第16讲 滑动轴承

§4-1摩擦§4-2磨损§4-3润滑剂、添加剂和润滑方法§4-4流体润滑原理简介§4-0概述第4章机械零件设计概论第12章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的典型结构§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4滑动轴承轴瓦结构§12-5润滑剂和润滑装置§12-6不完全液体润滑滑动轴承的设计计算§4-0摩擦概述

摩擦学----研究摩擦、磨损和润滑，三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。▲

摩擦--相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；▲

磨损--由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；▲

润滑--减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。世界上使用的能源大约有1/3~1/2消耗于摩擦。

机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。减少摩擦节省能源；随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。2、摩擦的分类内摩擦：在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象。外摩擦：在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。静摩擦;动摩擦;滑动摩擦;滚动摩擦.▲

“机械说”

--摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；▲

“分子说”

--摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用；1、摩擦的机理▲

“机械－分子说”两种作用均有。§4-1摩擦机器的寿命磨损—由于摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。磨损曲线磨合阶段磨损量时间剧烈磨损阶段

稳定磨损阶段§4-2磨损磨损过程大致如图所示：▲磨合阶段▲稳定磨损阶段▲剧烈磨损阶段后果—降低机器的效率和可靠性，甚至促使机器提前报废。

设计机器时，要求缩短磨合期、延长稳定期、推迟剧烈磨损期的到来。潘存云教授研制潘存云教授研制1.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≈0.1~0.3vvv潘存云教授研制v

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≈0.001~0.01潘存云教授研制4.混合摩擦v

混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和液体摩擦的混合状态。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。潘存云教授研制在一般机器中，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。轴承的功用：用来支承轴及轴上零件。§12-1

滑动轴承概述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向心推力(径向止推)轴承向心(径向)轴承推力(止推)轴承不完全液体润滑滑动轴承完全液体润滑滑动轴承一、向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦等。§12-2滑动轴承的结构型式油杯孔轴承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：

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。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器。榫口潘存云教授研制潘存云教授研制作用：用来承受轴向载荷二、推力滑动轴承结构形式：潘存云教授研制21F1F2F21F21空心式---压力分布较均匀，润滑条件比实心式要好。单环式---环形端面可止推，结构简单，润滑方便，用于低速、轻载的场合。多环式---能承受较大的轴向载荷，还可承受双向载荷。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%。

§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----进入硬颗粒的对轴承表面起研磨作用。刮伤----进入硬颗粒对轴径表面划出线状伤痕。胶合----当瞬时温升过高，供油不足时，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。轴承衬二、滑动轴承的材料轻载，低速轴颈硬度>轴瓦硬度HT、KT铸铁平稳载荷，无冲击，中低速含油轴承韧性低Fe+石墨Cu+石墨粉末冶金重载，中速较硬,强度高,耐磨磨合性差Cu+Sn,Pb,Al青铜重载，中高速耐磨，磨合，导热性，油吸附性好强度小，价格贵Sn,Pb,Sb合金轴承合金(巴氏合金)应用性能特点组成材料金属：青铜、轴承合金、粉末冶金、灰铸铁等非金属：工程塑料、硬木、橡胶、聚四氟乙烯潘存云教授研制§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§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。§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潘存云教授研制§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潘存云教授研制----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。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制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F潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制开孔原则：形式：按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。F2)轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。1)尽量开在非承载区，少降低承载区油膜的承载能力；双轴向油槽开在轴承剖分面上δδ单轴向油槽在最大油膜厚度处φa§12-5润滑剂和润滑装置一、概述作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类润滑油润滑脂固体润滑剂润滑油：液体，用途最广泛润滑脂：半固体，润滑油＋稠化剂，一般用于中低速固体润滑剂：主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用，如C,MoS2,PTFE(聚四氟乙烯)等A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。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2oxyydydu分析位置y处薄层的受力B介绍“粘度”----重要指标，粘度越高，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工程中常用运动粘度：ν

=ηρ

单位：

m2

/

s2)运动粘度性能指标：粘度——液体流动时，每薄层相互间的阻抗剪力，它是液体流动时内部摩擦阻力的度量是最重要的性能指标，也是选择润滑油的主要依据油性——也称润滑性，表征油中的极性分子对金属表面的吸附性能。油性好则摩擦系数小凝点——反映润滑油的低温工作性能闪点——反映润滑油的高温工作性能二、润滑油的性能指标及选择润滑油的选择原则：压力大或在冲击、变载条件下工作，应选粘度高的油速度高时，应选粘度低的油，以减少摩擦损失工作温度高时，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降三、润滑脂的性能指标及选择性能指标：针入度(稠度)——表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度用一特制重1.5N锥形针在25°C恒温下5s内刺入润滑脂内的深度。标志润滑脂内阻力的大小和受力后流动性的强弱滴点——温度升高时，润滑脂第一滴掉下时的温度，表征润滑脂耐高温的性能耐水性——润滑脂与水接触时，其特性的保持程度润滑脂的选择原则：压力大、速度低——小针入度，反之选针入度大的润滑脂的滴点应高于轴承工作温度20~30℃，以免流失在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制针阀式油杯旋盖式油杯脂用潘存云教授研制压注式油杯弹簧盖油杯四、润滑装置油杯§12-6

不完全液体润滑滑动轴承的设计计算一、失效形式与设计准则工作状态：为边界润滑或混合摩擦润滑。失效形式：边界油膜破裂。设计准则：保证边界膜不破裂。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是摩擦力，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；潘存云教授研制二、径向滑动轴承的设计计算已知条件：外加径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径d(mm)验算及设计：１.验算轴承的平均压力p２.验算摩擦热v—轴颈圆周速度，m/s；B----轴瓦宽度，[p]----许用压强。见下页p=≤[p]FBdFdn

[pv]—轴承材料的许用值。pv=·

FBdπdn60×1000≤[pv]n—轴速度，m/s；3.验算滑动速度V

[v]—材料的许用滑动速度v≤[v]潘存云教授研制潘存云教授研制４．选择配合一般可选:H9/d9或H8/f7、H7/f6

二、止推滑动轴承的计算≤[p]Fd1d2Fd1d2已知条件：外加径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)1)根据轴向载荷和工作要求，选择轴承结构尺寸和材料；2)验算平均压力；z--轴环数潘存云教授研制潘存云教授研制止推滑动轴承的计算（续）考虑承载的不均匀性，[p]、[pv]应降低50%。Fd1d2Fd1d