1、第11章滑动轴承机械设计摩擦状态摩擦状态干摩擦干摩擦边界摩擦边界摩擦液体摩擦液体摩擦f=0.51f=0.10.3f=0.0010.01干摩擦干摩擦边界摩擦边界摩擦液体摩擦液体摩擦3 1)转速极高的轴承（发电机转子）转速极高的轴承（发电机转子） 2)载荷特重的轴承（轧钢机）载荷特重的轴承（轧钢机） 3)冲击很大的轴承（）冲击很大的轴承（） 4)要求特别精密的轴承（液体静压滑动轴承）要求特别精密的轴承（液体静压滑动轴承） 5)剖分式轴承（轴从上端放入）剖分式轴承（轴从上端放入） 6)有特殊要求的轴承（轮船用滑动轴承）有特殊要求的轴承（轮船用滑动轴承）下一页下一页11.1 概述概述1. 目前滑动轴承
2、应用的主要场合：目前滑动轴承应用的主要场合：42. 滑动轴承的设计内容：滑动轴承的设计内容：5整体式滑动轴承结构整体式滑动轴承结构下一页下一页间隙不能调整间隙不能调整11.2滑动轴承的典型结构滑动轴承的典型结构6剖分式滑动轴承剖分式滑动轴承间间隙隙可可以以调调整整下一页下一页7推力滑动轴承结构推力滑动轴承结构V动压推力滑动轴承动压推力滑动轴承下一页下一页8下一页下一页11.3 滑动轴承的失效形式和常用材料滑动轴承的失效形式和常用材料11.3.1 滑动轴承的失效形式滑动轴承的失效形式1. 磨粒磨损磨粒磨损 进入轴承间隙的硬颗粒（如灰尘、砂粒等）有的嵌入轴进入轴承间隙的硬颗粒（如灰尘、砂粒等）有的
3、嵌入轴承表面，有的游离于间隙中并随轴一起转动，它们都将对轴颈承表面，有的游离于间隙中并随轴一起转动，它们都将对轴颈和轴承表面起研磨作用。和轴承表面起研磨作用。2. 刮伤刮伤 进入轴承间隙中的硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶，进入轴承间隙中的硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶，在轴承上划出线状伤痕，导致轴承因刮伤而失效。在轴承上划出线状伤痕，导致轴承因刮伤而失效。93. 咬粘（胶合）咬粘（胶合） 轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，润滑油供应不轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，润滑油供应不足。足。4. 疲劳剥落疲劳剥落 在载荷反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲在载荷反复作用下，轴承表面出现与
4、滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。料的剥落。5. 腐蚀腐蚀 润滑油在大气中使用会不断氧化，所生成的酸性物质对润滑油在大气中使用会不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀性。轴承材料有腐蚀性。101）减摩，耐磨；）减摩，耐磨；2）足够强度；）足够强度；3）良好顺应性和嵌入性；）良好顺应性和嵌入性；4）良好工艺性和导热性，耐腐蚀性；）良好工艺性和导热性，耐腐蚀性；5）价格低。）价格低。下一页下一页11.3.2 滑动轴承的材料滑动轴承的材料（1）对材料性能的基本要求）对材料性能的基本要求11 1）轴
5、承合金（巴氏合金，白合金）轴承合金（巴氏合金，白合金） 2）铜合金）铜合金-青铜、黄铜青铜、黄铜 3）铝合金）铝合金 4）铸铁）铸铁-灰铸铁、耐磨铸铁、球墨铸铁灰铸铁、耐磨铸铁、球墨铸铁 5）多孔质金属材料（粉末冶金）多孔质金属材料（粉末冶金） 6）非金属）非金属-塑料（酚醛树脂，尼龙，聚四氟乙烯）、硬塑料（酚醛树脂，尼龙，聚四氟乙烯）、硬木、橡胶。木、橡胶。（2）常用轴承材料）常用轴承材料表表11-212图图11.4 整体轴套整体轴套整体式轴瓦整体式轴瓦下一页下一页11.4 轴瓦的结构轴瓦的结构13图图11.5 卷制轴套卷制轴套14整体式轴瓦实物整体式轴瓦实物15整体式轴瓦实物整体式轴瓦实物
6、16整体式轴瓦应用整体式轴瓦应用整体式整体式轴瓦轴瓦17整体式轴瓦应用整体式轴瓦应用18对开式式轴瓦对开式式轴瓦19轴瓦结构：由轴瓦结构：由13层材料制成层材料制成20轴向定位轴向定位周向定位周向定位轴瓦定位轴瓦定位周向轴向定位周向轴向定位21油孔，油沟与油槽的开设油孔，油沟与油槽的开设 油槽的尺寸可查相关的手册。油槽的尺寸可查相关的手册。下一页下一页22油沟与油槽的位置油沟与油槽的位置下一页下一页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23下一页下一页11.5 滑动轴承润滑剂的选用滑动轴承润滑剂的选用选择原则：选择原则：1、润滑
