机械设计课件12.第十二章滑动轴承

1、第十二章第十二章 滑动轴承滑动轴承 121 121 概述概述 滑动轴承滑动轴承一、滑动轴承类型一、滑动轴承类型 径向轴承（向心轴承）（受径向轴承（向心轴承）（受Fr）止推轴承（推力轴承）（受止推轴承（推力轴承）（受Fa） 按承载：按承载：按润滑状态：按润滑状态：流体润滑轴承、非流体润滑轴承、无润滑轴承流体润滑轴承、非流体润滑轴承、无润滑轴承 二、滑动轴承的特点二、滑动轴承的特点 优点：优点：1 1）承载能力高）承载能力高2 2）工作平稳可靠、噪声低）工作平稳可靠、噪声低3 3）径向尺寸小）径向尺寸小4 4）精度高）精度高5 5）流体润滑时，摩擦、磨损较小）流体润滑时，摩擦、磨损较小6 6）油膜

2、有一定的吸振能力）油膜有一定的吸振能力缺点：缺点：1 1）非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重）非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重2 2）流体摩擦滑动轴承在起动、停车、载荷、转）流体摩擦滑动轴承在起动、停车、载荷、转速变化比较大的情况下难于实现流体摩擦速变化比较大的情况下难于实现流体摩擦3 3）流体摩擦、滑动轴承设计、制造、维护费用较高）流体摩擦、滑动轴承设计、制造、维护费用较高 三、应用三、应用1 1）转速特高或特低）转速特高或特低2 2）对回转精度要求特别高的轴）对回转精度要求特别高的轴3 3）承受特大载荷）承受特大载荷4 4）冲击、振动较大时）冲击、振动较大时5 5）径向尺寸受限制

3、）径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构或轴承要做成剖分式的结构122 径向滑动轴承的主要类型径向滑动轴承的主要类型 一、整体式径向滑动轴承一、整体式径向滑动轴承 二、剖分式径向滑动轴承二、剖分式径向滑动轴承 三、自动调心式：轴瓦外表面做成球形三、自动调心式：轴瓦外表面做成球形 四、调隙式径向滑动轴承四、调隙式径向滑动轴承 1234511-轴瓦；2-轴；3、5-螺母；4-轴承座外表面为圆锥面的外表面为圆锥面的轴套上开一个缝口，轴套上开一个缝口，另在圆周上开三个另在圆周上开三个槽（以减小刚性），槽（以减小刚性），使之易变形，轴瓦使之易变形，轴瓦两端各装一个调节两端各装一个调节螺母，通过松紧调螺母

4、，通过松紧调节螺母节螺母3.53.5，使锥，使锥形轴套轴向移动，形轴套轴向移动，从而调整轴套与轴从而调整轴套与轴间的间隙间的间隙用于用于一般机床主轴。一般机床主轴。123 滑动轴承的材料及轴瓦结构滑动轴承的材料及轴瓦结构 一、滑动轴承的材料一、滑动轴承的材料 主要失效形式：磨损和胶合、疲劳破坏主要失效形式：磨损和胶合、疲劳破坏 1、对轴承材料的要求、对轴承材料的要求 1）良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性）良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性2 2）良好的顺应性，嵌入性和磨合性）良好的顺应性，嵌入性和磨合性 3 3）足够的强度和必要的塑性）足够的强度和必要的塑性 4 4）良好的耐腐蚀性、热化学性能（传热

5、性和热膨胀性）良好的耐腐蚀性、热化学性能（传热性和热膨胀性）和调滑性（对油的吸附能力）和调滑性（对油的吸附能力） 5 5）良好的工艺性和经济性等。）良好的工艺性和经济性等。 2、常用材料、常用材料 金属材料：金属材料： 1 1）铸铁）铸铁: :有游离的石墨能有润滑作用有游离的石墨能有润滑作用 2 2）轴承合金（又称巴氏合金或白合金）轴承合金（又称巴氏合金或白合金） 适于轻载、低速，不受冲击的场合。适于轻载、低速，不受冲击的场合。由锡（由锡（SnSn）、铅（）、铅（PbPb）、锑（）、锑（SbSb）、铜（）、铜（CuCu）等组成。）等组成。以锡或铅为基体（软），其中含有锑锡（以锡或铅为基体（软）

