1、1第第12章章 滑动轴承滑动轴承主要内容：主要内容：1.1.滑动轴承的特点及典型结构滑动轴承的特点及典型结构 2 2轴瓦的材料及选用轴瓦的材料及选用 3.3.不完全液体润滑滑动轴承的设计准则及不完全液体润滑滑动轴承的设计准则及 设计方法设计方法 4.4.液体动力润滑径向滑动轴承的设计方法液体动力润滑径向滑动轴承的设计方法重点内容：重点内容：1.1.不完全液体润滑滑动轴承的设计方法不完全液体润滑滑动轴承的设计方法 2.2.液体动力润滑径向滑动轴承的设计方法液体动力润滑径向滑动轴承的设计方法 2分分类类12-1 12-1 滑动轴承概述滑动轴承概述 一、一、滑动滑动轴承的分类轴承的分类 按受载按受载
2、方向分方向分按润滑按润滑状态分状态分不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承液体润滑滑动轴承液体润滑滑动轴承液体动力润滑轴承液体动力润滑轴承液体静压润滑轴承液体静压润滑轴承向心向心(径向径向)轴承轴承 推力推力(止推止推)轴承轴承3二、滑动轴承的应用领域二、滑动轴承的应用领域 1.1.工作转速特高的轴承，汽轮发电机；工作转速特高的轴承，汽轮发电机；2.2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；3.3.特重型的轴承，如水轮发电机；特重型的轴承，如水轮发电机；4.4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机；承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破
3、碎机；5.5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；6.6.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承，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；如舰艇螺旋桨推进器的轴承；7.7.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。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。三、滑动轴承的设计内容三、滑动轴承的设计内容 1 1。轴承的型式和结构选择；。轴承的型式和结构选择；2 2。轴瓦的结构和材料选择；。轴瓦的结构和材料选择；3 3。轴承的参数设计；。轴承的参数设计；4 4。润滑剂的选择及供应
4、；。润滑剂的选择及供应；5 5。轴承工作能力及热平衡计算。轴承工作能力及热平衡计算。4滚动轴承与滑动轴承性能对照（表滚动轴承与滑动轴承性能对照（表131311 P33711 P337）5一、一、向心向心(径向径向)滑动轴承滑动轴承组成：组成：轴承座、轴套或轴瓦等。轴承座、轴套或轴瓦等。12-2 12-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式油杯孔油杯孔轴套轴套1)1)结构简单，成本低廉。结构简单，成本低廉。应用：应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。低速、轻载或间歇性工作的机器中。2)2)因磨损而造成的间隙无法调整。因磨损而造成的间隙无法调整。3)3)只能从沿轴向装入或拆下。只能从沿轴向装入或
5、拆下。1)1)整体式整体式向心滑动轴承向心滑动轴承 轴承座轴承座特点：特点：6将轴承座或轴瓦分离制造，将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。两部分用联接螺栓。剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承螺纹孔螺纹孔轴承座轴承座轴承盖轴承盖联接螺栓联接螺栓剖分轴瓦剖分轴瓦2)2)剖分式剖分式向心滑动轴承向心滑动轴承 特点：特点：结构复杂，可以结构复杂，可以调整因磨损而造成的间调整因磨损而造成的间隙，安装方便。隙，安装方便。榫口榫口7潘存云教授研制潘存云教授研制作用：作用：用来承受轴向载荷用来承受轴向载荷 二、二、推力滑动轴承推力滑动轴承 结构形式：结构形式：潘存云教授研制21F F1F F2F F2
6、1F F21空心式空心式-轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式要轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式要 好。好。单环式单环式-利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广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。泛用于低速、轻载的场合。多环式多环式-不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向 载荷。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%50%。8潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制结构特点：结构特点：在轴的端面、轴肩或
7、安装圆盘做成止推面。在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形块。其数量在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形块。其数量一般为一般为6 61212。-倾角固定，顶部预留平台倾角固定，顶部预留平台，类型类型固定式固定式可倾式可倾式用来承受停车后的载荷。-倾角随载荷、转速自行调整，性能好。倾角随载荷、转速自行调整，性能好。FF巴氏合金巴氏合金绕此边线自绕此边线自行倾斜行倾斜F912-3 12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料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（一、滑动轴承常见失效形式（P P277277）磨粒磨损磨粒磨损,刮伤刮伤,胶合胶合,疲劳
8、剥落疲劳剥落,腐蚀腐蚀.潘存云教授研制轴瓦失效实例轴瓦失效实例:潘存云教授研制疲劳点蚀疲劳点蚀 潘存云教授研制表面划伤表面划伤 潘存云教授研制轴瓦磨损轴瓦磨损10二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料(一一)轴承材料性能的要求轴承材料性能的要求1)1)减摩性减摩性-材料副具有较低的摩擦系数。材料副具有较低的摩擦系数。2)2)耐磨性耐磨性-材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。3)3)抗胶合抗胶合-材料的耐热性与抗粘附性。材料的耐热性与抗粘附性。4)4)摩擦顺应性摩擦顺应性-材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表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