7、脂、润滑脂表表11-3 1）低速、重载时应选用针入度小的润滑脂，反之选）低速、重载时应选用针入度小的润滑脂，反之选用针入度大的润滑脂；用针入度大的润滑脂； 2）润滑脂的滴点一般应比轴承的工作温度高）润滑脂的滴点一般应比轴承的工作温度高2030或更高；或更高； 3）潮湿或淋水环境下应选用抗水性好的钙基脂或锂）潮湿或淋水环境下应选用抗水性好的钙基脂或锂基脂；基脂； 4）温度高时应选用耐热性好的钠基脂或锂基脂。）温度高时应选用耐热性好的钠基脂或锂基脂。24选择原则：选择原则：下一页下一页2、润滑油、润滑油表表11-4低速、重载，高温工作采用高粘度油，反之用低粘度油。低速、重载，高温工作采用高粘度油，
8、反之用低粘度油。25下一页下一页3、固体润滑剂、固体润滑剂 固体润滑剂可以在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力，固体润滑剂可以在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力，通常只用于一些有特殊要求的场合。例如，大型可展开天线通常只用于一些有特殊要求的场合。例如，大型可展开天线定向机构和铰链处的固体润滑，空间机器人采用的谐波齿轮定向机构和铰链处的固体润滑，空间机器人采用的谐波齿轮减速器的固体润滑等。减速器的固体润滑等。 二硫化钼，在金属表面上涂镀一层钼，然后放在含硫的气氛中加热，可生成二硫化钼，在金属表面上涂镀一层钼，然后放在含硫的气氛中加热，可生成MoS2膜。膜。 聚四氟乙烯片材可冲压成轴瓦，也可以用
9、烧结法或粘结法形成聚四氟乙烯膜粘附聚四氟乙烯片材可冲压成轴瓦，也可以用烧结法或粘结法形成聚四氟乙烯膜粘附在轴瓦内表面上。在轴瓦内表面上。 软金属薄膜（如铅、金、银等薄膜）主要用于真空及高温的场合。软金属薄膜（如铅、金、银等薄膜）主要用于真空及高温的场合。264、润滑装置的选择、润滑装置的选择1）润滑脂润滑装置）润滑脂润滑装置润滑脂旋盖润滑脂旋盖式油杯润滑式油杯润滑272）润滑油润滑装置）润滑油润滑装置滴油润滑滴油润滑油绳润滑油绳润滑油环润滑油环润滑28下一页下一页11.6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算不完全液体润滑滑动轴承设计计算 11.6.1 不完全液体润滑滑动轴承的失效形式和计算准则不完
10、全液体润滑滑动轴承的失效形式和计算准则 工程实际中对工作要求不高、速度较低、载荷不大、难工程实际中对工作要求不高、速度较低、载荷不大、难以维护等条件下工作的轴承，往往设计成不完全液体润滑以维护等条件下工作的轴承，往往设计成不完全液体润滑滑动轴承。滑动轴承。 目前对不完全液体润滑滑动轴承的设计计算主要是进行轴承压强目前对不完全液体润滑滑动轴承的设计计算主要是进行轴承压强p、轴承压强与滑动速度的乘积轴承压强与滑动速度的乘积pv值和轴承滑动速度值和轴承滑动速度v的验算，使其不超过的验算，使其不超过轴承材料的许用值。轴承材料的许用值。29MPapdBFp. 1破裂验算平均压强防止油膜smMPapvpv
11、pv/,.2限制温升值验算smvdnv/100060. 3限制温升及加剧磨损验算滑动速度4.选取滑动轴承的配合选取滑动轴承的配合 ：H9/d9、H8/f7、H7/f6 下一页下一页11.6.2 径向滑动轴承的计算径向滑动轴承的计算表表11-5表表11-63022201.: ()4AFppMPazdd验算平均压强2.:/:(/ )60 1000mmmmpvpvpvMPa m sd nvm s验算值其中 a)实心式 b)空心式 c)单环式 d)多环式下一页下一页11.6.3 推力滑动轴承的计算推力滑动轴承的计算31下一页下一页 例例11.1 一卷扬机用不完全液体润滑的径向滑动轴承，径向一卷扬机用不
12、完全液体润滑的径向滑动轴承，径向力力F=100000N ，轴颈直径，轴颈直径d=250mm,n=100r/min。试选择轴承材料并校核轴承的工作能力。试选择轴承材料并校核轴承的工作能力。32)(603hhhvxpxpyu122hh0下一页下一页11.7.1 液体动力润滑的形成原理态液体动力润滑的形成原理态11.7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算液体动力润滑径向滑动轴承设计计算33 a)静止 b)启动 c)稳定运转Ff下一页下一页11.1.2径向滑动轴承形成流体动压润滑的过程径向滑动轴承形成流体动压润滑的过程 轴颈形成动压油膜过程分析轴颈形成动压油膜过程分析341、两相对表面间必须形成收敛的楔