6、，其中含有锑锡（Sb-SnSb-Sn）或铜锡）或铜锡（Cu-SnCu-Sn）的硬晶粒。）的硬晶粒。 硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性特点：嵌入性、顺应性最好，抗胶合性好，但机械强度较低特点：嵌入性、顺应性最好，抗胶合性好，但机械强度较低 作为轴承衬浇注在软钢或青铜轴瓦的表面。作为轴承衬浇注在软钢或青铜轴瓦的表面。价格较贵价格较贵4 4）铝基合金）铝基合金 强度高、耐磨性、耐腐蚀和导热性强度高、耐磨性、耐腐蚀和导热性好好 3 3）铜合金，青铜基体）铜合金，青铜基体 锡青铜锡青铜减摩、耐磨性最好，减摩、耐磨性最好，应用较广，强度比轴承应用较广，强度比

7、轴承合金高，适于重载、中速合金高，适于重载、中速 铅青铜铅青铜抗胶合能力强，适于高速、重载抗胶合能力强，适于高速、重载 铝青铜铝青铜强度及硬度较高，抗胶合性差，适于低速、重载传动强度及硬度较高，抗胶合性差，适于低速、重载传动 低锡低锡用于高速中小功率柴油机轴承用于高速中小功率柴油机轴承 高锡高锡用于高速大功率柴油机轴承。用于高速大功率柴油机轴承。 5 5）多孔质金属材料（粉末冶金）多孔质金属材料（粉末冶金）含油轴承含油轴承 6）非金属材料）非金属材料塑料、橡胶塑料、橡胶 它是利用铁或铜和石墨粉末、树脂混合经压型、烧结、整形、它是利用铁或铜和石墨粉末、树脂混合经压型、烧结、整形、浸油而制成的，其

8、特点是组织疏松多孔，孔隙中能大量吸收浸油而制成的，其特点是组织疏松多孔，孔隙中能大量吸收润滑油，润滑油，称含油轴承，具有自润滑的性能。称含油轴承，具有自润滑的性能。 1 1）塑料）塑料ff小，耐腐蚀，具有自润滑性能，但导热性差，小，耐腐蚀，具有自润滑性能，但导热性差，易变形，承载能力差易变形，承载能力差 如：酚醛树脂、聚铣胺（尼龙）、四氟乙烯等，可用油，也可如：酚醛树脂、聚铣胺（尼龙）、四氟乙烯等，可用油，也可用水润滑。用水润滑。 2 2）橡胶）橡胶弹性大，允许轴线一定偏斜，用水作润滑剂且环弹性大，允许轴线一定偏斜，用水作润滑剂且环境较脏污处，境较脏污处， 例如：水泵、水轮机和其它水下机械用轴

9、承。例如：水泵、水轮机和其它水下机械用轴承。常用材料的性能见表常用材料的性能见表12-112-1，12122 2 二、轴瓦结构二、轴瓦结构 1、轴瓦的形式与结构、轴瓦的形式与结构 整体式轴瓦整体式轴瓦 结构：单金属结构：单金属双金属（有轴承衬（双金属（有轴承衬（1212层）层）三金属三金属钢钢青铜青铜轴承衬轴承衬剖分式轴瓦剖分式轴瓦厚壁轴瓦：铸造制造厚壁轴瓦：铸造制造薄壁轴瓦：实践证明，衬厚度愈薄（薄壁轴瓦：实践证明，衬厚度愈薄（S0.36mmSh0h0h0h00pmaxxppxxpxp根据流动连续性，根据流动连续性，各截面流量应相等各截面流量应相等 301212hxphvudyqhx306h

