第13章 滑动轴承

1、第第13章章 滑动轴承滑动轴承13-1 滑动轴承类型与结构13-2 滑动轴承的失效形式常用材料和轴瓦结构13-3 混合摩擦滑动轴承的设计计算13-4 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算13-5 径向动压滑动轴承设计分析13-6 其它形式滑动轴承简介机械设计 Machine design轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。1 1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2 2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3 3具有一定的支承精度，保证

2、被支承零件的回转精度。具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。根据轴承中摩擦的性质，可分为根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承滑动轴承和和滚动轴承滚动轴承。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、轴承的分类二、轴承的分类根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 ( (或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承。根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承。 完全液体润滑滑动轴承。完全液

3、体润滑滑动轴承。轴承简介轴承简介机械设计 Machine design四、滑动轴承设计内容四、滑动轴承设计内容三、滑动轴承的特点三、滑动轴承的特点滚动轴承滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：使用滑动轴承：工作转速很高，如汽轮发电机。工作转速很高，如汽轮发电机。要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。特重型的载荷，如水轮发电机。特重型的载荷，如水轮发电机。根据装配要求必须制成剖分式

4、的轴承，如曲轴轴承。根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计；轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。滑动轴承概述滑动轴承概述机械设计 Machine design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。特点：结构简单，成本低廉。应用

5、：低速、轻载或间歇性工作的机器中。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。轴承座整体轴套螺纹孔油杯孔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。只能从沿轴向装入或拆出。只能从沿轴向装入或拆出。径向滑动轴承径向滑动轴承机械设计 Machine design对开式径向滑动轴承对开式径向滑动轴承特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的 间隙、安装方便。间隙、安装方便。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。对开式轴承对开式轴承( (整体轴套整体轴套) )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

6、套)径向滑动轴承径向滑动轴承机械设计 Machine designFaFaFaFa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： 空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。 单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用单环式：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。于低速、轻载的场合。 多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。

7、 由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%50%。 空心式空心式单环式单环式多环式多环式止推滑动轴承止推滑动轴承机械设计 Machine design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轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘( (胶合胶合) )、疲劳剥落和腐蚀。、疲劳剥落和腐蚀。一、滑动轴承常见失效形式有：一、滑动轴承常见失效形式有：滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。故障原因故障原因

8、不干净不干净润滑油不足润滑油不足安装误差安装误差对中不良对中不良超载超载比率比率38.338.311.111.115.915.98.18.16.06.0故障原因故障原因腐蚀腐蚀制造精度低制造精度低气蚀气蚀其它其它比率比率5.65.65.55.52.82.86.76.7 详细说明滑动轴承的失效形式滑动轴承的失效形式机械设计 Machine design二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求：轴承材料性能应满足以下要求： 减摩性：材料副

9、具有较低的摩擦系数。减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。 耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。 抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。 摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不 良的能力。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发生刮伤或磨嵌入性：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。粒磨损的性能。此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。此外还应有足够的强度和

10、抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。 磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状磨合性：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（或性质）。和粗糙度的能力（或性质）。滑动轴承材料性能要求滑动轴承材料性能要求机械设计 Machine design滑动轴承的常用材料滑动轴承的常用材料（1 1）轴承合金）轴承合金( (常称巴氏合金或白合金常称巴氏合金或白合金) )。 轴承合金有锡基、铅基和铝基等。轴承合金有锡基、铅基和铝基等。（2 2）铜合金。）铜合金。 锡青铜、铅青铜和铝青铜等铜合金是常用的轴瓦材料。锡青铜、铅青铜和铝青铜等铜合金是常用的轴瓦

11、材料。（3 3）铝合金。）铝合金。（4 4）多孔质金属材料。）多孔质金属材料。（5 5）灰铸铁。）灰铸铁。（6 6）非金属材料。）非金属材料。 石墨、橡胶、工程塑料和硬木都可作为轴承材料。石墨、橡胶、工程塑料和硬木都可作为轴承材料。常用滑动轴承材料性能见表常用滑动轴承材料性能见表13-113-1机械设计 Machine design一、轴瓦的形式和结构一、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铸造铸造轧制轧制按尺寸按尺寸分类分类厚壁厚壁薄壁薄壁按材料按材料分类分类单材料单材料多材料多材料需从轴端安装和拆卸，可修复性差。需从轴端安装和拆卸，可修复性差。

