机械设计课件濮良贵12

第十二章滑动轴承一.轴承功用

按摩擦性质

滑动轴承

滚动轴承

支承轴及轴上零件,并保证旋转精度减少轴与支承间的摩擦与磨损二.轴承的分类基本内容：滑动轴承的基本类型、结构、材料及滑动轴承的工作能力和热平衡计算本章重点：轴瓦的材料及结构

滑动轴承的基本设计方法§12—1概述第十二章滑动轴承一.轴承功用11.干摩擦2.边界摩擦

两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面直接接触摩擦、磨损大

ｆ＝0.30～0.35

两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜隔开的摩擦

ｆ＝0.01～0.1滑动摩擦状态分类边界膜：物理吸附膜、化学吸附膜化学反应膜分子—机械理论：粘着作用和刨犁作用1.干摩擦2.边界摩擦两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面23.液体摩擦4.混合摩擦

两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦ｆ＝0.001～0.008

干、边界、液体摩擦并存非（完全）液体摩擦油膜：静压油膜和动压油膜3.液体摩擦4.混合摩擦两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦3径向轴承——径向力止推轴承——轴向力

三.滑动轴承的分类不完全液体滑动轴承液体滑动轴承动压轴承静压轴承§12—2滑动轴承的主要结构形式一整体式径向滑动轴承结构：轴承座，轴套（整体）特点：结构简单，成本低，但装拆不便，无法调整间隙

按受载类型

按润滑状态径向轴承——径向力三.滑动轴承的分类不完全液体滑动轴承动压轴4三自动调心式滑动轴承二对开式径向滑动轴承结构：轴承座、轴承盖，

轴瓦（两边）、螺栓特点：剖分面垂直载荷方向，正剖、斜剖，装拆方便，磨损后可调整间隙，结构复杂

轴瓦能摆动，适应轴的变形，用于支承跨距较大或多支点的长轴三自动调心式滑动轴承二对开式径向滑动轴承结构：轴承座5四止推滑动轴承结构：止推轴颈和轴承座类型：空心式压力较均匀单环式单向轴向力，压力均匀多环式双向轴向力，压力不均匀四止推滑动轴承结构：止推轴颈和轴承座6

§12—3滑动轴承的失效形式及常用材料一.滑动轴承的失效形式2.刮伤3.咬粘（胶合）4.疲劳剥落1.磨粒磨损轴表面硬轮廓峰顶刮削轴承温升+压力+油膜破裂→粘附润滑剂氧化→酸性物质→腐蚀载荷反复作用→疲劳裂纹→扩展→剥落5.腐蚀硬质颗粒→磨料→研磨轴和轴承表面§12—3滑动轴承的失效形式及常用材料一.滑动轴7二.轴承的材料2.青铜3.灰铸铁、耐磨铸铁4.多孔质金属材料（含油轴承、陶质金属）5非金属材料1.轴承合金(白合金、巴氏合金)

——锡、铝、铅青铜——轻载、低速——塑料、尼龙、橡胶、硬木铁（铜）粉＋石墨→压型→烧结——轴瓦和轴承衬的材料要求：良好的减摩性、耐磨性、抗胶合性顺应性、磨合性、导热性、足够的强度——以锡或锑为软基体，均夹着锑锡、铜锡硬晶粒→最好，但价高、强度低→轴承衬。二.轴承的材料2.青铜3.灰铸铁、耐磨铸铁4.多孔质金属8§12—4轴瓦结构滑动轴承的关键零件——轴瓦影响结构的因素——材料、润滑等一.轴瓦的型式和构造轴瓦整体式对开式厚壁轴瓦浇铸薄壁轴瓦轧制双、多层金属二.轴瓦的定位轴瓦定位的目的——防止轴瓦相对轴承座移动整体轴套单、双、多层金属卷制轴套轴瓦定位的方法：凸缘、紧定螺钉、销钉、凸耳§12—4轴瓦结构滑动轴承的关键零件——轴瓦一.9轴向油槽周向油槽→载荷方向变动范围超过180°→中部三.油孔及油槽开设油孔及油槽的原则：