10、hhvxpxhvxphx6)(3xhvzphzxphx6)()(33一维雷诺流体动力润滑方程一维雷诺流体动力润滑方程对对x取偏导数：取偏导数：考虑沿考虑沿Z方向的流动：方向的流动：二维雷诺流体动力润滑方程二维雷诺流体动力润滑方程二、油楔承载机理二、油楔承载机理 306hhhvxp油压的变化：油压的变化：润滑油的粘度、润滑油的粘度、 表面滑动速度、油膜厚度表面滑动速度、油膜厚度全部油膜压力之和即为油膜的承载能力全部油膜压力之和即为油膜的承载能力pxxppxpmax0=0hh0静止件Oh0yx移动件vh=h0(1)(1)在油膜厚度在油膜厚度h=h0h=h0左边，左边，hh0 hh0 306hhhv

11、xp0/xp即油压随即油压随x x的增大而增大的增大而增大 (2)(2)在油膜厚度在油膜厚度h=h0h=h0右边，右边，hh0 hh0h00pmaxxppxxpxp两滑动表面平行，两滑动表面平行，h=h0 306hhhvxp平行油膜各处油压与入口、出口处相等，不能产生高平行油膜各处油压与入口、出口处相等，不能产生高于外面压力的油压支承外载。于外面压力的油压支承外载。 0/xppxxppxpmax0=0hh0静止件Oh0yx移动件vh=h0若两表面呈扩散楔形，即移动件带着润滑油从小口走向大口若两表面呈扩散楔形，即移动件带着润滑油从小口走向大口 v v(1)(1)在在h0h0右边，右边，hh0 h

12、h0 hh0 0/xp即油压随即油压随x x的增大而增大的增大而增大 中间压力中间压力 0 油压与外载油压与外载F F平衡平衡时，轴颈部稳定在时，轴颈部稳定在某一位置上运转某一位置上运转 转速稳定以后转速稳定以后,转速越高轴颈中心越靠近轴孔中心转速越高轴颈中心越靠近轴孔中心两心重合时油楔消失，但两心重合时油楔消失，但n不可能到达不可能到达 四、径向滑动轴承的几何关系和承载能力四、径向滑动轴承的几何关系和承载能力 1 1、几何关系、几何关系 eF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax极轴直径间隙：直径间隙： dD 半径间隙：半径间隙： rR相对间隙：相对间隙： rd偏心距：偏心距：

13、 1ooe 偏心率：偏心率： /ex 轴颈中心轴颈中心11轴承中心，起始位置轴承中心，起始位置F F与与1 1重合重合轴颈直径轴颈直径 d d轴承孔直径轴承孔直径D DeF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax极轴根据余弦定律可得根据余弦定律可得 1AOOhh任意截面处的油膜厚度任意截面处的油膜厚度h0h0最大油膜压力处的油最大油膜压力处的油膜厚度膜厚度 极点极点极轴极轴222222sincos)(cos)(2)(eehrhrehreRrR 22sine略去高阶微量略去高阶微量再引入半径间隙再引入半径间隙并两端开方得并两端开方得 coserhr)cos1 ()cos1 (xrxh

14、1 1）压力最大处油膜厚度）压力最大处油膜厚度2 2）油膜最小厚度）油膜最小厚度hmin hmin )cos1 ()cos1 (000 xrxhcoserhr整理得任取位置时油膜厚度为整理得任取位置时油膜厚度为exrxh)1 ()1 (mineF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax极轴2 2、油膜承载能力、油膜承载能力 rddx rv0hh和302)cos1 ()cos(cos6xxddp极坐标形式的雷诺方程极坐标形式的雷诺方程从压力区起始角从压力区起始角 至任意角至任意角 进行积分，得进行积分，得任意角处的压力任意角处的压力 1dxxp1302)cos1 ()cos(cos6

15、306hhhvxpeF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax极轴dxxp1302)cos1 ()cos(cos6再求压力在外载荷方向上的分量再求压力在外载荷方向上的分量 )cos()(cosaayppp理论上理论上pypy乘轴承宽度乘轴承宽度B B即得油膜承载能力，但考即得油膜承载能力，但考虑轴承为有限宽，存在端泄，沿轴承宽虑轴承为有限宽，存在端泄，沿轴承宽B B压力分压力分布布, ,引入修正系数引入修正系数A A，考虑端泄的影响，考虑端泄的影响 dDFz=1Bd=1413=12221BZAppyy在在角和距轴承中线为角和距轴承中线为Z Z处的油膜压力处的油膜压力 dDFz=1B

