第7章-滑动轴承

主要内容

1、滑动轴承的结构、类型、特点及轴瓦的材料和选用原则。

2、非液体摩擦和液体摩擦径向滑动轴承的设计准则和设计方法。

3、液体摩擦动压润滑单油楔径向滑动轴承的参数对轴承承载能力的影响。第七章

滑动轴承设计重点

1、轴瓦材料及其应用。

2、轴承的设计准则及设计方法。

3、液体动压润滑的基本方程式。

4、液体摩擦动压径向滑动轴承的设计及主要参数的选择。一、滑动轴承的类型及其结构型式1.类型按承载方向分按摩擦状态分向心滑动轴承推力滑动轴承液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承动压轴承静压轴承推力轴承向心轴承滚动轴承和滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力高、抗振性好，工作平稳可靠，噪声小，寿命长等优点，它广泛用于内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。滑动轴承的摩擦状态完全液体摩擦边界摩擦干摩擦润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存在液体分子间的摩擦润滑油膜部分地将摩擦表面隔开，部分摩擦表面仍可直接接触摩擦表面间没有任何物质的摩擦边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并存，通称非液体摩擦2.结构型式向心轴承剖分式整体式结构简单安装困难间隙不可调结构较繁间隙可调广泛采用水平剖分斜剖分间隙可调式自动调心式推力轴承实心式空心式单环式多环式中间比压大对于尺寸较大的平面推力轴承，为了改善轴承的性能，便于形成液体摩擦状态。可设计成多油楔形状结构

多油楔推力轴承二、轴瓦的材料和结构1.轴瓦的材料(1)基本要求耐磨性磨损少减摩性摩擦系数小其他要求：抗胶合性跑合性耐腐蚀性强度

……(2)常用材料铸铁轻载、低速的轴瓦材料轴承合金

(巴氏合金)锡基铅基锑、铜硷金属硬粒锡基体或铅基体综合性能好机械强度较低价昂轴承合金浇铸在钢或铸铁的轴瓦基体上铜合金锡青铜

中速、中载或重载铝青铜

低速重载铅青铜

高速重载粉末冶金铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成多孔性存油用于载荷平稳、低速和加油不便场合非金属材料塑料、橡胶、尼龙等摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大2.轴瓦的结构(1)轴瓦的结构要素油孔油沟壁厚定位唇油室定位唇：防止轴瓦在轴承中移动壁厚油孔和油沟：将油引入轴承油室：存油(2)结构型式整体式剖分式为了使滑动轴承获得良好的润滑，轴瓦或轴颈上需开设油孔及油沟，油孔用于供应润滑油，油沟用于输送和分布润滑油。其位置和形状对轴承的承载能力和寿命影响很大。通常，油孔应设置在油膜压力最小的地方；油沟应开在轴承不受力或油膜压力较小的区域，要求既便于供油又不降低轴承的承载能力。图8-11为油孔和油沟对轴承承载能力的影响。图8-12为几种常见的油沟，油孔和油沟均位于轴承的非承载区，油沟的长度均较轴承宽度短。ab三润滑剂和润滑装置

1

润滑剂润滑剂的功用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振和防锈等。润滑剂分类：液体润滑剂——润滑油、半固体润滑剂——润滑脂和固体润滑剂等。润滑油粘度——表征液体流动的内摩擦性能。它是液体流动时内摩擦阻力的量度。润滑油的粘度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差，因此，在压力作用下，油不易被挤出，易形成油膜，承载能力强，但摩擦系数大，效率较低。流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示平行板间油的层流流动贴近静止扳的油层速度各油层以不同速度移动贴近移动扳的油层速度油层间剪应力与油层速度梯度成正比(粘性流体粘性定律)比例常数，即动力粘度设长宽高各为