13、形间隙；、两相对表面间必须形成收敛的楔形间隙；2、两表面间必须具有一定的相对滑动速度，方、两表面间必须具有一定的相对滑动速度，方向为大截面进小截面出；向为大截面进小截面出；3、润滑油要有一定的粘度，且供油充分。、润滑油要有一定的粘度，且供油充分。下一页下一页动压油膜形成条件动压油膜形成条件3512.7.4 径向滑动轴承的主要几何关系径向滑动轴承的主要几何关系.直径间隙直径间隙dD .半径间隙半径间隙rR.相对间隙相对间隙rd.偏心距偏心距)(动态e.偏心率偏心率e.最小油膜厚度最小油膜厚度)1()1(minreh径向压力分布曲线径向压力分布曲线（参见图（参见图11.19）关键求下一页下一页36
14、)(603hhhvxp下一页下一页雷若方程的极坐标形式雷若方程的极坐标形式12.7.5 径向滑动轴承的工作能力计算径向滑动轴承的工作能力计算37下一页下一页38z z是自变量是自变量-B/2B/2承载量系数承载量系数CP下一页下一页391.径向轴承（对于有限宽度）油膜的总承载能力径向轴承（对于有限宽度）油膜的总承载能力211-21pdBFC（）2211-232pFFCdBvB或（）。轴颈圆周速度，单位为；外载荷，单位轴承宽度，单位位为温度下的动力粘度，单润滑油在轴承平均工作承载量系数smvNFmBsPaCp/;2112/203/2(coscos)23 cos()111-22(1cos )Bpa
15、BZCddCB （）下一页下一页40最小油膜厚度最小油膜厚度hminmin12(1) 11-25 ()11-26zzhrhhS RR（）（）下一页下一页( ,/)-7/ppCB dCB d见表11由与查出查表查表11-7 11-7 查表查表11-8 11-8 RzRz2. 最小油膜厚度最小油膜厚度hmin的确定的确定41轴承的热平衡计算轴承的热平衡计算12QQQQfFv10()iQq c tt20()siQdB tt H H摩擦功产生的热量摩擦功产生的热量/ /单位时间单位时间H H1 1润滑油带走的热量润滑油带走的热量/ /单位时间单位时间H H2 2轴承表面散发的热量轴承表面散发的热量/
16、/单位时间单位时间下一页下一页3.轴承的热平衡计算轴承的热平衡计算ti-入油口温度t0-入油口温度q-油的流量m3/s-油的密度900kg/m3c-比热溶J/(kgC)S-散热系数140W/(m2C)420q=(11 28)issffpptttqc CcvvBdv 温度升高耗油量系数，查耗油量系数，查图图11.2111.21建议平均温度：tm75oC，入油口温度：ti3540oC 2mittt平均温度2imttt入油口温度放大放大图图11.21431、宽径比、宽径比B/d B/d在在0.31.5范围内。范围内。 B/d 小运转稳定性好，轴承两端泄漏大，降温快，但承小运转稳定性好，轴承两端泄漏大
17、，降温快，但承载力降低。载力降低。所以：高速重载取小值，低速重载取大值；所以：高速重载取小值，低速重载取大值； 高速轻载取小值，刚性要求高取大值。高速轻载取小值，刚性要求高取大值。常用：汽轮机、鼓风机常用：汽轮机、鼓风机B/d =0.31； 电动机、发电机、离心泵、齿轮变速箱电动机、发电机、离心泵、齿轮变速箱B/d =0.61.5； 机床、拖拉机机床、拖拉机B/d =0.81.2： 轧钢机轧钢机B/d =0.60.9下一页下一页11.7.6径向滑动轴承的参数选择径向滑动轴承的参数选择442、相对间隙、相对间隙相对间隙主要根据相对间隙主要根据载荷载荷和和速度速度选取。选取。 速度愈高，速度愈高，
18、 愈大；愈大； 载荷愈大载荷愈大愈小；愈小； 直径大，直径大， B/d 小，调心性能好，加工精度高小，调心性能好，加工精度高取小值；取小值； 对轴支承刚性大对轴支承刚性大取大值。取大值。下一页下一页常用：汽轮机、电动机、齿轮减速器常用：汽轮机、电动机、齿轮减速器=0.0010.002 轧钢机、铁路车辆轧钢机、铁路车辆 =0.00020.0015 机床、内燃机机床、内燃机 =0.00020.00125 鼓风机、离心泵鼓风机、离心泵 =0.0010.003：4/931/9( /60)(11 31)10n45 平均温度低，粘度大，反之粘度小。平均温度低，粘度大，反之粘度小。 设计时先根据平均温度（设