将油导入整个摩擦表面而又不影响油膜承载能力单轴向油槽→整体式→最大油膜厚度处双轴向油槽→对开式→剖分面处轴向油槽周向油槽→载荷方向变动范围超过180°→中部三.油孔10机械设计课件濮良贵1211§12—5滑动轴承润滑剂的选用润滑油→液体润滑脂→润滑油＋稠化剂固体润滑剂→石墨、ＭoS2、聚四氟乙稀

润滑油——液体动压轴承表12—4选择原则：⑴转速高、压力小——粘度低⑵转速低、压力大——粘度高⑶高温度下工作（t＞60℃）——较高粘度一.润滑油及其选择二.润滑脂及其选择润滑脂——要求不高、难经常供油或低速重载轴承润滑剂§12—5滑动轴承润滑剂的选用润滑油→液体润滑油——12三.固体润滑剂选择原则：⑴压力大、速度低——小针入度，反之选针入度大的⑵润滑脂滴点应高于轴承工作温度20~30℃，以免流失⑶在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂、

§12—6不完全液体润滑滑动轴承的设计计算

不完全液体润滑滑动轴承——混合摩擦状态

一失效形式及设计准则磨损→间隙↑→运动精度↓胶合：温度↑→粘度↓润滑恶化→烧瓦维持边界油膜不破裂1.主要失效形式2.设计准则——用于特殊场合三.固体润滑剂选择原则：§12—6不完全液体润滑滑动13

二.径向滑动轴承的计算Mpa·m/S2.验算轴承的pv值Mpa1.验算轴承的平均压强p

F—径向载荷mm；B—轴承寛度mm；

d—轴颈直径mm；n—轴颈转速r/min；[p]，[pv]—许用应力Mpa,Mpa·m/S查表(12—2)——限制温升防止胶合——限制压力防止过度磨损3.验算滑动速度v——防止速度太高加速磨损v≤［v］m／s二.径向滑动轴承的计算Mpa·m/S2.验14二.止推滑动轴承的计算1.验算轴承的平均压力pMpa二.止推滑动轴承的计算1.验算轴承的平均压力pMpa15Z—环的数目Fa—轴向载荷d2—轴环直径d1—轴承孔径n—轴颈的转速[p][pV]—许用值MpaMpa·m/S查表(12—6)

2.验算轴承的ｐv值

Mpa·m/Sm/S平均速度ｐv值Z—环的数目2.验算轴承的16§12—7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算一.流体摩擦

流体中任意点处切应力均与该处流体的速度梯度成正比

比例系数η—粘度—流体的内摩擦力二.流体动力润滑流体动力润滑：两相对运动物体的摩擦表面，借助相对速度产生的油膜把两表面完全隔开，由油膜产生的压力来平衡外载荷§12—7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算一.流体摩17

楔效应承载机理平行板—相对运动—流速直线分布—油无内压力不平行板—相对运动—流速变化—油有内压力楔效应承载机理平行板—相对运动—流速直线分布—油无内压力18

假设：牛顿流体（）

层流流动、不计重力、大气压影响、油不可压缩三.流体动力润滑基本方程平衡方程：整理可得：流体的压力变化与速度的变化情况成正比假设：牛顿流体（）三.191.油层的速度分布直线抛物线2.润滑油流量各截面流量相等1.油层的速度分布直线抛物线2.润滑油流量各截面流量相等20流体动力润滑的必要条件：雷诺方程：当h＞h0时，＞0，p沿x方向

增大当h＜h0时，＜0，p沿x方向

减少⑴流体必须有粘度，供应充分⑵两表面必须有相对速度，油从大口进，小口出⑶相对滑动两表面必须现成收敛的楔形油隙流体动力润滑的必要条件：雷诺方程：当h＞h0时，＞021