12、可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。 节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高 。 具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。 强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率

13、只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构机械设计 Machine design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机械设计 Machine design二、轴瓦的定位二、轴瓦的定位 目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。 方法：对于轴向定位有方法：对于轴向定位有：对于周向定位有对于周向定位有：凸缘轴瓦一端或两端做凸缘定位唇定位唇（凸耳）紧定螺钉紧定螺钉（也可做轴向定位）轴 瓦圆柱销轴承座销钉（

14、也可做轴向定位） 滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构机械设计 Machine design三、轴瓦的油孔及油槽三、轴瓦的油孔及油槽 目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。 原则：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原则：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；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。能力；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。 形式：按油槽走向分形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。按油槽数量分按油槽数量分单油槽、多油

15、槽等。单油槽、多油槽等。单轴向油槽开在非承载区单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）（在最大油膜厚度处）F双轴向油槽开在非承载区双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）（在轴承剖分面上）双斜向油槽双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）（用于不完全液体润滑轴承） 滑动轴承的轴瓦结构滑动轴承的轴瓦结构机械设计 Machine design一、一、失效形式与设计准则失效形式与设计准则 工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载油工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。 失效形式：磨粒

16、磨损失效形式：磨粒磨损 、粘着和胶合、粘着和胶合 、疲劳剥落、疲劳剥落 、腐蚀、腐蚀 。 设计准则：保证边界膜不破裂。设计准则：保证边界膜不破裂。 校核内容：校核内容：验算平均压力验算平均压力 p p p p ，控制润滑油不被挤出，轴承不产生过度磨损，控制润滑油不被挤出，轴承不产生过度磨损 。验算摩擦发热验算摩擦发热pvpvpvpv ，防止轴承温升过高，使油膜破裂而导致胶合，防止轴承温升过高，使油膜破裂而导致胶合 。验算滑动速度验算滑动速度v vv v ，因滑动速度，因滑动速度v v过高而使轴承加速磨损或刮伤过高而使轴承加速磨损或刮伤 。 混合摩擦滑动轴承的设计计算混合摩擦滑动轴承的设计计算机

17、械设计 Machine design二、二、径向滑动轴承的设计计算径向滑动轴承的设计计算 已知条件：外加径向载荷已知条件：外加径向载荷F (N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径及轴颈直径d (mm) 验算及设计验算及设计 ：验算轴承的平均压力验算轴承的平均压力p (MPa)pdBFpB轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）p轴瓦材料的许用压力，MPa。验算摩擦热验算摩擦热19100100060pvBFndnBdFpvv轴颈圆周速度，m/s； pv轴承材料的pv许用值，MPam/s验算滑动速度验算滑动速度v (m/s)vv v材料的许用滑动速度选择配合 p、v、 pv 的选择的选择止

18、推滑动轴承的设计计算一般可选一般可选H9/d9或或H8/f7、H7/f6混合摩擦滑动轴承的设计计算混合摩擦滑动轴承的设计计算机械设计 Machine design一、流体动力润滑基本方程的建立一、流体动力润滑基本方程的建立动压液体润滑滑动轴承的设计计算动压液体润滑滑动轴承的设计计算流体动力润滑的必要条件是：流体动力润滑的必要条件是： 相对运动的两表面间构成楔形空间。相对运动的两表面间构成楔形空间。 楔形空间中充满具有粘性的液体楔形空间中充满具有粘性的液体。 两板相对运动的结果，应使液体在两板相对运动的结果，应使液体在粘性力的作用下由楔形空间的大端粘性力的作用下由楔形空间的大端流向楔形空间的小端

