第12章滑动轴承

第四篇轴系零部件1.轴承的分类①按摩擦性质分滚动轴承（rollingbearing）相对运动为滚动的轴承机床汽车机车等用滑动轴承（slidingbearing）相对运动为滑动的轴承柴油机曲轴汽轮机轴凸轮轴等②按承受载荷的方向分向心轴承（radialbearing）主要承受径向载荷和不大的轴向载荷推力轴承（thrustbearing）只能承受轴向载荷向心推力轴承（angularcontactbearing）既能承受径向载荷又能承受轴向载荷第十二章滑动轴承一、概述1.分类液体静压轴承（hydrostaticbearing）流体动压轴承（hydrodynamicbearing）不完全液体摩擦滑动轴承流体动力润滑径向滑动轴承2.应用工作转速特别高的轴承高速情况下滚动轴承的寿命大为降低要求对轴的支承位置特别精确的轴承滑动轴承影响精度的零件数少特重型的轴承单件生产，用滚动轴承成本高承受巨大冲击振动载荷的轴承油层的阻尼和吸振作用根据使用要求必须做成剖分式的轴承径向尺寸较小的轴承特殊工作条件下工作的轴承滚动轴承不可能做成剖分式在水或腐蚀性介质中工作3.特点工作平稳，无噪音；工作可靠；保证液体摩擦下，可大大减少摩擦损失和表面磨损；有一定的吸振能力；起动摩擦阻力大。决定轴承的结构和型式；选择轴瓦和轴承衬的结构和材料；轴承强度和刚度的计算；润滑剂和润滑方式的选择；保证润滑而考虑的温度、压力分布、轴承间隙；轴承的热平衡计算。4.轴承设计应解决的问题二、滑动轴承的结构1.径向滑动轴承的结构①对开式滑动轴承(splitplainbearing)

②整体式向心轴承(solidbearing)③

椭圆轴承（ellipticbearing）④

多油楔轴承（multi-oilwedgebearing）四油楔轴瓦⑤球面轴承（plainself-aligningbearing）2.止推滑动轴承的结构①固定式推力轴承

(plainthrustbearing)②可倾扇面推力轴承（tilting-padbearing

）三、轴瓦材料和结构1.对轴瓦材料的要求摩擦副间摩擦系数小、耐磨抗粘着性好P↑、n↑、间隙小、表面粗糙、润滑不良等容易发生粘着适应性好硬度低、塑性好和弹性系数低的材料具有良好的适应性能够适应轴的弯曲和几何形状误差的能力容纳异物的能力强尘土、金属磨屑能嵌入轴瓦材料中而不外露的性能抗疲劳性好轴承合金，尽可能做得薄一些，有利于提高疲劳寿命强度高用双金属、三金属的轴瓦结构可以提高强度抗腐蚀性好含锡成分的材料、铝合金等可减轻腐蚀2.轴瓦材料①铸铁（castiron）含有片状或球状石墨，可起润滑作用用于低速轻载或开式传动的轴承②轴承合金（巴氏合金）（bearingalloy）锡基轴承合金（ZChSnSb11-6）抗腐蚀性好，抗胶合能力强适用于高速重载铅基轴承合金（ZChPbSb16-16-2）抗胶合能力差，热膨胀性差，脆适于中速中载③铜合金（copperbasealloy）铸造铅青铜（ZCuPb30）用于高速重载铸造锡锌铅青铜（ZCuSn5Pb5Zn5）用作整体式轴瓦及轴套铸造锡磷青铜（ZCuSn10P1）用作整体式轴瓦及轴套铸造铝青铜（ZCuAl10Fe3）强度最高，硬度较高，但容纳异物和适应性差用于低速重载铸造黄铜（ZCuZn16Si4、ZCuZn40Mn2）用于滑动速度不高的轴承④铝合金（aluminumbasealloy）强度高，耐腐蚀，导热性好，但要求轴颈有高硬度、低表面粗糙度柴油机曲轴瓦用⑤粉末冶金（powdermetallurgy）韧性小，抗冲击振动能力差适用于载荷平稳、中小速度或润滑条件较差的场合自润滑原理：轴颈转动时的抽吸作用；