1m的流体，若上下两面发生

1m/s的相对滑动，所需施加的力为

1N时，

则该流体的粘度为

1个国际单位制的动力粘度记为

Pa.s(用于流体动力学计算

)动力粘度动力粘度与同温下该流体密度的比值(润滑油的粘度)单位换算国际单位制物理单位称为

St(斯)常用单位cSt(厘斯)运动粘度粘-温曲线：润滑油的粘度随着温度的升高而降低。润滑油的粘度随着压力的升高而增大，但压力不太高时（小于10MPa），变化极小，可忽略不计。温度压力粘度粘度粘度－温度曲线牌号：我国的石油产品是用运动粘度（cSt）标定的，GB443—89规定采用润滑油在40ºC时的运动粘度中心值作为润滑油的牌号选用润滑油的原则外载大

—

难形成油膜

—

选粘度高的油速度高

—

摩擦大

—

选粘度低的油温度高

—

油变稀

—

选粘度高的油比压大

—

油易挤出

—

选粘度高的油润滑脂特点及应用：密封简单，不需经常添加，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以应用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦功耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速。因此润滑脂主要用于低速或带有冲击的机器。由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。分类：

1）钙基润滑脂具有耐水性，常用于60°C以下的各种机器中的轴承润滑，是目前使用最多一种润滑脂。

2）钠基润滑脂可用于115～145°C以下，但不耐水。

3）锂基润滑脂性能优良，耐水，适用在-20～150°C范围内工作，并可代替钙基、钠基润滑脂。固体润滑剂分类：

1）石墨性能稳定，在350°C以上才开始氧化，并可在水中工作。

2）聚四氟乙稀摩擦系数低，只有石墨的一半。

3）二硫化钼与金属表面吸附性强，摩擦系数低，使用温度范围也广（-60～300°C），但遇水则性能下降。应用：一般在超出润滑油和润滑脂使用范围才使用。常将固体润滑剂调合在润滑油中使用，也可以涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者用固结成型的固体润滑剂嵌装在轴承中使用，或者混入金属或塑料粉末中烧结成型。2润滑装置间歇润滑可用于小型、低速或间歇运动的轴承。对于重要的轴承，必须采用连续供油的方法。

1）压配式注油杯

2）旋套式注油杯

3）旋盖式油脂杯连续润滑

1）滴油润滑①针阀油杯；②油芯油杯

2）油环润滑

3）飞溅润滑

4）压力循环润滑四、非液体摩擦滑动轴承的设计1.失效形式及计算准则设计准则失效形式磨损防止过度磨损发热引起胶合防止胶合单位面积摩擦功率比压小、油难挤出、润滑好速度大、磨损大非液体摩擦滑动轴承工作时，因其摩擦表面不能被润滑油完全隔开，只能形成边界油膜，存在局部金属表面的直接接触。因此，轴承工作表面的磨损和因边界油膜的破裂导致的工作表面胶合或烧瓦是其主要失效形式。设计时，约束条件是：维持边界油膜不遭破裂。压强向心轴承推力轴承速度向心轴承推力轴承油沟引起接触面积减小系数2.设计步骤(1)选择轴承结构型式及材料(2)初定轴承基本型式和参数选择宽径比承载散热性油温(3)校核计算(4)选择轴承的配合(5)选择润滑剂和润滑装置五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计1.压力油膜形成的原理轴颈和轴瓦同心时两平行板的摩擦状况轴颈和轴瓦偏心时两倾斜板的摩擦状况(1)两平行板(2)两倾斜板层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力沿方向按线性变化润滑油不可压缩“拥挤”形成压力油的粘性和压力的作用，改变了油层速度变化规律2.液体动压润滑的基本方程对

y积分：边界条件：假设油按层状流动忽略压力、温度的影响油不可压缩油层在Z方向无流动任意截面上单位宽度(z方向)的流量设油膜压力最大处(此截面)的间隙为则流体是连续的一维雷诺方程讨论之一：由油膜压力沿

