第十二章 滑动轴承

第十二章滑动轴承第一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五第十二章滑动轴承基本要求：掌握滑动轴承的结构和材料；掌握非液体润滑滑动轴承的设计计算；了解液体润滑工作原理；掌握雷诺方程及其求解结果分析；掌握轴承参数对轴承静动特性的影响；理解轴承的设计步骤。第二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五由于结构与制造的原因，一般说来：滚动轴承摩阻小、起动灵敏；标准化程度高，质优价廉；便于使用与维护；故广泛应用于一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下和运动机械中。但是，在下列情况：①载荷特重；②承受巨大冲击载荷和振动载荷；③

回转精度要求特高；④

转速特大；⑤

尺寸很大或很小；⑥

结构上要求轴承剖分时；⑦

特殊工作条件下（如水、腐蚀介质中）。滑动轴承更有优势。滑动轴承已标准化一.滑动轴承的特点及其应用场合§12-1概述第三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五按承载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二.类型三.几种摩擦状态相对运动的表面就有磨损，要改善磨损，用润滑油。按表面的润滑情况将摩擦分为：摩擦面间不加润滑剂，一般金属f0.15。轴承中不允许存在这种状态。摩擦表面间有一层油膜，f=0.05～0.3。是轴承的最低要求。干摩擦：边界摩擦：第四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五摩擦特性曲线：一般向心滑动轴承适用。ηn/p称为轴承特性系数。它影响摩擦状态的原因…。摩擦面被油层分开。

混合摩擦：液体摩擦：静压f=0.005～0.001动压f=0.001～0.01第五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五§12-2径向滑动轴承的的主要结构一.整体式径向滑动轴承整体式结构简单安装困难间隙不可调二.剖分式径向滑动轴承剖分式：结构较繁间隙可调广泛采用结构上可作成水平剖分、倾斜剖分（受力方向与抛分面基本垂直，偏差15内）、可调心的以适合不同的用途。第六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五间隙可调式自动调心式第七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五§12-3滑动轴承的失效

型式及常用材料一.滑动轴承的失效形式1.磨粒磨损:

硬颗粒进入轴承间隙或嵌入轴承表面…2.刮伤：轴承间隙中的硬颗粒和表面粗糙度的轮廓顶峰…4.疲劳剥落（疲劳磨损）：3.胶合（粘着磨损）：5.腐蚀（化学磨损）：

润滑剂在使用中不断氧化，生成酸性物质…；氧对巴氏合金的腐蚀，SnO2、SnO；硫对含银或铜轴承材料的腐蚀、润滑油中的水分…。第八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五1.对轴承材料的要求基本要求耐磨性磨损少减摩性摩擦系数小其他要求：抗胶合性耐腐蚀性强度顺应性、嵌入性、跑合性导热性工艺性经济性2.常用材料轴承合金(巴氏合金)锡基铅基锑、铜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轴瓦和轴承衬材料统称为轴承材料。二.轴瓦及轴承衬承材料第九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五轻载、低速的轴瓦材料锡青铜

中速、中载或重载铝青铜

低速重载铅青铜

高速重载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。石墨、塑料、橡胶、尼龙等摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大铸铁铜合金粉末冶金非金属材料强度高，承载能力大，耐磨性和导热性优于轴承合金。但其可塑性差，不易跑合，与之相配的轴径须淬硬。常用轴瓦及轴承材料的性能见P275表12-2第十页，共四十四页，编辑于2023年，星期五双金属轴瓦，三金属轴瓦，厚瓦，薄瓦。§12-4轴瓦结构一.轴瓦的形式和构造：轴瓦内表面结构

