滑动轴承(3)市公开课一等奖省赛课获奖课件

第十五章滑动轴承

滑动轴承、滚动轴承

轴承作用：轴承类型：轴承功用有二：一为支承轴及轴上零件，并保持袖旋转精度；二为降低转轴与支承之间摩擦和磨损。

即使滑动轴承含有一系列优点，在普通机器中取得了广泛应用，不过在高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场所下，滑动轴承就显示出它优异性能，因而在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采取滑动轴承。另外，在低速而带有冲击机器中，如水泥搅拌机、滚简清砂机、破碎机等也常采取滑动轴承。滑动轴承(3)第1页§15—1摩擦状态

1．干摩擦当两摩擦表面间不加任何润滑剂时，即出现固体表面间直接接触摩擦，工程上称为干摩擦。此时，必有大量摩擦功损耗和严重磨损。在滑动轴承中则表现为强烈升温，其至把轴瓦烧毁。所以，在滑动轴承中不允许出现干摩擦。

滑动轴承(3)第2页2．边界摩擦两摩擦表面间有润滑油存在，出于润滑油与金属表面吸附作用，因而在金属表面上形成极薄边界油膜。边界油膜厚度小于1μm，不足以将两金属表面分隔开，所以相互运动时，两金属表面微观高峰部分仍将相互搓削，这种状态称为边界摩擦。—船而言，金属表层覆盖一层边界油膜后，虽不能绝对消除表面磨损，却能够起着减轻磨损作用。这种状态摩擦系数f=0.1~0.3滑动轴承(3)第3页3．液体摩擦若两摩擦表面间有充分润滑油，而且能满足一定条件，则在两摩擦面间可形成厚度达几十微米压力油膜。它能将相对运动着两金属表面分隔开，此时，只有液体之间摩擦，称为液体摩擦，又称为液体润滑。换言之，形成压力油膜能够将重物托起，使其浮在油膜之上。因为两摩擦表面被油隔开而不直接接触，摩擦系数很小(f=0.001~0.01)，所以显著地降低了摩擦和磨损。

滑动轴承(3)第4页

综合上述，液体摩擦是最理想情况。前述汽轮机等长久且高速旋转机器，应该确保其轴承在液体润滑条件下工作。在普通机器中，摩擦表面多处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦混合状态，称为混合摩擦(或称为非液体摩擦)。左图为摩擦副摩擦待性曲线，这条曲线是由试验得到。

上图横坐标称为轴承特征，其中η为润滑油动力粘度，n为轴每秒转数，p为轴承压强。伴随ηn/p不一样，摩擦副分别处于边界摩擦、混合摩擦、液体摩擦状态。滑动轴承(3)第5页§15—2滑动轴承结构型式（一）、整体式径向滑动轴承

特点：1）结构简单、成本低2）轴套磨损后，间隙无法调整3）装拆不便（只能从轴端装拆）适于低速、轻载或间隙工作机器。如图，由轴承座、整体轴套、油孔等组成一、滑动轴承类型及结构按承载分：径向轴承（向心轴承）（受Fr）止推轴承（推力轴承）（受Fa）

按润滑状态：流体润滑轴承、非流体润滑轴承、无润滑轴承

滑动轴承(3)第6页（二）、剖分式径向滑动轴承

滑动轴承(3)第7页（三）、自动调心式

（四）、调隙式径向滑动轴承

图例滑动轴承(3)第8页（六）、推力滑动轴承（受Fa）（五）、斜开向心轴承当载荷垂直向下或略有偏斜时，轴承中分面常为水平方向。若载荷方向有较大偏斜时，则轴承中分面也斜着布置(通常倾斜45°)，使中分平面垂直于或靠近垂直于载荷。滑动轴承(3)第9页二、轴瓦结构

1、轴瓦形式与结构

剖分式轴瓦2、油孔、油槽和油室

整体式轴瓦

油孔、油槽开设标准

：（1）、润滑油应从油膜压力最小处输入轴承

（2）、油槽（沟）开在非承载区，不然会降低油膜承载能力

（3）、油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失

滑动轴承(3)第10页（4）、水平安装轴承油槽开半周，不要延伸到承载区，全周油槽应开在靠近轴承端部处。滑动轴承(3)第11页图15—6所表示为润滑油从两侧导入结构，惯用于大型液体润滑滑动轴承中。一侧油进入后被旋转着轴颈带入楔形间隙中形成动压油膜，另一侧油进入后覆盖在轴颈上半部、起着冷却作用，最终油从轴承两端泄出。图15—7所示轴瓦两侧面镗有油室，这种结构可方便润滑油顺利地进入轴瓦与轴颈间隙。普通油沟与轴瓦端面保持一定距离．以预防漏油。滑动轴承(3)第12页§15—3轴瓦及轴承衬材料

一、滑动轴承材料

主要失效形式：磨损和胶合、疲劳破坏

1、对轴承材料要求

2、惯用材料

金属材料：

1）铸铁

2）轴承合金

3）铜合金

4）铝基合金

5）多孔质金属材料（粉末冶金）

非金属材料——塑料、橡胶

滑动轴承(3)第13页§15—4润滑剂和润滑装置

一、润滑剂选择

工作载荷、相对滑动速度、工作温度和特殊工作环境

1、润滑油

（1）压力大、温度高、载荷冲击变动大——粘度大润滑油

（2）滑动速度大——粘度较低润滑油

（3）粗糙或未经跑合表面——粘度较高润滑油

2、润滑脂

3、固体润滑剂

滑动轴承(3)第14页二、润滑方法

1、油润滑

连续供油:

