第十二章滑动轴承

机械设计DesignofMachinery机电工程学院机械设计研究室2/1/20231第四篇轴系零、部件12.1概述12.2滑动轴承的主要结构形式12.3滑动轴承的失效形式及常用材料12.4轴瓦结构

12.5滑动轴承润滑剂的选用12.6不完全液体润滑滑动轴承设计计算12.7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算12.8其它形式滑动轴承简介第十二章滑动轴承2/1/20232轴承的功用：用来支承轴及轴上零件。1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。一、轴承的基本要求§12.1概述箱体齿轮轴轴承轴承孔2/1/20233分类滚动轴承滑动轴承优点多，应用广用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。二、轴承的分类按摩擦性质分按受载方向分按润滑状态分径向轴承止推轴承液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承§12.1概述按承载机理2/1/20234干摩擦液体摩擦边界摩擦对于要求低摩擦的摩擦副，液体摩擦是比较理想的状态，维持边界摩擦或混合摩擦是最低要求；对于要求高摩擦的摩擦副，则希望处于干摩擦状态或边界摩擦状态。摩擦：一物体与另一物体直接接触，当两者间有运动或有运动趋势时，接触表面要产生切向阻力（即摩擦力），这种现象称为摩擦。磨损：使摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。

单位时间里的磨损量称为磨损率。分述根据摩擦面间存在润滑剂的情况2/1/202351.干摩擦两零件表面直接接触后，因为微观局部压力高而形成许多冷焊点，运动时被剪切。不允许出现干摩擦！2.边界摩擦滑动摩擦状态→功耗↑磨损↑温度↑→烧毁轴瓦运动副表面有一层厚度<1μm的薄油膜，不足以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻，f≈0.1~0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。是理想的摩擦状态。3.液体摩擦摩擦和磨损极轻，f≈0.001~0.01vv2/1/202364.混合摩擦v混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。在一般机器中，处于后三种情况的混合状态。fηn/po边界摩擦混合摩擦液体摩擦摩擦特性曲线称无量纲参数ηn/p为轴承特性数。

η-动力粘度，p-压强，n-每秒转数边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。摩擦学研究的最新进展：微－纳米摩擦学理论可实现：f≤0.001----超润滑摩擦状态。2/1/20237液体润滑滑动轴承按承载机理不同：1、静压轴承2、流体动压润滑轴承无外部压力源，油膜靠摩擦面的相对运动而自动形成。外部一定压力的流体进入摩擦面，建立压力油膜。2/1/20238三、滑动轴承的应用领域1.工作转速特高的轴承，汽轮发电机；2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；3.特重型的轴承，如水轮发电机；4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机；5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；6.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承，如舰艇螺旋桨推进器的轴承；7.轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。如多辊轧钢机。

四、滑动轴承的设计内容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。缺点：起动阻力大，润滑、维护较滚动轴承复杂。2/1/20239五、润滑油主要特性1、粘度：流体抵抗变形能力，衡量流体内摩擦阻力大小的指标。2、（润滑剂）油性油吸附于摩擦表面的性能，边界润滑取决于油的吸附能力。3、极压性4、闪点5、凝点6、氧化稳定性2/1/202310A在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。液体层与层之间摩擦切应力：τ=ηdudy--流体中任意点处的切应力与该处的速度梯度成正比。η----液体的动力粘度，简称粘度量纲：力·时间/长度2单位：N·s/m2(Pa·s)。或（C.G.S制）泊：1P=1dyn·s/cm2实验结果：oxyydydu分析位置y处薄层的受力B粘度----重要指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀；