16、d=1413=122/2/BBydZpF 2/2/32122116BBdZfdfdfr 2/2/3212113BBFdZfdfdfBC令令 油膜能承受的载荷油膜能承受的载荷 FCdBF2CF承载量系数承载量系数 表表12-4表表12-4 看出，看出，hmin越小（越小（x越大），越大），B/d越大，越大，CF越越大，轴承的承载能力大，轴承的承载能力F越大越大油膜能承受的载荷油膜能承受的载荷 FCdBF2 2/2/230211)2(1)cos()cos1 ()cos(cos3BBaFdZBZAddxBxC实际工作时，随外载实际工作时，随外载F F变化变化hminhmin随之变化，油膜压力随之变化

17、，油膜压力发生变化，最终油膜压力使轴颈在新的位置上与外载发生变化，最终油膜压力使轴颈在新的位置上与外载保持新的平衡保持新的平衡 exrxh)1 ()1 (min3 3、最小油膜厚度、最小油膜厚度hmin hmin hminhmin不能小于轴颈与轴瓦表面微观不平度之和不能小于轴颈与轴瓦表面微观不平度之和 )(21minZZRRSh上式与流体动力润滑的三个基本条件上式与流体动力润滑的三个基本条件 流体动力润滑的充分必要条件流体动力润滑的充分必要条件 五、轴承的热平衡计算五、轴承的热平衡计算1 1、轴承中的摩擦与功耗、轴承中的摩擦与功耗 牛顿粘性定律 yu油层中摩擦力 dyduSFfxpyhyhyh

18、vu2)()(vhvddyudBrrdBvdBdyduSFf摩擦系数：摩擦系数： pnppdBdBFFff302rdpxxppxpmax0=0hh0静止件Oh0yx移动件vh=h0dDFFF(a)(b)(c)pnFFff30255. 0pf摩擦功耗引起轴承单位时间内的发热量摩擦功耗引起轴承单位时间内的发热量 H= f FV 2、轴承耗油量、轴承耗油量 = 承载区端泄流量承载区端泄流量Q1 + 非承载区端泄流量非承载区端泄流量Q2 + 轴瓦供油槽两端流出的附加流量轴瓦供油槽两端流出的附加流量 Q3进入轴承的润滑油总流量进入轴承的润滑油总流量Q Q1实际工作时摩擦力与摩擦系数要稍大一些实际工作时摩

19、擦力与摩擦系数要稍大一些 3、轴承温升、轴承温升 控制温升的目的：控制温升的目的： （1）粘度）粘度间隙改变，使轴承的承载能力下降间隙改变，使轴承的承载能力下降（2）会使金属软化）会使金属软化发生抱轴事故发生抱轴事故摩擦产生的热量摩擦产生的热量H = 端泄润滑油所带走热量端泄润滑油所带走热量H1 + 轴承散发热量轴承散发热量H2热平衡条件：单位时间内热平衡条件：单位时间内H1=QCt W tBdHS2tdBtQPcfFvS)()()(12CvBdQcPftttStdBtQPcfFvS达热平衡润滑油的温升达热平衡润滑油的温升 由于轴承中各点温度不同由于轴承中各点温度不同 ，计算承载能力时，采用润计算承载能力时，采用润滑油平均滑油平均tmtm时的粘度。时的粘度。 润滑油平均温度润滑油平均温度tm21tttm为保证承载要求为保证承载要求tm75先给定先给定tm，再按上式求出，再按上式求出t，要求，要求t1=3545 六、轴承参数选择六、轴承参数选择 1、轴承的平均比压、轴承的平均比压 BdFP/表表12-1、表、表12-2P P较大，有利于提高轴承平稳性，减小轴承的尺寸较大，有利于提高轴承平稳性，减小轴承的尺寸 但但P P过大，油层变薄，对轴承制造安装过大，油层变薄，对轴承制造安装精度要求提高，轴承工作表面易破坏精度要求提高，