9、能力。面初始配合不良的能力。5)5)嵌入性嵌入性-材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面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。发生刮伤或磨粒磨损的性能。6)6)磨合性磨合性-轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻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。合的表面形状和粗糙度的能力。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。轴承衬轴承衬轴套或轴瓦轴套或轴瓦(包括包括轴承衬轴承衬)11 工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属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。组合在一起，性
10、能上取长补短。轴承衬轴承衬 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导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。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。滑滑动动轴轴承承材材料料 金属材料金属材料 非金属材料非金属材料 轴承合金轴承合金铜合金铜合金铝基轴承合金铝基轴承合金铸铁铸铁多孔质金属材料多孔质金属材料 工程塑料工程塑料碳碳石墨石墨橡胶橡胶木材木材(二二)常用轴承材料常用轴承材料12潘存云教授研制潘存云教授研制1)1)轴承合金（白合金、巴氏合金）轴承合金（白合金、巴氏合金）是锡、铅、锑、铜等金属的合金，是锡、铅、锑、铜等金
11、属的合金，锡或铅为基体。锡或铅为基体。优点：优点：f f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐小，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。速、重载的轴承。缺点：缺点：价格贵、机械强度较差；价格贵、机械强度较差；只能作为只能作为轴承衬轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。工作温度：工作温度：t t120120 由于巴式合金熔点低轴瓦轴瓦轴承衬轴承衬132 2）铜合金）铜合金 优点：优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性
12、 都优于轴承合金。工作温度高达都优于轴承合金。工作温度高达250250。缺点：缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴颈必须淬硬。可塑性差、不易跑合、与之相配的轴颈必须淬硬。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。钢或铸铁轴瓦上。铝青铜铝青铜铅青铜铅青铜锡青铜锡青铜 中速重载中速重载中速中载中速中载低速重载低速重载3 3）铝基合金）铝基合金 铝锡合金：铝锡合金：有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，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。金与
13、青铜。4 4）铸铁：）铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。用于不重要、低速轻载轴承。14含油轴承：含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组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。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）多孔质金属材料 橡胶轴承：橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，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、钻机等有可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场
14、合。泥沙的场合。工程塑料：工程塑料：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、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。耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。缺点：缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此导热性差、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。缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。6）非金属材料）非金属材料 碳碳-石墨：石墨：是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境中。不良环境中。木材：木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。具有多孔结构，可在灰尘极
15、多的环境中使用。15表表12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能1612-4 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类整体式整体式对开式对开式按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类需从轴端安装和拆需从轴端安装和拆卸，可修复性差。卸，可修复性差。可以直接从轴的中可以直接从轴的中部安装和拆卸，可部安装和拆卸，可修复。修复。轴轴瓦瓦的的类类型型整体轴套整体轴套对开式轴瓦对开式轴瓦 1712-4 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造