粘度的种类动力粘度运动粘度条件粘度1)动力粘度-----牛顿液体流动定律1泊=100厘泊粘度↑——摩擦力↑——发热↑2/1/202311工程中常用运动粘度：ν

=ηρ

单位：m2

/

s（C.G.S制）斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt2)运动粘度表4-1常用润滑油的主要性质名称全损耗系统用油GB443-89汽轮机油GB11120-89代号40℃的粘度mm2/sL-AN76.12~7.48-10110凝点≤C闪点(开式)≥C用于高速底负荷机械、精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。普通机床的液压油。用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑用于重型机床导轨、矿山机械的润滑。用于汽轮机、发电机等高速高负荷轴承和各种小型液体润滑轴承L-AN10090~1100210L-AN109.0~11.0-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2-10170L-AN4641.4~50.6-10180L-AN6861.2~74.8-10190L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途2/1/2023123)条件粘度指在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行度量的粘度。常用的有：恩氏度（˚Et）----中国惯用赛氏通用秒（SUS）----美国惯用雷氏秒----英国惯用运动粘度与条件粘度之间的换算关系：润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为L-AN10的油在40℃时的运动粘度大约为10cSt。2/1/202313粘----温相关性温度t↑压力p

↑→η↓ 但p<10Mpa时可忽略。变化很小→η↑ 粘--温图0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃ηL-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32选用原则：1)载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；2)载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油。粘度值的大小不仅影响摩擦副的运动阻力，而且对润滑油膜的形成及承载能力具有决定性的作用。2/1/202314六、润滑脂

◆

特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜，

承载能力大，但性能不稳定，摩擦功耗大

。◆

适用场合

：要求不高、难以经常供油，或者低速重载、

温度变化不大

以及作摆动运动的

轴承中。◆

性能指标：

针入度和滴点。2/1/202315一、向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦等。§12-2滑动轴承的主要结构形式油杯孔轴承1)结构简单，成本低廉。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。2)因磨损而造成的间隙无法调整。3)只能从沿轴向装入或拆。1)整体式向心滑动轴承轴承座特点：2/1/202316将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。剖分式向心滑动轴承螺纹孔轴承座轴承盖联接螺栓剖分轴瓦2)剖分式向心滑动轴承特点：结构复杂，可以调整因磨损而造成的间隙，安装方便。榫口应用比较广泛。2/1/202317作用：用来承受轴向载荷二、推力滑动轴承结构形式：21F1F2F21F21空心式---轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比

实心式要好。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。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。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%。

2/1/202318实心式：空心式：实心式：边缘v大，磨损快，中间p↑↑，压力分布不均。空心式：压力分布均匀性↑。2/1/202319§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料一、滑动轴承常见失效形式磨粒磨损----进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。刮伤----进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。胶合----当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。疲劳剥落----在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。腐蚀----润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。2/1/202320微动磨损----发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。其它失效形式:气蚀---气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；流体侵蚀---流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；电侵蚀---电化学或电离作用引起的机械磨损；轴瓦失效实例:潘存云教授研制疲劳点蚀潘存云教授研制表面划伤潘存云教授研制轴瓦磨损2/1/202321汽车用滑动轴承故障原因的平均比率其它气蚀制造精度低腐蚀故障原因6.08.115.911.138.3比率／％6.72.85.55.6比率／％超载对中不良安装误差润滑油不足不干净故障原因二、滑动轴承的材料(一)轴承材料性能的要求1)减摩性----材料副具有较低的摩擦系数。2)耐磨性----材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。3)抗胶合----材料的耐热性与抗粘附性。4)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。5)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。6)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。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。2/1/202322工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。轴承衬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。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。滑动轴承材料金属材料非金属材料轴承合金铜合金铝基轴承合金铸铁多孔质金属材料工程塑料碳—石墨橡胶木材(二)常用轴承材料2/1/2023231)轴承合金（白合金、巴氏合金）是锡、铅、锑、铜等金属的合金，锡或铅为基体。优点：f小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。缺点：价格贵、机械强度较差；只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。工作温度：t<120℃

