诺方程)()(21yhhvyhydxdpu讨

20、论之一：讨论之一：22dyuddxdp由由油膜压力沿油膜压力沿 x 方向变化规律方向变化规律对平行板对平行板对倾斜板对倾斜板kyu 022dyud022dyud022dyud0dxdp0dxdp0dxdp平行板间油膜压力沿平行板间油膜压力沿 x 方向无变化，方向无变化，等于入口处压力等于入口处压力 (压力为压力为 0)入口处速度图形为凹形入口处速度图形为凹形出口处速度图形为凸形出口处速度图形为凸形在在0dxdp处处0h油膜厚度为油膜厚度为u 沿沿 y 方向线性分布方向线性分布maxp油膜压力达油膜压力达)()(21yhhvyhydxdpu讨论之二：讨论之二：液体摩擦形成的条件液体摩擦形成的条件

21、由由306hhhvdxdp(1) 两工作表面必须形成收敛的楔形间隙两工作表面必须形成收敛的楔形间隙(2) 两工作表面必须有一定的相对运动，两工作表面必须有一定的相对运动，且且 v 方向是从大口道小口方向是从大口道小口(3) 间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油0hh若若0dxdp则则无粘度无粘度各油层无速度各油层无速度两板间油无流动两板间油无流动不能形成油膜压力不能形成油膜压力讨论之三：讨论之三：向心滑动轴承动压油膜形成过程向心滑动轴承动压油膜形成过程(1) 停车停车(2) 启动启动0n0n金属直接金属直接接触接触摩擦力使摩擦力使轴颈右移轴颈右移油膜压力

22、将轴油膜压力将轴颈托起颈托起其合力将轴颈其合力将轴颈左推左推n(3) 随着随着油膜压力将轴油膜压力将轴颈完全托起颈完全托起其合力与外载其合力与外载平衡平衡(4)n为工作转速为工作转速n油膜压力油膜压力偏心距偏心距 e3. 承载能力计算承载能力计算(1) 转换为极坐标系转换为极坐标系eOO21rRrrRe)cos1 (cos)180cos(cos022eerRNONCMOh)1 (minhdrdx)cos1 (00h取取连线为极坐标轴连线为极坐标轴21OO偏心距偏心距间隙间隙相对间隙相对间隙偏心率偏心率任意任意处处( M 点点 )的油膜厚度的油膜厚度)(最小油膜厚度最小油膜厚度)(0最大油膜压力

23、处的厚度最大油膜压力处的厚度(2) 承载能力的推导过程承载能力的推导过程代入雷诺方程代入雷诺方程306hhhvdxdp承载区任意点承载区任意点 M 的油膜压力的油膜压力1dp沿沿 y 方向的分压力方向的分压力)(180cos0aypp沿沿 z 方向单位宽度上油膜压力的合力方向单位宽度上油膜压力的合力21dppyy考虑端泄考虑端泄2)21 (lzkppbyy油膜总压力与外载油膜总压力与外载 F 平衡平衡22llydzpFPClvF22研究点研究点 M承载量系数承载量系数采用国际单位：采用国际单位：NFsPasmvml./2当轴承结构当轴承结构确定确定),(vldPCdl由由则可计算承受多大的则可

24、计算承受多大的径向载荷径向载荷 FFl vCP22计算计算PCdl由由P PC Cf fC C承载量系数承载量系数PClvF22公式公式的用途的用途则可计算承受外载则可计算承受外载 F 时要多大的时要多大的)1 (minrh动压润滑条件：动压润滑条件：minhh)(32 (21ZZRRh轴瓦表面粗糙度轴瓦表面粗糙度轴颈表面粗糙度轴颈表面粗糙度4. 主要参数的选择主要参数的选择承载承载回转精度回转精度摩擦阻力摩擦阻力温度温度轴承宽度轴承宽度油膜压力油膜压力承载承载散热散热温升温升承载承载端泄端泄温升温升选轴承配合选轴承配合rrR(1) 相对间隙相对间隙PCvlF22的选择：的选择：载荷大、载荷大

25、、应取小一些，提高承载能力应取小一些，提高承载能力速度大、速度大、应取大一些，减少发热应取大一些，减少发热4310)0 . 16 . 0(v经验公式经验公式计算计算dl(2) 宽径比宽径比dldl轴颈中心与轴承中心接近重合轴颈中心与轴承中心接近重合反之，接近于反之，接近于 1受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差等的限制等的限制轴承表面粗糙度轴承表面粗糙度轴颈表面粗糙度轴颈表面粗糙度转速转速载荷载荷油膜压力油膜压力承载承载rRe(3) 偏心率偏心率值越趋向于值越趋向于 095. 05 . 0一般：一般：)1 ()1 (minrh(4) 最小油膜

26、厚度最小油膜厚度minh（即（即 ）不可能无限小不可能无限小minh一般：一般：动压润滑条件动压润滑条件)(32(21minZZRRh hhmin5. 热平衡计算热平衡计算(1) 温升公式温升公式tAtQcvFfS摩擦发热量摩擦发热量流动油带走的热量流动油带走的热量轴承散热量轴承散热量vCcldFCtSQf温升温升CkgJc0./21001680比热比热3/900850mkg密度密度CsmJS02. ./140,80,50散热系数散热系数P PC Cf fC C摩擦特性系数摩擦特性系数Q QC C流量系数流量系数(2) 热平衡计算热平衡计算初定初定计算计算左右左右Ctm050初定值与计算值相差

27、初定值与计算值相差大于大于 5C 时，时， 必须改必须改变参数重新计算变参数重新计算 不得超过不得超过 30C 21tttm定得过高、粘度下降定得过高、粘度下降Ctm075Ct014535定得过低、外部冷却难定得过低、外部冷却难vCcldFCtSQf左右左右Ct01408 已知润滑油牌号已知润滑油牌号 L-AN32 7 选轴瓦材料选轴瓦材料 ZSnSb11Ch6 p=25、v=80、pv=1006 pv值值(Mpa.m/s) 63.74 51.03 5 速度速度(m/s) 31.44 压强压强(MPa) 2.03 1.6253 轴承宽度轴承宽度(m) 0.16 0.22 选取宽径比选取宽径比

28、0.8 1.01 选结构型式选结构型式 正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为 1809 初定平均温度初定平均温度(C) 50设计动压向心滑动轴承设计动压向心滑动轴承已知：已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求轴承剖分、要求轴承剖分、L-AN32润滑油润滑油设计项目设计项目方案方案 1方案方案 2方案方案 3序号序号 10 查运动粘度查运动粘度(mm2/s) 2011 动力粘度动力粘度(Pa.s) 0.01812 选择相对间隙选择相对间隙 0.00145 0.0019 0.0023 13 选择轴颈表面粗糙度选择轴颈表面粗糙度(m) 1

29、.614 选择轴瓦表面粗糙度选择轴瓦表面粗糙度(m) 3.2 15 承载量系数承载量系数 0.756 1.297 1.5216 查偏心率查偏心率 0.5 0.66 0.62517 最小油膜厚度最小油膜厚度(mm) 0.0725 0.0646 0.0862518 计算计算(23)(Rz1+Rz2)值值 0.00960.014420 查摩擦特性系数查摩擦特性系数 3.5 2.3 2.021 查流量系数查流量系数 0.138 0.165 0.13819 最小油膜厚度是否足够最小油膜厚度是否足够 足够足够设计项目设计项目方案方案 1方案方案 2方案方案 3序号序号22 润滑油温升润滑油温升(C) 32.8 18.2 15.223 取入口温度取入口温度(C) 4024