19、流向楔形空间的小端 。假设：润滑油为牛顿流体（即粘度为常数，润滑油的流动为层流），润滑油不可压缩，假设：润滑油为牛顿流体（即粘度为常数，润滑油的流动为层流），润滑油不可压缩，润滑油不产生端泄润滑油不产生端泄, ,润滑油与工作表面吸附牢固，表面油分子随工作表面一同运动或静止，润滑油与工作表面吸附牢固，表面油分子随工作表面一同运动或静止，不计油的惯性和重力影响等。不计油的惯性和重力影响等。 )(603hhhvxp在以上假设下，对两平板所构成的楔形空间流体，可得一维雷诺方程：在以上假设下，对两平板所构成的楔形空间流体，可得一维雷诺方程：Fvxyabcoho由雷诺动压润滑方程式可知，油膜压力随润滑油的

20、粘度由雷诺动压润滑方程式可知，油膜压力随润滑油的粘度 、表面滑动速度、表面滑动速度v v和油膜厚度和油膜厚度h h的变化而变化。应用雷诺方程可以求得油膜的总压力即承载能力。的变化而变化。应用雷诺方程可以求得油膜的总压力即承载能力。机械设计 Machine design二、动压润滑径向滑动轴承计算二、动压润滑径向滑动轴承计算 轴承的孔径轴承的孔径D D和轴颈的直径和轴颈的直径d d名义尺寸相等；直径间隙名义尺寸相等；直径间隙 是公差形成的。是公差形成的。 轴颈上作用的液体压力与轴颈上作用的液体压力与F F相平衡，在与相平衡，在与F F垂直的方向，合力为零。垂直的方向，合力为零。轴颈中心与轴承孔中

21、心不可能同心，轴颈最终的平衡位置可用轴颈中心与轴承孔中心不可能同心，轴颈最终的平衡位置可用 a a和偏心距和偏心距e e来表示。来表示。 轴承工作能力取决于轴承工作能力取决于h hlimlim，它与，它与 、 、 和和F F等有关，应保证等有关，应保证h hlimlimh h 。FFFhminoo1oo1o1oaedD初始状态初始状态稳定工作状态稳定工作状态 演示动压液体润滑滑动轴承的设计计算动压液体润滑滑动轴承的设计计算滑动轴承在轴颈起动阶段，不可能达到液体润滑。所以，在设计动压液体润滑轴承时，也还滑动轴承在轴颈起动阶段，不可能达到液体润滑。所以，在设计动压液体润滑轴承时，也还需要按不完全液

22、体润滑轴承进行其承载能力的计算，并选择有良好减摩性的轴瓦材料。需要按不完全液体润滑轴承进行其承载能力的计算，并选择有良好减摩性的轴瓦材料。 1 1、动压润滑的形成过程、动压润滑的形成过程机械设计 Machine design2 2、径向滑动轴承的几何关系、径向滑动轴承的几何关系最小油膜厚度：最小油膜厚度：hmin= e r(1- ) 偏心率， e / 为直径间隙， D d为半径间隙， R R r r / / 2r 和 d 分别为轴颈的半径和直径。R 和 D 分别为轴承的半径和直径。e 为偏心距相对间隙， / r / d 其中：其中：动压液体润滑滑动轴承的设计计算动压液体润滑滑动轴承的设计计算机

23、械设计 Machine design液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算43 3、轴承承载能力计算、轴承承载能力计算 So 索莫菲尔德数，与轴承包角，宽径比B/d和偏心率 有关。 F外载荷，N； 油在平均温度下的粘度，Pas。 B 轴承宽度，m； d轴颈直径（m）；设计计算过程：设计计算过程：1)根据已知条件计算求得根据已知条件计算求得 So。 2)根据根据So- 曲线承载量系数表查取偏心率曲线承载量系数表查取偏心率 。 3) 计算最小油膜厚度计算最小油膜厚度hmin= r(1- )。 02SdBF或vBFdBFSo222动压液体润滑滑动轴承的设计计算动压液体润滑滑动轴承的设计计算为方便计算，图

24、13-22 . 手册给出了So- 曲线轴颈角速度（rad/s）；相对间隙参数选择参数选择机械设计 Machine design最小油膜厚度最小油膜厚度 hmin动压润滑轴承的设计应保证：动压润滑轴承的设计应保证：hminh其中：其中： h=S(Rz1+Rz2)S 安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S2。对于一般轴承可取为对于一般轴承可取为3.2m和和6.3m，1.6 m和和3.2m。对于重要轴承可取为对于重要轴承可取为0.8m和和1.6m，或，或0.2m和和0.4m。Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。分别