由于巴式合金熔点低2/1/2023242）铜合金优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250℃。缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。铝青铜铅青铜锡青铜→中速重载→中速中载→低速重载3）铝基合金铝锡合金：有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，摩擦性能也较好。在部分领域取代了较贵的轴承合金与青铜。4)铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。2/1/202325含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。5)多孔质金属材料橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。工程塑料：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。6)非金属材料碳--石墨：是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境中。木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。2/1/202326表12-2常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料牌号类别（名称）锡基轴承合金铅基轴承合金ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4ZPbSb16Sn16Cu2ZCuSn10P1(10-1锡青铜)ZPbSb15Sn56Cu3Cd2ZCuSn5Pb5Zn5(5-5-5锡青铜)ZCuPb30(30铅青铜)ZCuAl10Fe3(10-3铝青铜)15121015412251230831515101558520601525802011151135351134425552锡青铜铅青铜铝青铜最大许用值①性能比较②

平稳载荷用于高速、重载下工作的重要轴承，变载荷下易于疲劳，价贵。用于中速、中等载荷作的轴承，不宜受显著冲击。可作为锡锑轴承合金的代用品。用于中速重载及受变载荷的轴承用于中速中载的轴承用于高速、重载轴承，承受变载和冲击最宜用于润滑充分的低速重载轴承说明冲击载荷[p][v][pv]Mpam/sMpaXm/s抗咬顺应性耐蚀疲劳粘性嵌入性性强度注：①[pv]为不完全润滑下的许用值②性能比较：1~5依次由佳到差2/1/202327续表12-2常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料牌号类别（名称）黄铜铝基轴承合金ZCuZn16Si4(16-4硅黄铜)2%铝锡合金铝-硅-镉镀层HT300HT150HT25020~3514--431214~35----12221221055110.1~63~0.750.3~0.454511三元电镀合金银镀层灰铸铁最大许用值①性能比较②

用于低俗、中载轴承用于高速、中载轴承，是较新的轴承材料，强度高、耐腐蚀、表面性能好。可用于增压强化柴油机轴承宜用于低速、轻载的不重要轴承说明[p][v][pv]Mpam/sMpaXm/s抗咬顺应性耐蚀疲劳粘性嵌入性性强度注：①[pv]为不完全润滑下的许用值②性能比较：1~5依次由佳到差1011055111~42~0.5--4511ZCuZn40Mn4(40-2锰黄铜)28~35----2311耐磨铸铁镀铅锡青铜作中间层，再镀10~30µm三元减摩层，疲劳强度高，嵌入性好镀银，上附薄层铅再镀铟，用于飞机发动机、柴油有轴承2/1/202328§12-4滑动轴承轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构按构造分类整体式对开式按加工分类按尺寸分类按材料分类需从轴端安装和拆卸，可修复性差。可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。轴瓦的类型整体轴套对开式轴瓦是滑动轴承中的重要零件，结构设计合理性对轴承性能影响很大。2/1/202329§12-4滑动轴承轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构按构造分类按加工分类按尺寸分类按材料分类轴瓦的类型厚壁薄壁潘存云教授研制薄壁轴瓦潘存云教授研制厚壁轴瓦整体式对开式节省材料，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。2/1/202330§12-4滑动轴承轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构按构造分类按加工分类按尺寸分类按材料分类轴瓦的类型单材料多材料单一材料潘存云教授研制两种材料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。厚壁薄壁整体式对开式2/1/202331§12-4滑动轴承轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构按构造分类按加工分类按尺寸分类按材料分类轴瓦的类型铸造轴瓦卷制轴套铸造轧制铸造工艺性好，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。单材料多材料厚壁薄壁整体式对开式2/1/202332----将轴瓦一端或两端做凸缘。凸缘定位二、轴瓦的定位方法轴向定位凸耳(定位唇)定位凸耳凸缘目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相对移动。2/1/202333紧定螺钉周向定位销钉三、轴瓦的油孔和油槽作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。进油孔油槽F2/1/202334轴瓦上开设油孔和油沟油孔：供应润滑油；油槽：输送和分布润滑油；2/1/202335油槽、油孔：不能开在油膜承载区，否则，承载能力↓油槽长度≈0.8B（轴瓦宽度），即不能开通，否则漏油。注意：2/1/20233645˚宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.5~1非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.8~1.5轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。Bd2/1/202337§12-5滑动轴承润滑剂的选择一、概述作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类液体润滑剂----润滑油半固体润滑剂----润滑脂固体润滑剂二、润滑脂及其选择特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。１．当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：2/1/202338１．当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：２．所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20～30℃，以免工作时润滑脂过多地流失。３．在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。2/1/202339表12-4滑动轴承润滑脂的选择压力(强)p/Mpa轴颈圆周速度v/(m/s)最高工作温度℃选用的牌号≤1.0≤1753号钙基脂1.0~6.50.5~5552号钙基脂≥6.5≤0.5753号钙基脂≤6.50.5~51202号钙基脂≥6.5≤0.51101号钙钠基脂1.0~6.5≤1-55~110锂基脂>6.50.5602号压延机脂注：1)在潮湿环境，温度在75~120的条件下，应考虑选用钙-钠基润滑脂；2)在潮湿环境，温度在75以下，没有3号钙基脂时也可以用铝基脂；3)工作温度在110~120可选用锂基脂或钡基脂；4)集中润滑时，稠度要小些。2/1/202340但p<10Mpa时可忽略。变化很小0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃η润滑油的特性：1）温度t↑2）压力p