结构型式：整体式剖分式第十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五二.轴瓦的结构要素定位唇：防止轴瓦在轴承中移动壁厚油孔油槽壁厚定位唇油室油孔和油槽：将油引入轴承油室：存油第十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五油槽的尺寸可查相关的手册油槽的位置：不要开在轴承的承载区内，否则将急剧降低轴承的承载能力。第十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五§12-5滑动轴承润滑剂的选用润滑目的：减小摩擦，降低磨损，冷却，防锈，防尘和吸振。润滑剂分类：流体（液体为主），脂，固体。润滑油为常用。一.润滑脂的选择润滑脂的主要指标是针入度和滴点。润滑脂是润滑油与金属皂的混合物，呈半固体形态。其稠度大，不易流失，无冷却效果，物化稳定性差，摩阻大，有缓冲、吸振作用、承载能力大，故只适合低速（）重载、难以经常供油的场合。针入性：重1.5N的锥体，于25°C恒温下5s后刺入的深度；润滑脂越稠针入性承载摩擦阻力表征润滑脂稀稠第十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度。表征耐高温的能力。润滑脂工作温度一般应低于滴点2030°C润滑脂有钙基、钠基和锂基之分，一般说来：钙基抗水性好、耐热性差、价廉钠基抗水性差、耐热性好、防腐性较好锂基抗水性和耐热性好铝基抗水性好、有防锈作用、耐热性差润滑油牌号参看P280表12-3选择原则1.压力高、速度低时，选针入度小一些的；反之…。2.轴承的工作温度应低于滴点温度地2030℃。3.钙基耐水不耐温，工作温度低于60℃，钠基耐温不耐水，工作温度低于115145℃，锂基最好，但价格稍贵。工作温度低在-20150℃。第十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五润滑油的物理和化学指标主要有：粘度、粘度指数、油性、凝点、闪点、酸值和残碳量等。对于大多数滑动轴承来讲，粘度是最主要的指标，也是选择轴承用油的主要依据；对混合摩擦状态的滑动轴承来讲，则油性也是很重要的指标。二.润滑油的选择油性—润滑油在摩擦表面形成各种吸附膜和化学反应膜的性能。指润滑油对固体表面的吸附能力，一般来讲，润滑油中含极性分子团愈多，油性愈好。因此，动物油油性最好，植物油油性次之，矿物油油性最差。粘度—流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示。是衡量润滑油易流动性的一个指标。粘度愈大，润滑油的内摩擦阻力愈大，愈不易流动，因而承载能力愈大。第十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五动力粘度平行板间油的层流流动贴近移动扳的油层速度贴近静止扳的油层速度各油层以不同速度移动油层间剪应力与速度梯度油层成正比(粘性流体粘性定律)比例常数，即动力粘度粘度有三种定量指标，即动力粘度、运动粘度和条件粘度。第十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五润滑油牌号参看P280表12-4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运动粘度动力粘度与同温下该流体密度的比值：动力粘度经常用于滑动轴承的分析计算中，商品油则常用运动粘度来标定。单位换算国际单位制物理单位称为St(斯)常用单位cSt(厘斯)第十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五1）外载大—

难形成油膜—

选粘度高的油2）速度高—

摩擦大—

选粘度低的油3）温度高—

油变稀—

选粘度高的油4）比压大—

油易挤出—

选粘度高的油润滑油选择原则石墨、MoS2

、聚四氟乙烯树脂等。

f小，用于特殊场合，如高温介质中、或低速重载条件下。1.水：主要用于橡胶轴承、酚醛胶布轴承的润滑。2.液态金属：汞、液态钠、锂、钾等。主要用于宇宙飞行器中的某些轴承。3.气体：只能用于特别高速轻载之处。三.固体润滑剂四.其它润滑剂第十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五附：润滑方式与润滑装置润滑方式可根据选择，可用润滑脂或油杯润滑，可用针阀式油杯润滑，可用油环或飞溅润滑，宜用压力循环润滑。第二十页，共四十四页，编辑于2023年，星期五§12-6不完全液体摩擦

滑动轴承设计计算滑动轴承分液体摩擦和混合摩擦两大类，除液体静压滑动轴承外，轴承总是存在摩擦和磨损的，因此，应该针对摩擦和磨损进行设计计算，但由于影响摩擦和磨损的因素很多并且有些因素尚未搞清楚，目前采用的是简化的条件性计算。一.径向滑动轴承1.限制平均压强：是避免压强过大使边界膜破裂从而导致金属直接接触产生的剧烈磨损。对于转速很低或间歇转动的轴，只需进行这项计算。轴颈直径，mm轴承所承受的径向载荷，N轴承宽度，mm,由B/d定轴瓦材料的许用压力，见P275表12-2目的第二十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五考虑到功热当量，值与轴承单位面积的摩擦功耗（）成正比，因此限制值也就是限制轴承的温升，从而避免温度过高使润滑失效。对于连续运转轴承，通常都应进行这项计算。2.限制值：轴颈的圆周速度，m/s轴承材料的许用值，见P275表12-2轴颈的转速，r/min3.限制速度：当过大，即使和值都在允许的范围内，轴承也可能很快磨损，故还必须限制滑动速度。见P275表12-2滑动轴承常用配合第二十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五推力轴承止推面多采用环形止推面（很少用实心的），采用多环轴颈可承受较大的载荷，同时能承受双向载荷。但这种轴承必须作成沿轴线剖分的。计算内容为：21d1d2dd2d1d1.限制平均压强：环的数目轴环直径，mm轴孔直径，mm二.推力轴承第二十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.限制值：轴承材料的许用值，见P275表12-2d2d1d第二十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2）在一定条件下，利用轴颈转动起来后的泵油作用把油带入摩擦表面，形成压力油膜将两摩擦表面分开。这种滑动轴承称为液体动压轴承。