四径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程

五径向滑动轴承的几何关系和承载量系数1几何关系n=0n≥0n＞＞0⑴直径、半径间隙：△=D－d，δ=R－r=△／2⑵相对间隙：ψ=△／d=δ／r，δ=ψr四径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程五径向滑动轴222承载量系数⑶偏心距与偏心率：e=OO1，=e／δ⑷最小油膜厚度：hmin=δ－e=δ（1－）=rψ（1－）F=油膜的总承载能力

=油膜压力乘面积基本思路：建立极坐标→积分→某点的压力→积分→单位宽度上油膜的承载能力→积分→油膜的总承载能力2承载量系数⑶偏心距与偏心率：e=OO1，=e23承载量系数Cp结果：B—轴承宽度d—轴承直径ω—轴承角速度η—油的粘度C′—与B/d和有关的系数承载量系数Cp结果：B—轴承宽度d—轴承直径24

六最小油膜厚度hmin表12—7讨论：⑴ηυψ一定，Cp↑→F↑⑵Cp一定，η↑υ↑→F↑，ψ↓→hmin↓→

F↑⑶

矛盾：↑

η→↑F→

△t↑，又→η↓hmin越小，则越大，F越大。但加工精度有限，hmin应比误差大，即六最小油膜厚度hmin表12—7讨论：hmin越小，则25

七轴承的热平衡计算轴承产生的热量Q=油流动带走热量Q1+轴承散发热量Q2保证液体动力润滑的条件：⑴充分的供油量⑵收敛的油楔⑶两表面不直接接触目的：控制油温，避免粘度降低Rz1、Rz2—轴颈、轴承孔表面粗造度十点高度S——安全系数S≥21热平衡条件：七轴承的热平衡计算轴承产生的热量Q=油流动带走热26两种情况：ti＞35~40℃容易达到热平衡，可降低tm，增大粗造度ti＜35~40℃不易达到热平衡，可加大间隙，降低粗造度2温升3校核进口油温tic

—比热容见附录ρ—密度αs—传热系数f—摩擦系数

—耗油量系数tm——给定的平均温度tm=50~75℃两种情况：2温升3校核进口油温tic—比热容见27

八参数选择1宽径比B/d=0.3~1.5高速重载取小值低速重载取大值估算需要的粘度：B/d↓运转稳定性↑，承载能力↓端泄↑,△t↓2相对间隙ψ3粘度η估算需要的间隙：八参数选择1宽径比B/d=0.3~1.5高速重载28

九设计计算步骤计算Cp→选B/d值→选材料→验算p、pv、v→估算η′→选油牌号→估算ψ→验算hmin→计算△t→验算ti九设计计算步骤计算Cp→选B/d值→选材料→29小结:1.滑动轴承的结构及分类2.滑动轴承（轴瓦轴承衬）的材料3.非全液体滑动轴承的设计4.流体动力润滑的形成原理条件5动压轴承的承载原理和形成过程6动压轴承的设计的基本思路小结:30

第十二章滑动轴承一.轴承功用

按摩擦性质

滑动轴承

滚动轴承

支承轴及轴上零件,并保证旋转精度减少轴与支承间的摩擦与磨损二.轴承的分类基本内容：滑动轴承的基本类型、结构、材料及滑动轴承的工作能力和热平衡计算本章重点：轴瓦的材料及结构

滑动轴承的基本设计方法§12—1概述第十二章滑动轴承一.轴承功用311.干摩擦2.边界摩擦

两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面直接接触摩擦、磨损大

ｆ＝0.30～0.35

两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜隔开的摩擦

ｆ＝0.01～0.1滑动摩擦状态分类边界膜：物理吸附膜、化学吸附膜化学反应膜分子—机械理论：粘着作用和刨犁作用1.干摩擦2.边界摩擦两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面323.液体摩擦4.混合摩擦