↑选用原则：1)载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；2)载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；→η↓ →η↑ 粘--温图L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32二、润滑油及其选择3)高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。2/1/202341表12-5滑动轴承润滑油的选择<0.1L-AN68、110、150<0.1L-AN1500.1~0.3L-AN68、1100.1~0.3L-AN100、1500.3~2.5L-AN46、680.3~0.6L-AN1002.5~5L-AN32、460.3~1.2L-AN68、1005~9.0L-AN15、22、321.2~2.0L-AN68>9.0L-AN7、10、15轴径圆周速度平均压力轴径圆周速度平均压力m/sp<3Mpam/sp<(3~7.5)Mpa注：1）表中润滑油是以40℃时的运动粘度为基础的牌号2）不完全液体润滑，工作温度<60℃

2/1/202342聚氟乙烯树脂适用场合：用于润滑油不能胜任工作的场合，如高温、低速重载、有环境清洁要求。石墨二硫化钼（MoS2）---性能稳定、t>350℃才开始氧化，可在水中工作。-----摩擦系数低，使用温度范围广(-60~300℃)，但遇水性能下降。-----摩擦系数低，只有石墨的一半。使用方式：1.调和在润滑油中；2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。其应用日渐广泛三、固体润滑剂及其选择特点：可在滑动表面形成固体膜。2/1/202343§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算一、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，由于轴承的不到足够的润滑剂，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。因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关，目前尚无精确的计算方法，但一般可作条件性计算。校核内容：２．验算摩擦发热pv≤[pv]；３．验算滑动速度v≤[v]。p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应校核滑动速度v。fpv是摩擦功耗，限制pv即间接限制摩擦发热。１．验算平均压力p≤[p]，以保证强度要求；失效形式：胶合、磨损等设计准则：至少保持在边界润滑状态，即维持边界油膜不破裂。复杂2/1/2023441、限制轴承平均压强F—径向载荷,N；d—轴颈直径,mm；B—轴瓦有效宽度,mm；[p]—许用压强,Mpa。目的：防止p过高，油被挤出，产生“过度磨损”。2、限制pv值Mpa·m/s∴pv↑→摩擦功耗↑→发热量↑→易胶合目的：限制pv是为了限制轴承温升、防止胶合。∵轴承发热量∝单位面积摩擦功耗μpv二、径向轴承2/1/2023453、限制滑动速度v目的：防止v过高而加速磨损。已知：径向载荷F，转速n，宽径比[v]，[p]，[pv]。求：保证混合润滑条件下的轴颈直径d=？解：1）由：综合应用：2）由：1)≤d≤2)∴４．选择配合一般可选:H9/d9或H8/f7、H7/f62/1/202346三、推力轴承（方法同径向轴承）（自学）结构：空心、实心、单环、多环实心式：空心式：2/1/202347§12-7液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算一、动力润滑的形成原理和条件二、流体动力润滑基本方程——雷诺方程三、径向滑动轴承动压油膜的形成过程四、径向滑动轴承主要几何关系五、径向滑动轴承工作能力计算简介六、轴承参数的选择七、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程2/1/202348潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FFFF先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时，液体各层的速度呈三角形分布，进油量与出油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。vF流体动力润滑是指两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。动压油膜----因运动而产生的压力油膜。