§12-7液体动压润滑

径向滑动轴承设计计算润滑油把两个相对运动表面完全分隔开时的摩擦称为液体摩擦，由于两固体表面并不接触，因此理论上不存在磨损，摩擦阻力的大小也仅仅取决于润滑油的性质（主要是粘度）。1）输入压力油以平衡载荷，由于可在轴承未工作时就将两表面分开，故称为静压轴承。静压轴承本身价廉，但附属液压系统昂贵，故应用受限；液体动压应用要广泛的多，但应注意，由于存在起动和停车，所以液体动压轴承还是存在固体间的摩擦和磨损的。实现液体摩擦有两种方法：第二十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五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”形成压力一.压力油膜形成的原理abcd第二十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五y静止板B0移动板Ah二.液体动压润滑的基本方程：假设：1）粘度与压力和Y值无关。2）润滑油沿Z向无流动。4）润滑油是牛顿流体。5）润滑油无质量。6）润滑油不可压缩。取截面x处的一个单元体分析，存在如下静力平衡条件：3）润滑油油性良好，与固体表面吸附牢固。第二十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五y0静止板B移动板Ahb化简后得：考虑到假设4）有：于是：带入边界条件：解得：即：1.油层的速度分布积分得：第二十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.润滑油的流量假设：无侧漏，z方向尺寸无限大，则通过间隙高度为的任意截面上单位宽度(z方向)的流量为：流体是连续的一维雷诺方程返回当时，p有极大值，此时，该截面的流量为：第二十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五静止板移动板讨论对平行板平行板间油膜压力沿x方向无变化，等于入口处压力()对倾斜板入口处速度图形为凹形在处油膜厚度为u沿y方向线性分布油膜压力达出口处速度图形为凸形由1）油膜压力沿x方向变化规律第三十页，共四十四页，编辑于2023年，星期五y0静止板B移动板A讨论由1）两工作表面必须形成收敛的楔形间隙；2）液体摩擦形成的必要条件若则2）两工作表面必须有一定的相对运动，且v方向是从大口到小口；无粘度各油层无速度两板间油无流动不能形成油膜压力3）间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油。第三十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期五(1)停车(2)启动金属直接接触摩擦力使轴颈左移油膜压力将轴颈托起，其合力将轴颈右推(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e三.向心滑动轴承动压油膜形成过程第三十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期五1.转换为极坐标系取连线为极坐标轴偏心距直径间隙相对间隙偏心率半径间隙任意处(A点)的油膜厚度：四.径向滑动轴承动的几何关系和承载量系数最小油膜厚度最大油膜压力处的厚度第三十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期五2.承载能力的推导过程代入雷诺方程承载区任意点A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平衡采用国际单位：承载量系数第三十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期五当轴承结构确定由则可计算承受多大的径向载荷F计算由则可计算承受外载

F时要多大的公式的用途：轴颈表面粗糙度轴承表面粗糙度（动压润滑条件）安全系数，S=23五.最小油膜厚度第三十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期五1）2）3）4）5）图12-16P288讨论各参数的关系第三十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期五单位时间轴承所产生的热量流出的油带走的热量轴承散发的热量比容密度出口温度入口温度耗油量，按耗油量系数求，六.轴承的热平衡计算轴承表面的散热系数第三十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期五温升摩擦系数耗油量系数，由查P290图12-16摩擦系数：轴颈的角速度，轴承的平均压力，第三十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期五润滑油的平均温度：定得过高、粘度下降若，表示热平衡易于建立，轴承的承载能力未用尽。此时应降低平均温度，并适当地加大轴承及轴颈的粗糙度，再作计算。若，表示不易建立热平衡状态。此时须加大间隙，并适当地降低轴承及轴颈的粗糙度，再作计算。入口温度：以上讲的适用于一般用途的液体动压润滑径向轴承的热平衡计算。第三十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期五七.主要参数的选择1.宽径比油膜压力承载散热温升承载端泄温升高速重载时，宽径比取小值；低速重载时，宽径比取大值；高速轻载，若对轴承刚性要求不高，取小值，否则，取大值。轴承宽度、轴承刚性误差敏感性汽轮机、鼓风机电动机、发电机、离心泵、齿轮变速器机床