x方向变化规律对平行板对倾斜板平行板间油膜压力沿

x方向无变化，等于入口处压力

(压力为

0)入口处速度图形为凹形出口处速度图形为凸形在处油膜厚度为u沿

y方向线性分布油膜压力达讨论之二：液体摩擦形成的条件由(1)两工作表面必须形成收敛的楔形间隙(2)两工作表面必须有一定的相对运动，且

v方向是从大口道小口(3)间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油若则无粘度各油层无速度两板间油无流动不能形成油膜压力讨论之三：向心滑动轴承动压油膜形成过程(1)停车(2)启动金属直接接触摩擦力使轴颈右移油膜压力将轴颈托起其合力将轴颈左推(3)随着油膜压力将轴颈完全托起其合力与外载平衡(4)为工作转速油膜压力偏心距

e3.承载能力计算(1)转换为极坐标系取连线为极坐标轴偏心距间隙相对间隙偏心率任意处(M点

)的油膜厚度最小油膜厚度最大油膜压力处的厚度(2)承载能力的推导过程代入雷诺方程承载区任意点

M的油膜压力沿

y方向的分压力沿

z方向单位宽度上油膜压力的合力考虑端泄油膜总压力与外载

F平衡研究点

M承载量系数采用国际单位：当轴承结构确定由则可计算承受多大的径向载荷

F计算由承载量系数公式的用途则可计算承受外载

F时要多大的动压润滑条件：轴瓦表面粗糙度轴颈表面粗糙度4.主要参数的选择承载回转精度摩擦阻力温度轴承宽度油膜压力承载散热温升承载端泄温升选轴承配合(1)相对间隙的选择：载荷大、应取小一些，提高承载能力速度大、应取大一些，减少发热经验公式计算(2)宽径比轴颈中心与轴承中心接近重合反之，接近于

1受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差等的限制轴承表面粗糙度轴颈表面粗糙度转速载荷油膜压力承载(3)偏心率值越趋向于0一般：(4)最小油膜厚度（即）不可能无限小一般：动压润滑条件5.热平衡计算(1)温升公式摩擦发热量流动油带走的热量轴承散热量温升比热密度散热系数摩擦特性系数流量系数(2)热平衡计算初定计算左右初定值与计算值相差大于

5ºC时，

必须改变参数重新计算

不得超过

30ºC

定得过高、粘度下降定得过低、外部冷却难左右8已知润滑油牌号

L-AN327选轴瓦材料

ZSnSb11Ch6[p]=25、[v]=80、[pv]=1006pv值(Mpa.m/s)63.7451.035速度(m/s)31.44压强(MPa)2.031.6253轴承宽度(m)0.160.22选取宽径比

0.81.01选结构型式

正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为

180°9初定平均温度(°C)50设计动压向心滑动轴承已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求轴承剖分、L-AN32润滑油设计项目方案

1方案

2方案

3序号

10查运动粘度(mm2/s)2011动力粘度(Pa.s)0.01812选择相对间隙

0.001450.00190.002313选择轴颈表面粗糙度(μm)1.614选择轴瓦表面粗糙度(μm)3.215承载量系数

0.7561.2971.5216查偏心率

0.50.660.62517最小油膜厚度(mm)0.07250.06460.0862518计算(2~3)(Rz1+Rz2)值

0.0096~0.014420查摩擦特性系数

3.52.32.021查流量系数

0.1380.1650.13819最小油膜厚度是否足够

足够设计项目方案

1方案

2方案

3序号22润滑油温升(°C)32.818.215.223取入口温度(°C)4024计算平均温度(°C)56.449.147.625平均温度初定值与计算值误差(°C)6.4-0.9-2.426热平衡计算是否合格

超过

5°C合格

合格设计项目方案

1方案

2方案

3序号

1、验算滑动轴承最小油膜厚度hmin的目的是＿＿。

A、确定轴承是否能获得液体摩擦B、控制轴承的发热量

C、计算轴承内部的摩擦阻力D、控制轴承的压强p

2、巴氏合金用来制造＿＿。

A、单层