v

vvh1aah2ccvv两平形板之间不能形成压力油膜！如两板不平行。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷，当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。Fpmax§12-7液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算一、动力润滑的形成原理和条件2/1/202349形成动压油膜的必要条件：1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。2/1/202350二、流体动力润滑基本方程——雷诺方程1、建模为方便研究，作如下假设：研究对象：被润滑油隔开作相对运动的两刚体，一个以v运动，一个静止。2/1/2023511）忽略p-η效应（压粘效应）一般情况适用，对高副不适用（如齿轮）2）油沿z方向无流动，即无限宽轴承B→∞（无限宽）：一维方程3）层流（一般中高速情况；特高速“湍流”、“紊流”）4）油与表面吸附，一起运动或静止即：油层流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(静止板)5）不计油的惯性力和重力6）油不可压缩：ρ=const端泄端泄BB为有限宽时：二维方程即层与层之间没有物质和能量的交换；2/1/2023522、油层的速度分布针对“连续介质”，通过取“微单元体”手段：由于：2/1/202353流速方程：剪切流(直线分布)压力流(抛物线分布)二次积分代入边界条件：y=0，u=v；y=h，u=02/1/202354连续流动方程：任何截面沿x方向单位宽度流量qx相等设在最大油压Pmax处，h=h0(即时，h=h0)，此时：∴一维雷诺方程（R·E）3、润滑油流量2/1/2023554、油楔承载机理由R·E油压变化与η、v、h有关p→积分→油膜承载能力→平衡外载当h＞h0时，，油压为增函数；当h=h0时，，p=pmax；当h＜h0时，，油压为减函数。可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大于入口、出口处油压→正压力→承载。2/1/202356任何截面处h=h0，=0，不能产生高于出口、入口处的油压→不能承载。进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负压）→不能承载，相反使两表面相吸。※若二板平行：v※若二滑动表面为扩散形：v在油楔中任意剖面的压力沿x方向的变化值总为零，即油膜压力p沿x方向没有变化，则因油楔进口和出口处p＝0，所以油膜压力皆为零，此时油楔就没有承载能力。2/1/2023571、润滑油有一定粘度η。2、有一定相对滑动速度v。承载能力∝v；3、相对滑动面之间必须形成收敛形间隙，即：油从大口流进，小口流出。（入口、出口处p＜油楔内p）4、有足够充分的供油量。↑，承载能力↑。η↑→液体动压润滑形成的必要条件：P2902/1/202358潘存云教授研制▲

轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间隙Δ是公差形成的。▲轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方向，合力为零。▲轴颈最终的平衡位置可用φa和偏心距e来表示。▲轴承工作能力取决于hlim，它与η、ω、Δ和F等有关，应保证hlim≥[h]。F∑Fy=F∑Fx≠0∑Fy=F∑Fx=0三、径向滑动轴承动压油膜的形成过程静止→爬升→将轴起抬转速继续升高→质心左移→稳定运转达到工作转速e----偏心距eφahlim2/1/2023591、固定参数R——轴承孔半径（D）；r——轴颈半径（d）；半径间隙：（直径间隙）；相对间隙：；宽径比：B/d。四、径向滑动轴承主要几何关系Dd2/1/2023602、动态参数（变参数）偏心距：偏心率：表示偏心程度最小油膜厚度：（χ↑→hmin↓）任一位置φ处，油膜厚度h：∴偏位角θ：连心线与外载F方向之间的夹角。hlimeφah0hDd在三角形中有：R2

