机械设计,滑动轴承

1、13-1 概述13-2 滑动轴承的结构13-3 滑动轴承的失效形式及材料13-4 滑动轴承的润滑13-5 滑动轴承的条件性计算13-6 液体动力润滑径向轴承的计算13-7 其它滑动轴承简介第十三章第十三章 滑动轴承滑动轴承13-2 13-2 概述概述1 113-1 概 述轴承的作用是支承轴。1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。3保证轴的回转精度。一、轴承应满足如下基本要求：一、轴承应满足如下基本要求：二、滑动轴承的分类二、滑动轴承的分类按受载方向不同，分为：按润滑状态不同，分为：径向轴承（向心轴承）：推力轴承（止推轴承）：承受径向力承受轴向力非液体润滑滑动轴承。液体润

2、滑滑动轴承动压润滑静压润滑概述概述2 2概 述三、滑动轴承的特点三、滑动轴承的特点高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、水轮发电机、机床等。极大型的、极微型的、极简单的场合；如自动化办公设备等。4受冲击与振动载荷的场合；如轧钢机。3结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承。四、滑动轴承的应用场合四、滑动轴承的应用场合1承载能力大，耐冲击；2工作平稳，噪音低；3结构简单，径向尺寸小。13-2 13-2 滑动轴承的结构滑动轴承的结构1 113-2 滑动轴承的结构一、径向滑动轴承的结构一、径向滑动轴承的结构整体式径向滑动轴承整体式径向滑动轴承特点：结构简单，成本低廉。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。

3、轴承座整体轴套螺纹孔油杯孔磨损后轴颈与轴承孔之间的间隙无法调整；只能沿轴向装拆。常用的滑动轴承已经标准化，可根据使用要求从有关手册中合理选用。（图131，图132）滑动轴承的结构滑动轴承的结构2 2滑动轴承的结构剖分式（对开式剖分式（对开式）径向滑动轴承）径向滑动轴承特点：便于轴的安装，间隙可调整，但结构复杂。螺栓轴承盖轴承座油杯座孔螺母套管上轴瓦下轴瓦对开式轴承(剖分轴套)（图133，图134）注：剖分面的垂线与径向力的夹角不得大于35，否则，采用45倾斜 剖分式，（图134） 。 应用比较广泛。滑动轴承的结构对开式轴承(整体轴套)滑动轴承的结构滑动轴承的结构3 3滑动轴承的结构滑动轴承的结

4、构4 43 3调隙式径向滑动轴承调隙式径向滑动轴承（图135）特点：便于调整间隙，但结构复杂。4 4调心式径向滑动轴承调心式径向滑动轴承（图137）特点：轴瓦能自动调整位置，以适 应轴的偏斜。注：调心式轴承必须成对使用。 当轴倾斜时，可保证轴颈与轴承配合表面接触良好，从而避免产生偏载。主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。滑动轴承的结构球面配合滑动轴承的结构滑动轴承的结构5 5二、止推滑动轴承的结构二、止推滑动轴承的结构FaFaFaFa止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有： 环形轴端：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：利用轴颈的环形端面作为止

5、推面，结构简单，润滑方便， 可承受双向轴向载荷。广泛用于低速、轻载的场合。 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 不均匀。 环形轴端单止推环式多止推环式 （图138，图139）止推滑动表面的基本尺寸，见表131。滑动轴承的结构滑动轴承的结构图138图139滑动轴承的结构滑动轴承的结构6 6滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构1 1三、轴瓦的形式和结构三、轴瓦的形式和结构按构造分类整体式（又称轴套）：剖分式（对开式）：按材料分类单材料多材料不便于装拆，可修复性差。 安装和拆卸方便，可修复。 如黄铜，灰铸铁等制成的轴瓦。以钢、铸铁或青铜作轴瓦基体，在其表面浇铸一层或两层很薄

6、的减摩材料（称为轴承衬）。 轴承衬的厚度很小，通常不超过 6 mm。滑动轴承的结构（图1310）（图1311）滑动轴承的结构单材料、整体式厚壁铸造轴瓦多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦多材料、对开式厚壁铸造轴瓦多材料、对开式薄壁轧制轴瓦滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构2 2滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构3 3 轴瓦的定位轴瓦的定位 目的：防止轴瓦沿轴向和周向移动。凸缘定位唇紧定螺钉轴 瓦圆柱销轴承座 轴瓦一端或两端做凸缘；定位唇（凸耳）轴向定位方法有：（也可做轴向定位）周向定位方法有：紧定螺钉销 钉滑动轴承的结构滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构4 4 油孔：油槽：油室：（见图1312）