轴和油的热胀，把油挤入摩擦表面。⑥非金属材料石墨（plumbago）橡胶（rubber）陶瓷（ceramic）酚醛树脂（phenolicresin）尼龙（nylon）3.轴瓦的结构①整体式卷制轴瓦（单层、双金属或三金属）整体铸造三金属在钢背和轴瓦之间再加一中间层，以提高表层强度质量稳定，成本低，但轴瓦刚性小用双金属板轧制等新工艺进行大批量生产薄壁轴瓦用铸造方式铸造，内表面可附有轴承衬②剖分式厚壁轴瓦不同材料的组合，用于不同的工况：钢背与铅青铜、钢背与巴氏合金用于高压力、高转速和有冲击载荷处钢背与紫铜用于低转速和有振动处青铜背与巴氏合金适用压力很大及转速很高铸铁背与巴氏合金用于承受平稳载荷处铸钢背与巴氏合金用于陡震和冲击载荷处③轴瓦的定位做出凸缘作轴向定位用紧定螺钉用销钉轴瓦剖分面上冲出定位唇4.油孔和油沟（槽）B／d

较小的轴承，只需开一个油孔B／d

较大、可靠性要求高的轴承，应开设油槽油槽开在有利于供油尽量不降低轴承承载能力开设油槽的原则：纵向油槽径向载荷相对轴承不转时，开在轴瓦上径向载荷相对轴承转动时，开在轴上油槽的长度稍短于轴瓦的长度环形油槽轴线水平的轴承，开在非承载区的半环开设全环，宜开在靠近轴承的两个端部竖直放置的轴承全环油槽宜开在轴承的上端由下向上吸油时，可开螺旋油槽油槽的剖面形状，应避免边缘有锐边及棱角四、不完全液体摩擦滑动轴承的设计计算1.失效形式和设计准则磨损：磨料磨损工作要求不高，速度较低，载荷不大，难于维护的轴承1.失效形式和设计准则（续）磨损：疲劳磨损1.失效形式和设计准则（续）磨损：腐蚀磨损设计准则：保证两摩擦面（轴颈和轴瓦）间有一层边界润滑油膜2.径向滑动轴承设计计算已知：在轴的结构设计中得到的轴径d，轴颈转速n，径向载荷F①确定轴承的基本结构和材料根据工作条件和使用要求，确定轴承结构形式，选择轴瓦材料，确定轴承的宽度。②验算轴承的平均压力p验算p解决什么问题？

保证油膜不被破坏，保证润滑，减少磨损③验算轴承的pv值验算pv限制什么？

限制pv就是防止油温过高④验算滑动速度vv≤[v]滑动速度过高，也会加速磨损而报废⑤选择轴承的配合保证一定的间隙，保证旋转精度，一般选：验算

v限制什么？

3.止推滑动轴承设计计算

已知：轴向载荷Fa，转速n①根据载荷Fa的大小、方向及空间尺寸等选择轴承结构型式实心式、空心式、单环式、多环式②根据轴的结构设计初定轴颈基本尺寸③压力p的验算④pvm的验算Fa—轴向载荷z—支承面数目d1—轴承孔直径d2—轴环直径n—轴颈转速[p]—许用压力[pv]—pv的许用值五、流体动力润滑径向滑动轴承的设计1.流体动力润滑理论的基本方程假设：流体流动具有层流性质流体不可压缩流体的重力、惯性力不计流体的粘度为常量，与压力无关流体沿厚度（y）方向油压为常数运动表面为光滑表面流体与平板面间无相对滑动左、右面的压力上、下面的剪切力x方向的平衡：油膜内沿x轴的压力变化率和沿y轴的剪切力变化率相等代入牛顿粘性液体摩擦定律得流体动力润滑的基本方程①油层的速度分布对y两次积分得边界条件：y＝0时，u＝v；y＝h（油膜厚度）时，u＝0油层速度分布：前一项呈线性分布，由板的运动引起的；后一项呈抛物线分布，由油压沿x方向的变化引起的。代入积分常数，整理后得②润滑油的流量③压力方程——无限长动压轴承的基本方程流体力学的无侧漏条件和流量连续性定理一维雷诺方程在p＝pmax剖面处油膜厚度为h0，沿y方向的速度变化呈线性分布，则流量为：q＝vh0／2无限长动压轴承的基本方程：④讨论