＝e2+（r+h)2–2e(r+h)cosv稳定工作位置如图所示，连心线与外载荷的方向形成一偏位角，定义连心线OO1为极坐标的极轴：压力最大处的油膜厚度：φ0为压力最大处的极角。2/1/202361五、径向滑动轴承工作能力计算简介α—轴承包角，轴瓦连续包围轴颈所对应的角度。α1+α2—承载油膜角φ1—油膜起始角φ2—油膜终止角p=pmax处：h=h0，φ=φ0φ—从起至任意膜厚处的油膜角。1.轴承的承载量计算和承载量系数2/1/202362当B=∞，即无限宽轴承时，油沿轴向无流动，一维R·E转换为极坐标：得：积分一次得任意φ处的油膜压力pφ：2/1/202363积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力：在外载荷方向的分量：理论上只要将py乘以轴承宽度就可得到油膜总承载能力，但在实际轴承中，由于油可能从轴承两端泄漏出来，考虑这一影响时，压力沿轴向呈抛物线分布。2/1/202364潘存云教授研制潘存云教授研制油膜压力沿轴向的分布：理论分布曲线----水平直线，各处压力一样；实际分布曲线----抛物线且曲线形状与轴承的宽径比B/d有关。FdD

B

B

FdDB/d=1/4FdDB/d=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1潘存云教授研制FdD……B/d=∞

2/1/202365潘存云教授研制潘存云教授研制油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为：py为无限宽度轴承沿轴向单位宽度上的油膜压力；C’为取决于宽径比和偏心率的系数;对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为式中Cp为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。dDFyz

B

或解释这些参数的含义↓，η↑—承载能力↑2/1/202366单位：F—N，B、d—m，η—Pa·s，ω—rad/s轴承实际承载能力小于上式（端泄）计入端泄时：B/d↓—端泄↑—Cp↓其它参数相同时，Cp↓—F↓，承载力↓B/d一定：χ↑—Cp↑—F↑，∴hmin↓但保证流体动力润滑：↓，η↑—承载能力↑∵2/1/202367表12-8有限宽度滑动轴承的承载量系数Cp0.30.40.50.60.650.70.750.800.850.900.9250.950.9750.990.30.0520.08260.1280.2030.2590.3470.4750.6991.1222.0743.3525.7315.1550.520.40.08930.1410.2160.3390.4310.5730.7761.0791.7753.1955.0558.39321.0065.260.50.1330.2090.3170.4930.6220.8191.0981.5722.4284.2616.61510.70625.6275.860.60.1820.2830.4270.6550.8191.0701.4182.0013.0365.2147.95612.6429.1783.210.60.2340.3610.5380.8161.0141.3121.7202.3993.5806.0299.07214.1431.8888.900.70.2870.4390.6470.9721.1991.5381.952.7544.0536.7219.99215.3733.9992.890.80.3390.5150.7541.1181.3711.7452.2483.0674.4597.29410.75316.3735.6696.350.90.3910.5890.8531.2531.5281.9292.4693.3724.8087.77211.3817.1837.0098.951.00.4400.6580.9471.3771.6692.0972.6643.5805.1068.18611.9117.8638.12101.151.10.4870.7231.0331.4891.7962.2472.8383.7875.3648.53312.3518.4339.04102.901.20.5290.7841.1111.5901.9122.3792.9903.9685.5868.83112.7318.9139.81104.421.30.6100.8911.2481.7632.0992.6003.2424.2665.9479.30413.3419.6841.07106.841.40.7631.0011.4832.0702.4462.9813.6714.7786.5410.09114.3420.9743.11110.79承载量系数Cp相对偏心率χB/dχ↑——Cp↑2/1/2023682、最小油膜厚度hmin的确定动力润滑轴承的设计应保证：hmin≥[h]其中：[h]=S(Rz1+Rz2)S——安全系数，常取S≥2。一般轴承可取为3.2μm和6.3μm，或1.6μm和3.2μm。重要轴承可取为0.8μm和1.6μm，或0.2μm和0.4μm。Rz1、Rz2——分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度Rz加工方法表面粗糙度代号研磨、抛光、超精加工等Rz/μm106.33.21.60.80.40.20.10.05钻石刀镗头、镗磨铰、精磨，刮(每平方厘米3~5个点)精车或精镗，中等磨光，刮(每平方厘米1.5~个点)3.21.60.80.40.20.10.050.0250.0122/1/2023693、轴承的热平衡计算热平衡方程：产生的热量=散失的热量Q=Q1+Q2