两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦ｆ＝0.001～0.008

干、边界、液体摩擦并存非（完全）液体摩擦油膜：静压油膜和动压油膜3.液体摩擦4.混合摩擦两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦33径向轴承——径向力止推轴承——轴向力

三.滑动轴承的分类不完全液体滑动轴承液体滑动轴承动压轴承静压轴承§12—2滑动轴承的主要结构形式一整体式径向滑动轴承结构：轴承座，轴套（整体）特点：结构简单，成本低，但装拆不便，无法调整间隙

按受载类型

按润滑状态径向轴承——径向力三.滑动轴承的分类不完全液体滑动轴承动压轴34三自动调心式滑动轴承二对开式径向滑动轴承结构：轴承座、轴承盖，

轴瓦（两边）、螺栓特点：剖分面垂直载荷方向，正剖、斜剖，装拆方便，磨损后可调整间隙，结构复杂

轴瓦能摆动，适应轴的变形，用于支承跨距较大或多支点的长轴三自动调心式滑动轴承二对开式径向滑动轴承结构：轴承座35四止推滑动轴承结构：止推轴颈和轴承座类型：空心式压力较均匀单环式单向轴向力，压力均匀多环式双向轴向力，压力不均匀四止推滑动轴承结构：止推轴颈和轴承座36

§12—3滑动轴承的失效形式及常用材料一.滑动轴承的失效形式2.刮伤3.咬粘（胶合）4.疲劳剥落1.磨粒磨损轴表面硬轮廓峰顶刮削轴承温升+压力+油膜破裂→粘附润滑剂氧化→酸性物质→腐蚀载荷反复作用→疲劳裂纹→扩展→剥落5.腐蚀硬质颗粒→磨料→研磨轴和轴承表面§12—3滑动轴承的失效形式及常用材料一.滑动轴37二.轴承的材料2.青铜3.灰铸铁、耐磨铸铁4.多孔质金属材料（含油轴承、陶质金属）5非金属材料1.轴承合金(白合金、巴氏合金)

——锡、铝、铅青铜——轻载、低速——塑料、尼龙、橡胶、硬木铁（铜）粉＋石墨→压型→烧结——轴瓦和轴承衬的材料要求：良好的减摩性、耐磨性、抗胶合性顺应性、磨合性、导热性、足够的强度——以锡或锑为软基体，均夹着锑锡、铜锡硬晶粒→最好，但价高、强度低→轴承衬。二.轴承的材料2.青铜3.灰铸铁、耐磨铸铁4.多孔质金属38§12—4轴瓦结构滑动轴承的关键零件——轴瓦影响结构的因素——材料、润滑等一.轴瓦的型式和构造轴瓦整体式对开式厚壁轴瓦浇铸薄壁轴瓦轧制双、多层金属二.轴瓦的定位轴瓦定位的目的——防止轴瓦相对轴承座移动整体轴套单、双、多层金属卷制轴套轴瓦定位的方法：凸缘、紧定螺钉、销钉、凸耳§12—4轴瓦结构滑动轴承的关键零件——轴瓦一.39轴向油槽周向油槽→载荷方向变动范围超过180°→中部三.油孔及油槽开设油孔及油槽的原则：

将油导入整个摩擦表面而又不影响油膜承载能力单轴向油槽→整体式→最大油膜厚度处双轴向油槽→对开式→剖分面处轴向油槽周向油槽→载荷方向变动范围超过180°→中部三.油孔40机械设计课件濮良贵1241§12—5滑动轴承润滑剂的选用润滑油→液体润滑脂→润滑油＋稠化剂固体润滑剂→石墨、ＭoS2、聚四氟乙稀

润滑油——液体动压轴承表12—4选择原则：⑴转速高、压力小——粘度低⑵转速低、压力大——粘度高⑶高温度下工作（t＞60℃）——较高粘度一.润滑油及其选择二.润滑脂及其选择润滑脂——要求不高、难经常供油或低速重载轴承润滑剂§12—5滑动轴承润滑剂的选用润滑油→液体润滑油——42三.固体润滑剂选择原则：⑴压力大、速度低——小针入度，反之选针入度大的⑵润滑脂滴点应高于轴承工作温度20~30℃，以免流失⑶在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂、