25、为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。 动压液体润滑滑动轴承的设计计算动压液体润滑滑动轴承的设计计算机械设计 Machine design4、滑动轴承的润滑油流量计算、滑动轴承的润滑油流量计算保证动压液体润滑滑动轴承工作时有足够的供油量，不仅是为了维持必要的保证动压液体润滑滑动轴承工作时有足够的供油量，不仅是为了维持必要的油膜压力，也是进行热平衡计算，以控制轴承温升的需要。油膜压力，也是进行热平衡计算，以控制轴承温升的需要。 动压液体润滑滑动轴承的设计计算动压液体润滑滑动轴承的设计计算 轴承的润滑油流量轴承的润滑油流量q qV V可通过图可通过图13-2113-21的无量纲流量因数与偏心率的无量纲

26、流量因数与偏心率 关系曲线，关系曲线，查得流量因数，再由下式计算而得查得流量因数，再由下式计算而得 3dqqVV式中式中 q qV V轴承的体积流量（轴承的体积流量（mm3 3/s/s）；）； d d轴颈直径（轴颈直径（mm）；）； 轴颈的角速度（轴颈的角速度（rad/srad/s）；）； 轴承的相对间隙。轴承的相对间隙。机械设计 Machine design5、滑动轴承的热平衡计算、滑动轴承的热平衡计算轴承热平衡计算的出发点是：当轴承单位时间的发热量与同时间的散热量相轴承热平衡计算的出发点是：当轴承单位时间的发热量与同时间的散热量相等时，润滑油和轴承的温度不超过许用值。等时，润滑油和轴承的温

27、度不超过许用值。 动压液体润滑滑动轴承的设计计算动压液体润滑滑动轴承的设计计算轴承稳定运行时的温升为：轴承稳定运行时的温升为： 式中式中 BB轴承宽度（轴承宽度（mm）；）；c c润滑油的比热容，对矿物油为润滑油的比热容，对矿物油为16802100 J/(kgK)；d d轴颈直径（轴颈直径（mm）；）； 轴承的摩擦因数，由图轴承的摩擦因数，由图13-2213-22查得轴承的摩擦特性因数；查得轴承的摩擦特性因数；F Fr r 轴承的径向载荷（轴承的径向载荷（N N）；）；t tinin 润滑油进入轴承间隙时的温度（润滑油进入轴承间隙时的温度（），通常可取），通常可取 t tinin3045；t

28、toutout润滑油从轴承间隙流出时的温度（润滑油从轴承间隙流出时的温度（），对于非压力供油的轴承允许的最高流出油），对于非压力供油的轴承允许的最高流出油温一般温一般t toutout maxmax90，特殊工况条件下可允许到，特殊工况条件下可允许到110； t t达到热平衡时润滑油的温升（达到热平衡时润滑油的温升（）；）；q qv v润滑油的体积流量（润滑油的体积流量（m3/s）；）；v v轴颈的圆周速度（轴颈的圆周速度（m/s）；）； 润滑油的体积质量（润滑油的体积质量（kg/m3），约为），约为850900 kg/m3； s s 轴承表面的散热系数轴承表面的散热系数 W /（ m2K）

29、，根据轴承的结构、尺寸、通风条件而定。对轻，根据轴承的结构、尺寸、通风条件而定。对轻型轴承或散热条件不良的轴承可取型轴承或散热条件不良的轴承可取 s s50 W /（m2K）；中型轴承及一般通风条件可取）；中型轴承及一般通风条件可取 s s80 W/(m2K )；重型轴承及冷却条件良好的轴承可取；重型轴承及冷却条件良好的轴承可取 s s140 W/(m2K)。 BdcqFtttinoutsrVv机械设计 Machine design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：外加径向载荷已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径及轴颈直径d(mm)。设计及验算：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，验算选择轴承材料，验算 p、v、pv。 选择轴承参数，如轴承宽度选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙、相对间隙()和润滑油和润滑油() 。 计算承载量系数计算承载量系数(So)并查表确定偏心率并查表确定偏心率( )。 计算最小油膜厚度计算最小油膜厚度(hmin)和许用油膜厚度和许用油膜厚度(h