其中，摩擦热：Q=fρvW式中:q----润滑油流量m3/s；ρ----滑油密度kg/m3；c

----润滑油的比热容，J/(kg.℃)；ti----油出口温度℃；to----油入口温度℃；α3----表面传热系数W/(m2.℃)。滑油带走的热：Q1=qρc(to-ti)W轴承散发的热：Q2=α3πdB(to-ti)W2/1/202370温升公式：其中----润滑油流量系数；0.30.40.50.60.70.80.9χ

0.240.220.200.180.160.140.120.100.080.060.04qψvBd－=0.4Bd1.32.01.51.00.80.70.60.50.92/1/202371摩擦系数：系数ξ与宽径比有关，若B/d<1，则ξ=(B/d)1.5

若B/d≥1，则ξ=1由于轴承内部各处温度不一样，计算时采用平均温度:为了保证轴承能正常，其平均温度:tm≤70~80℃

设计时，应使进油温度:ti=tm-∆t/2≤35~40℃

当ti>35~40℃时，表明轴承承载能力有冗余，可采取如下措施：

▲增大表面粗糙度，以降低成本；▲减小间隙，提高旋转精度；▲加宽轴承，充分利用轴承的承载能力。2/1/202372潘存云教授研制潘存云教授研制当t1>35~40℃时，表明轴承的承载能力不足，可采取如下措施：▲加散热片，以增大散热面积；▲在保证承载能力的不下降的条件下，适当增大轴承间隙；▲提高轴和轴承的加工精度。油泵冷却器冷却水风冷▲增加冷却装置：加风扇、冷却水管、循环油冷却；2/1/202373六、轴承参数的选择取值范围：B/d=0.3~1.5

影响效果：B/d小，有利于提高稳定性，增大端排泄量以降低温度；B/d大，增大轴承的承载能力。0.6~1.5----电动机、发电机、离心机、齿轮变速器;1、宽径比B/d

应用:B/d=

0.3~1.0----汽轮机、鼓风机;0.8~1.2----机车、拖拉机;0.6~0.9----轧钢机。2、相对间隙ψ

影响因素：载荷和速度，轴径尺寸，宽度/直径，调心能力，加工精度。2/1/202374应用:ψ=

0.001~0.0002----汽轮机、电动机、发电机、齿轮变速器;0.0002~0.0015----轧钢机铁路机车辆；0.0002~0.00125----机床、内燃机。0.0002~0.00125----鼓风机、离心机。一般轴承，按如下经验公式计算：高速：发热严重—使ψ↑—q↑—端泄↑，温升↓重载：↑承载能力—选ψ↓2/1/2023753、润滑油粘度η

▲η对承载能力，功耗、温升都有影响；▲根据平均温度：tm=(ti+to)/2决定润滑油粘度；▲设计时假设，tm=50~75℃，计算所得应在：ti=35~40℃；▲初始计算时，可取：η↑—F↑—承载能力