7、（见图1313）（见图1314）为把润滑油导入轴承的工作面，在轴瓦上开设：还起储油和稳定供油的作用，用于大型轴承。滑动轴承的结构（见图1314）双斜向油槽（用于混合润滑轴承）滑动轴承的结构单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）F双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上） 原则：原则：2）对液体动压润滑轴承，油应开在非承载区。（见图1313）1）油槽沿轴向不能开通，以防止润滑油从端部大量流失。3）对混合润滑轴承，油槽应尽量延伸到最大压力区附近。13-3 13-3 滑动轴承的失效形式和材料汽车用滑动轴承故障原因的平均比率一、滑动轴承常见失效形式一、滑动轴承常见失效形式还可能出现气蚀、电侵蚀、流体

8、侵蚀和微动磨损等失效形式。故障原因不干净润滑油不足安装误差对中不良超载比率38.311.115.98.16.0故障原因腐蚀制造精度低气蚀其它比率5.65.52.86.713-3 滑动轴承的失效形式及材料轴承表面的磨粒磨损刮伤疲劳剥落胶合腐蚀滑动轴承的材料1 1滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料轴承材料是指轴瓦和轴承衬的材料。1）减摩性、耐磨性、耐蚀性要好；2）抗胶合能力强，导热性、散热性好； 顺应性：材料通过表层的弹、塑性变形来补偿轴承滑动表面接触不良 的能力。 嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面的刮伤和磨粒 磨损的性能。 磨合性：轴瓦与轴颈表面应易于磨合，从而

9、改善摩擦面的接触状况。1. 对轴承材料性能的要求：对轴承材料性能的要求：3）具有足够的强度，主要包括疲劳强度和抗压强度；4）具有良好的适应性，主要包括：2. 常用材料：常用材料： （见表133）13-4 13-4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑13-4 滑动轴承的润滑一、润滑材料一、润滑材料 特点： 无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 适用场合 ：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。1. 润滑油润滑油 特点： 有良好的流动性，可形成动压、静压润滑或边界润滑。 适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。 选择原则：主要考虑润滑油的粘度。转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。

10、高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。2. 润滑脂润滑脂参照表134或表135选择润滑油。参照表136选择润滑脂。润滑润滑2 21） 固体润滑剂 用于有特殊要求的场合，如要求环境清洁、真空或高温等。常用的有：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。 使用方法：1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；润滑脂的润滑脂的 选择原则：选择原则： ）当压力高和滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；反之，选择针入度大的润滑脂。）所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。 可根据轴承的压强、圆周速度和工作温度选择润滑脂， 见表146。3. 其它润滑材料其它润滑材料3）渗入轴承材料

11、中或成型后镶嵌在轴承中使用。2）或调配到润滑油和润滑脂中使用；滑动轴承的润滑润滑润滑3 32） 水主要用于橡胶轴承或塑料轴承。3） 固体润滑剂如：汞、液态钠、钾、锂等，主要用于宇航器中的某些轴承。4） 气体主要是空气，只适用于轻载、高速轴承。二、润滑方法二、润滑方法 是指将润滑剂送入轴承的方法，主要有：（见表137 和图1315）1）压力润滑；2）滴油润滑；3）油浴飞溅润滑；4）旋盖式注油油杯（用于脂润滑）；5）油环润滑；7）油绳润滑；8）压注油杯润滑等6）油垫润滑； 可根据系数 K 查表138选择润滑方法。3pK （ p = F / Bd轴承的压强（MPa）轴颈的圆周速度（m/s）BdF滑动