间歇供油:油壶或油枪1)滴油润滑

2)绳芯润滑3)油环润滑

4)浸油润滑

5)飞溅润滑

6)压力循环润滑

2、脂润滑

旋盖式油脂杯、黄油枪

滑动轴承(3)第15页滴油润滑滑动轴承(3)第16页绳芯润滑滑动轴承(3)第17页油环润滑滑动轴承(3)第18页维持边界油膜不受破坏

一、径向滑动轴承

1、限制平均比压P

目：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出2、限制轴承p、v值

目标：限制pv是控制轴承温升，防止边界膜破裂

§15—5非液体摩擦滑动轴承计算

滑动轴承(3)第19页3、限制滑动速度v

目：当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损二、推力滑动轴承

限制轴承平均比压p和pvm值

滑动轴承(3)第20页§15—6动压润滑基本原理

一、流体动力润滑基本方程

前后向压力上下面剪切应力滑动轴承(3)第21页由x方向力平衡条件，得

代入牛顿粘性流体定律：

y=0时，u=v；y=h时，u=0，得积分常数c1、c2

滑动轴承(3)第22页不计侧漏，沿x方向，任一截面单位宽度流量为

p=pmax处油膜厚度为h0，流量：一维雷诺流体动力润滑方程对x取偏导数：考虑沿Z方向流动：二维雷诺流体动力润滑方程：滑动轴承(3)第23页二、油楔承载机理

油压改变：润滑油粘度、表面滑动速度、油膜厚度全部油膜压力之和即为油膜承载能力两滑动表面平行。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油压支承外载。

油膜呈收敛楔形，油楔内各处油压都大于入口和出口处压力，产生正压力以支承外载滑动轴承(3)第24页形成流体动力润滑必要条件是

（1）相对运动两表面必须形成一个收敛楔形

（2）被油膜分开两表面必须有一定相对滑动速度vs，其运动方向必须使润滑从大口流进，小口流出。

（3）润滑油必须有一定粘度，供油要充分。

三、液体动力润滑状态建立过程

1、起动时2、不稳定运转阶段

3、稳定运转阶段

滑动轴承(3)第25页四、径向滑动轴承几何关系和承载能力

1、几何关系

直径间隙：

半径间隙：

相对间隙：

偏心距：

偏心率：

依据余弦定律可得

任意位置油膜厚度

1）压力最大处油膜厚度2）油膜最小厚度hmin

滑动轴承(3)第26页2、油膜承载能力

极坐标形式雷诺方程从压力区起始角至任意角进行积分，得任意角处压力

再求压力在外载荷方向上分量

将上式在压力区内积分（求和），得到轴承单位宽度上油膜承载能力

引入修正系数A，考虑端泄影响

滑动轴承(3)第27页油膜能承受载荷

CF——承载量系数表12-4hmin越小（x越大），B/d越大，CF越大，轴承承载能力F越大。滑动轴承(3)第28页3、最小油膜厚度hmin

hmin不能小于轴颈与轴瓦表面微观不平度之和

上式与流体动力润滑三个基本条件——流体动力润滑充分必要条件五、轴承热平衡计算1、轴承中摩擦与功耗

由牛顿粘性定律可得油层中摩擦力

滑动轴承(3)第29页摩擦系数：

摩擦功耗引发轴承单位时间内发烧量H=fFV

2、轴承耗油量

=承载区端泄流量Q1+非承载区端泄流量Q2+轴瓦供油槽两端流出附加流量Q3进入轴承润滑油总流量Q≈Q13、轴承温升

（1）粘度↓→间隙改变，使轴承承载能力下降（2）会使金属软化→发生抱轴事故摩擦产生热量H=端泄润滑油所带走热量H1+轴承散发烧量H2热平衡条件：单位时间内滑动轴承(3)第30页润滑油平均温度tm为确保承载要求tm<75℃先给定tm，再按上式求出Δt，再求t1=35℃~45℃

a)若t1>>(35~45)℃,热平衡易建立，则应降低tm，再行计算。

b)若t1<(35~45)℃，不易到达热平衡状态→降低粗糙度→重新计算

c)t2>80℃→易过热失效，→改变相对间隙和油粘度→重新计算滑动轴承(3)第31页六、轴承参数选择

1、轴承平均比压

表12-1、表12-22、宽径比B/d

B/d小→端泄Q1↑→摩擦功耗和温升↓→减轻轴颈与轴瓦边缘接触但承载能力↓

高速重载轴承B/d应取小值低速重载轴承B/d应取大值3、相对间隙

滑动轴承(3)第32页大→Qb大→温升小→但承载能力和运转精度低

小→易形成流体膜→承载能力和运转精度↑

普通机器中惯用见书本

滑动轴承(3)第33页滑动轴承(3)第34页滑动轴承(3)第35页滑动轴承(3)第36页§15—7液体动压多油楔轴承介绍a为椭圆轴承，它顶隙和侧隙之比常制成1：2。b为固定式三油楔轴承，工作时能够形成三个动压油膜，提升了旋转精度和稳定性，但其承载量为三个油楔中油膜力向量和，比单油楔圆轴承低；其摩擦损耗为三个油楔中损耗之和，较单油楔轴承损耗大。固定式三油楔轴承只允许轴颈沿一个固定方向回转。c为可倾式多油楔轴承。滑动轴承(3)第37页§15—8静压轴承与空气轴承介绍一、静压轴承滑动轴承(3)第38页空气是一个取之不尽流体，而