19、计时先根据平均温度（tm=50 ）初选油的）初选油的粘度粘度（ 50 运动粘度运动粘度 见图见图4.9），）， 然后计算动力粘度然后计算动力粘度= 50 10-6PaS 再由热平衡计算进油口油温是否在再由热平衡计算进油口油温是否在3540之间，之间，否则应重新选择粘度。否则应重新选择粘度。下一页下一页3、粘度、粘度46 1、由于运动黏度、由于运动黏度v事先并不知道，可以根据轴事先并不知道，可以根据轴颈转速预估动力黏度：颈转速预估动力黏度：-1/37/6( /60)Pa(11 32)10n （S）2、由式（、由式（4-7）初步计算）初步计算40C运动黏度运动黏度v：64010(47)Cv3润滑油
20、的密度（单位kg/m ）475050 C50v4-1504.9mCCtC40 C3、根据计算的运动黏度的数值查表选油的中心值(即知道对应的牌号)4、再选定平均油温，根据选定的牌号查图得到的值5、最后计算图图4.9表表4-1下一页下一页48例如：滑动轴承转速例如：滑动轴承转速n=600r/min，油的密度，油的密度=900kg/m3 ,求求50C时的动力黏度时的动力黏度50C=？解：解：-1/31/37/67/6( /60)(600/60)1=0.03161010nPa s 、66400.03162101035.1cSt900Cv、49v=4-140 C3、根据计算的运动黏度35.1查表选油的牌
21、号为L-AN32表表4-15050504.9=20cStmCCtC4、选定平均油温，根据选定的牌号查图得到的值为图图4.9-650 C50=20 900 10 =0.018Pa SC5、最后计算50例例12.2 设计一机床用的液体动力润滑径向滑动轴承，载荷垂直设计一机床用的液体动力润滑径向滑动轴承，载荷垂直向下，工作情况稳定，采用对开式轴承。已知工作载荷向下，工作情况稳定，采用对开式轴承。已知工作载荷F=160000N,轴颈直径轴颈直径d=200mm，转速，转速n=600r/min，在水平剖分，在水平剖分面单侧供油。面单侧供油。5152535455565758调心滑动轴承调心滑动轴承可调间隙的
22、滑动轴承可调间隙的滑动轴承下一页下一页11.8 其他形式滑动轴承简介其他形式滑动轴承简介59606162图图11-30 多油楔轴承多油楔轴承下一页下一页63径向滑动轴承结构多油楔轴承径向滑动轴承结构多油楔轴承可倾瓦式多油楔轴承可倾瓦式多油楔轴承下一页下一页64可倾瓦推力轴承可倾瓦推力轴承 推力滑动轴承结构推力滑动轴承结构下一页下一页 单向旋转单向旋转 轴承表面由多组斜面轴承表面由多组斜面平面组成，平面组成，当轴低速旋转时依靠平面接触承载，当轴低速旋转时依靠平面接触承载，当以工作速度旋转时依靠斜面形成液当以工作速度旋转时依靠斜面形成液体动压润滑体动压润滑。65o11-7、11-8课后习题11-7
23、 不完全液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径不完全液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d=100mm，轴，轴承宽度承宽度B=120mm ，轴承承受径向载荷，轴承承受径向载荷F=10000N，轴颈转速，轴颈转速n=560r/min ，轴颈材料为，轴颈材料为45钢，设选用轴瓦材料为钢，设选用轴瓦材料为ZCuSn5Pb5Zn5，试对轴承进行校核设计计算，看轴瓦选用，试对轴承进行校核设计计算，看轴瓦选用是否合适。是否合适。11-8 某不完全液体润滑径向滑动轴承，巳知：轴颈直径某不完全液体润滑径向滑动轴承，巳知：轴颈直径d=200mm，轴承宽度，轴承宽度B=200mm ，轴颈转速，轴颈转速n=300r/min ，轴
24、瓦材料为轴瓦材料为ZCuAl10Fe3，试问它可以承受的最大径向载荷，试问它可以承受的最大径向载荷是多少？是多少？续续返回返回70返回返回71返回返回72返回返回返回返回返回返回75返回返回76返回返回返回返回运动黏度与油牌号的关系：运动黏度与油牌号的关系：L-AN15，运动黏度中心值为，运动黏度中心值为1578返回返回根据运动黏度根据运动黏度v40C=35.11得得运动黏度中心运动黏度中心值为值为32，所以油牌号为，所以油牌号为L-AN32，返回返回t=50CV50=40cSt油牌号L-AN68返回返回t=50CV50=40cSt油牌号L-AN68返回返回t=50CV50=20cSt油牌号L-AN328283