12、轴承的润滑图1315滑动轴承的润滑润滑润滑4 413-5 13-5 滑动轴承滑动轴承的条件性计算的条件性计算1 113-5 滑动轴承的条件性计算 速度低、载荷大、有冲击或间歇运转的滑动轴承；以及脂润滑、油绳润 滑及滴油润滑的轴承，工作中处于边界润滑或混合润滑状态。 计算目的：保护边界膜不破裂。 计算内容： 限制压强 p 、p 值、滑动速度 不超过许用值 对于边界膜的强度，目前尚无完善的计算方法，常进行条件性计算。一、一、径向滑动轴承的计算径向滑动轴承的计算 已知条件：径向载荷F (N)、 轴颈转速n (r/mm)、 轴颈直径d (mm) 限制轴承的平均压强限制轴承的平均压强 p pdBFp式中

13、：B轴承宽度（ mm ） ； p轴瓦材料的许用平均压强（MPa），查表133。滑动轴承的条件性计算滑动轴承的条件性计算2 2限制轴承的限制轴承的 值值19100100060pBFndnBdFp式中： 轴颈的圆周速度（m/s），），验算滑动速度验算滑动速度 (m/s)100060dn式中： 材料的许用滑动速度，见表133 。 注：轴承孔与轴颈的配合一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6 p 轴承材料的许用值（MPam/s），），见表133。Bdp滑动轴承的条件性计算滑动轴承的条件滑动轴承的条件性计算性计算3 3)(42022pZddFp二、二、止推滑动轴承的计算止推滑动轴承的计算限制平均压强

14、限制平均压强 pF止推滑动轴承的设计计算式中：d2、d0止推轴承环形接触面的外径和内径。考虑油槽使承载面积减小的系数，其值0.850.95。Z止推环数。p许用平均压强（MPa）， Z1时，查表133； Z1时，表中值降低50（考虑到各环受力不均） 。d0d2滑动轴承的条件性计算滑动轴承的条件性计算滑动轴承的条件性计算4 4202dddm注意：设计时液体动压润滑轴承，常按上述条件性计算进行初步计算。 （动压润滑轴承在起动和停车阶段，往往也处于混合润滑状态） 2限制限制 值值mmmpndZddFp100060)(40022式中： 止推环平均直径 （ ）处的圆周速度。p Z1时，查表133；Z1时，

15、表中值降低50。mpm滑动轴承的条件性计算m1）两表面必须能形成收敛的楔形间隙；3）两表面之间必须有一定的相对运动速度。2）两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体；形成流体动压润滑的条件：形成流体动压润滑的条件：13-6 液体动力润滑径向轴承的计算13-6 13-6 液体动力润滑径向轴承的计算液体动力润滑径向轴承的计算 径向滑动轴承能满足形成流体动力润滑的条件。 一、一、径向滑动轴承形成动压油膜的过程径向滑动轴承形成动压油膜的过程起动阶段稳定运转状态Foo1oo1F起动前o1oF F 方向上的液体压力与 F 相平衡，垂直于F 的方向上液体压力合力为零。Dde偏心距轴的转速越高，则 e 越小。

16、e0 ？径向滑动轴承获得流体润滑主要有两种方法：流体动力润滑流体静压润滑反向时，O的位置？径向滑动轴承获得流体润滑主要有两种方法：流体动力润滑流体静压润滑液体动力润滑径向滑动液体动力润滑径向滑动轴承的计算轴承的计算2 2（用 和 e 表示轴颈的平衡位置）（hlim与、 和 F 等有关）液体动力润滑径向轴承的计算二、液体动力润滑径向轴承的计算二、液体动力润滑径向轴承的计算稳定运转状态Foo1hminepmaxpmaxBRr轴颈直径 d ；轴承直径 D ；直径间隙 D d ；半径间隙 R r / 2偏心率 e / ；相对间隙 / r / d ；偏位角 ；最小油膜厚度：hmin= e1. 几何关系几

17、何关系轴瓦包角 ：轴瓦完整表面所对的中心角； r (1 )液体动力润滑径向滑动轴承的计算液体动力润滑径向滑动轴承的计算3 3液体动力润滑径向轴承的计算2. 承载量系数承载量系数 CF 如前页图所示，在外载荷 F 作用下，径向滑动轴承形成稳定的动压油膜后，油压沿轴向近似抛物线分布。 根据雷诺方程，利用三重积分可以计算整个动压油膜在外载荷 F 方向上产生的合力。该合力与 F 相平衡。FCdB2即： FCF 称为承载量系数，量纲为1，见表139。（13 13 ） B/d CF F （即承载能力）。式中： 油在平均温度下的粘度，Ns/m2。 分析：CF 一定时，BF （承载能力）。液体动力润滑径向滑动