若h＝h

0入口和出口压力相等建立不起承载能力

沿x方向油膜厚度按线性变化在h＞h

0段（原点起）在h＜h

0段压力逐渐增大压力逐渐减小油膜沿x方向各处的压力都大于入口和出口压力，能承受载荷速度分析：入口段：凹形抛物线出口段：凸形抛物线油膜能承受外载荷的条件：相对运动表面必须形成收敛的楔形空间；两表面必须有一定的相对滑动速度，且能把油从大口带入小口；润滑油必须有一定的粘度，供油充分。2.径向轴承动压润滑的建立静止时，自然形成弯曲的楔形空间转动开始，摩擦力迫使轴颈向摩擦力方向偏移；转速的提高，带入的油量增大，压力也逐渐增大，推动轴颈向速度方向偏移，并逐渐向上托起；转速的增大，使压力继续增大，进一步把轴颈推向轴承的中心，直到与外载荷平衡。轴颈中心与孔的中心是否会重合？3.承载能力与轴承的宽径比宽径比大为什么是这个结果？侧漏比例小承载能力提高带走的摩擦热小温度升高润滑油粘度降低承载能力下降高速重载，温升高，易选小宽径比；低速重载，为提高整体刚性，易选大宽径比；高速轻载，对刚性无过高要求的，选小宽径比；对刚性有较高要求的，选大宽径比。4.轴承的间隙直径间隙Δ：间隙的选择原则：载荷越大，直径间隙应选小一些；转速越高，直径间隙应选大一些；要求旋转精度高的轴承，直径间隙选小一些；膨胀系数大的材料，直径间隙应选大一些。5.最小油膜厚度和承载能力（1）油膜厚度偏心距

e轴颈中心与轴承中心的距离相对偏心距最小油膜厚度为：相对间隙压力最大处的油膜厚度为（3）外载方向上的总动压力（4）承载能力

理论上，F＝pyB，但是，由于轴承存在侧漏，压力沿轴承宽度方向呈抛物线规律分布。

（5）最小油膜厚度与承载能力的关系因为：hmin越小Cp越大F越大尽量减小hmin，但是，hmin受限：轴颈和轴瓦表面粗糙度；轴的刚性；轴瓦与轴颈的几何形状误差。

保证轴承的正常工作，可以采取：结构上，保证轴和轴瓦有足够的刚性；制造安装上，保证符合规定的精度；使用上，保证润滑油的清洁度。6.轴承中的摩擦系数液体摩擦的摩擦力：

油层面积：速度梯度：7.轴承的耗油量

供油为了补充端泄的油；充足的供油是产生液体摩擦的必要条件；过大供油会加大摩擦阻力，降低机械效率。8.轴承的热平衡计算摩擦产生的热量：流动油带走的热量：轴承散逸的热量：热平衡：温度差：加冷却水套在非承载区开油沟，加快热量传导

平均温度：不平衡的处理：设计时，先给定tm，求出Δt，再校验入口温度

ti＝tm－0.5Δt若ti＞35℃～40℃，表示轴承热平衡易建立，轴承的承载能力有富余，可降低平均温度tm，也可以适当加大轴颈和轴瓦的表面粗糙度。若ti＜35℃～40℃，表示轴承不易达到热平衡，需要加大轴承间隙，降低轴颈和轴瓦的表面粗糙度。六、润滑剂的选择润滑剂的主要作用不完全液体摩擦：降低摩擦，减少磨损，提高轴承效率；液体摩擦：是工作介质，也起冷却作用。1.润滑脂用于非全液体摩擦轴承，要求不高，难以经常供油，或者特别低速重载、摇摆运动。选用原则压力高，滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；所选润滑脂的滴点应高于工作温度约20～30℃；有水或潮湿的地方，应选