§12—6不完全液体润滑滑动轴承的设计计算

不完全液体润滑滑动轴承——混合摩擦状态

一失效形式及设计准则磨损→间隙↑→运动精度↓胶合：温度↑→粘度↓润滑恶化→烧瓦维持边界油膜不破裂1.主要失效形式2.设计准则——用于特殊场合三.固体润滑剂选择原则：§12—6不完全液体润滑滑动43

二.径向滑动轴承的计算Mpa·m/S2.验算轴承的pv值Mpa1.验算轴承的平均压强p

F—径向载荷mm；B—轴承寛度mm；

d—轴颈直径mm；n—轴颈转速r/min；[p]，[pv]—许用应力Mpa,Mpa·m/S查表(12—2)——限制温升防止胶合——限制压力防止过度磨损3.验算滑动速度v——防止速度太高加速磨损v≤［v］m／s二.径向滑动轴承的计算Mpa·m/S2.验44二.止推滑动轴承的计算1.验算轴承的平均压力pMpa二.止推滑动轴承的计算1.验算轴承的平均压力pMpa45Z—环的数目Fa—轴向载荷d2—轴环直径d1—轴承孔径n—轴颈的转速[p][pV]—许用值MpaMpa·m/S查表(12—6)

2.验算轴承的ｐv值

Mpa·m/Sm/S平均速度ｐv值Z—环的数目2.验算轴承的46§12—7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算一.流体摩擦

流体中任意点处切应力均与该处流体的速度梯度成正比

比例系数η—粘度—流体的内摩擦力二.流体动力润滑流体动力润滑：两相对运动物体的摩擦表面，借助相对速度产生的油膜把两表面完全隔开，由油膜产生的压力来平衡外载荷§12—7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算一.流体摩47

楔效应承载机理平行板—相对运动—流速直线分布—油无内压力不平行板—相对运动—流速变化—油有内压力楔效应承载机理平行板—相对运动—流速直线分布—油无内压力48

假设：牛顿流体（）

层流流动、不计重力、大气压影响、油不可压缩三.流体动力润滑基本方程平衡方程：整理可得：流体的压力变化与速度的变化情况成正比假设：牛顿流体（）三.491.油层的速度分布直线抛物线2.润滑油流量各截面流量相等1.油层的速度分布直线抛物线2.润滑油流量各截面流量相等50流体动力润滑的必要条件：雷诺方程：当h＞h0时，＞0，p沿x方向

增大当h＜h0时，＜0，p沿x方向

减少⑴流体必须有粘度，供应充分⑵两表面必须有相对速度，油从大口进，小口出⑶相对滑动两表面必须现成收敛的楔形油隙流体动力润滑的必要条件：雷诺方程：当h＞h0时，＞051

四径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程

五径向滑动轴承的几何关系和承载量系数1几何关系n=0n≥0n＞＞0⑴直径、半径间隙：△=D－d，δ=R－r=△／2⑵相对间隙：ψ=△／d=δ／r，δ=ψr四径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程五径向滑动轴522承载量系数⑶偏心距与偏心率：e=OO1，=e／δ⑷最小油膜厚度：hmin=δ－e=δ（1－）=rψ（1－）F=油膜的总承载能力

=油膜压力乘面积基本思路：建立极坐标→积分→某点的压力→积分→单位宽度上油膜的承载能力→积分→油膜的总承载能力2承载量系数⑶偏心距与偏心率：e=OO1，=e53承载量系数Cp结果：B—轴承宽度d—轴承直径ω—轴承角速度η—油的粘度C′—与B/d和有关的系数承载量系数Cp结果：B—轴承宽度d—轴承直径54

六最小油膜厚度h