18、轴承的计算液体动力润滑径向滑动轴承的计算4 4液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4计算思路：1) 已知 F、B、 时，计算求得 CF。 2) 根据 CF 由承载量系数表查取偏心率。3) 计算最小油膜厚度 hmin= r(1-)。液体动力润滑径向轴承的计算则BFdBFCF222（13 14 ）式中： 为轴颈的圆周速度。为什么计算 hmin？3. 保证实现液体润滑的（判定）条件保证实现液体润滑的（判定）条件 在其他条件不变的情况下，外载荷 F ，动压润滑轴承的 hmin ，轴承、轴颈表面的微观凸峰可能直接接触，而不能实现液体润滑。要想实现液体润滑，应满足如下条件：hmin S ( Rz1 + Rz

19、2 ) Rz1、Rz2 为轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度。 S安全系数，通常 S 2。液体动力润滑径向滑动轴承的液体动力润滑径向滑动轴承的计算计算5 5液体动力润滑径向轴承的计算4. 热平衡计算热平衡计算为了控制润滑油的温升，需进行热平衡计算。热平衡条件为： 摩擦生热量润滑油带走的热量轴承散发的热量tBdhtqcFpv式中：摩擦因数；cp润滑油的比定压热容，一般为16802100 J/(kg.K)qv润滑油的体积流量（m3/s）。t出油平均温度 t2 与进油温度 t1 之差（）；润滑油的密度，一般为850900 （kgm3）。传热系数 由于轴承散发的热量难以严格计算，通常，工程上按轴承散发20

20、的热量进行计算，则tqcFpv8.0（13 16 ）液体动力润滑径向滑动轴承的液体动力润滑径向滑动轴承的计算计算6 6其中：BdCqqv Cq流量系数，与 B/d 和 有关，见表1310。C C摩擦特性系数，与 B/d 和 有关，见表1311。将两式代入式（1416）得：qpCcpCt8 .0温升（13 17 ） 注：一般按润滑油平均温度时的粘度，计算轴承的承载能力。 平均温度 tmt1+t275 计算时，通常取 t1= 3545 。液体动力润滑径向轴承的计算液体动力润滑径向滑动液体动力润滑径向滑动轴承的计算轴承的计算7 75. 参数选择参数选择1）宽径比 B/d一般 B/d0.51.5，见表

21、1312。宽度小，压强p，运转平稳性好，端泄流量，温升。但承载能力。B/d2）相对间隙 承载能力，回转精度；但端泄流量，温升。 如间隙过小，反而使hmin， 难以形成液体润滑。通常 100 . 16 . 0(43）（ 的取值见 P315）（13 20 ）速度高时，取大值；载荷大时，取小值；B/d 小，加工精度高时，取小值；反之，取大值。 的取值原则：液体动力润滑径向轴承的计算液体动力润滑径向滑动轴承液体动力润滑径向滑动轴承的计算的计算8 86. 制造公差及表面粗造度制造公差及表面粗造度一般轴承可取为 3.2 m 和 6.3 m，或 1.6 m 和 3.2 m。重要轴承可取为 0.8 m 和 1

22、.6 m，或 0.2m 和 0.4 m。 通常，对于轴颈表面取Rz12.5m，对于轴瓦表面Rz25m。若按标准公差加工轴颈和轴瓦孔的表面，轴承承载能力的偏差将很大。 建议按相对间隙的偏差范围为0.1850.125确定轴承的制造公差。3）平均压强）平均压强 pp轴向尺寸小，运转平稳性好。使hmin，不易形成液体润滑。（ p的取值见 P300）液体动力润滑径向轴承的计算液体动力润滑径向液体动力润滑径向滑动轴承的计算滑动轴承的计算9 9五、液体五、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程动力润滑径向滑动轴承的设计过程已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。设计及验算： 保证在平均油温保证在平均油温 tm下下 hmin h 验算温升验算温升 选择轴承材料，验算 p、v、pv。 选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙()和润滑油() 。 计算承载量系数( CF )并查表确定偏心率()。 计算最小