16、分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型厚壁厚壁 薄壁薄壁 潘存云教授研制薄壁轴瓦薄壁轴瓦潘存云教授研制厚壁轴瓦厚壁轴瓦整体式整体式对开式对开式节省材料，但刚度不节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的足，故对轴承座孔的加工精度要求高加工精度要求高 。具有足够的强度和刚具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。孔的加工精度要求。1812-4 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类
17、型型单材料单材料多材料多材料单一材料单一材料 潘存云教授研制两种材料两种材料 强度足够的材料可强度足够的材料可以直接作成轴瓦，以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作故采用多材料制作轴瓦。轴瓦。厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式19潘存云教授研制12-4 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型铸造轴瓦铸造轴瓦 卷制轴套卷制轴套 铸造铸造 轧制轧制 铸造工艺性好，铸造工艺性好，单件、大
18、批生产单件、大批生产均可，适用于厚均可，适用于厚壁轴瓦。壁轴瓦。只适用于薄壁轴只适用于薄壁轴瓦，具有很高的瓦，具有很高的生产率。生产率。单材料单材料多材料多材料厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式20潘存云教授研制-将轴瓦一端或两端做凸缘。将轴瓦一端或两端做凸缘。凸缘定位凸缘定位 二、轴瓦的定位方法二、轴瓦的定位方法 轴向轴向定位定位凸耳凸耳(定位唇定位唇)定位定位 凸耳凸缘目的：目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相 对移动。对移动。21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紧定螺钉 周向定位周向定位销钉销钉 三、
19、轴瓦的油孔和油槽三、轴瓦的油孔和油槽 作用：作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。进油孔进油孔油槽油槽F22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：开孔原则：形式：形式：按油槽走向分按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。旋线等。F2)2)轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。1)1)尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力；油膜的承载能力；双轴向油槽开在双轴向油槽开在轴
20、承剖分面上轴承剖分面上单轴向油槽在最单轴向油槽在最大油膜厚度处大油膜厚度处a a23潘存云教授研制潘存云教授研制45 宽径比宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。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液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.51非液体润滑摩擦的滑动轴承非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.81.5 轴承剖分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。轴承剖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。于形成动压油膜，又起冷却作用。Bd2412-5 12
21、-5 滑动轴承润滑剂的选择滑动轴承润滑剂的选择 一、一、概述概述 作用：作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体润滑剂液体润滑剂-润滑油润滑油半固体润滑剂半固体润滑剂-润滑脂润滑脂固体润滑剂固体润滑剂二、润滑脂及其选择二、润滑脂及其选择 特点：特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。适用场合适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。摆动运动的轴承中。25当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的当压力高和滑动速度低时，选
22、择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：选择原则：所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约约20203030，以免工作时润滑脂过多地流失。，以免工作时润滑脂过多地流失。在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强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。复合钙基润滑脂。26表表12-3 12-3 滑动轴承润滑脂的选择滑动轴承润滑脂的选择 压力压力(强强)p/Mpa 轴颈圆周速度轴颈圆周速度v/(
23、m/s)最高工作温度最高工作温度 选用的牌号选用的牌号 1.0 1 75 3号钙基脂号钙基脂1.06.5 0.55 55 2号钙基脂号钙基脂 6.5 0.5 75 0.5 75 3号钙基脂号钙基脂 6.5 0.55 120 2号钙基脂号钙基脂 6.5 0.5 110 0.5 110 1号钙钠基脂号钙钠基脂1.06.5 1 -55110 锂基脂锂基脂6.5 0.5 60 26.5 0.5 60 2号压延机脂号压延机脂注：注：1)在潮湿环境，温度在在潮湿环境，温度在75120的条件下，应考虑选用钙的条件下，应考虑选用钙-钠基润滑脂；钠基润滑脂；2)在潮湿环境，温度在在潮湿环境，温度在75以下，没有
24、以下，没有3号钙基脂时也可以用铝基脂；号钙基脂时也可以用铝基脂；3)工作温度在工作温度在110120可选用锂基脂或钡基脂；可选用锂基脂或钡基脂；4)集中润滑时，稠度要小些。集中润滑时，稠度要小些。27但但p 10 MPa时可忽略。时可忽略。变化很小润滑油的特性：润滑油的特性：1 1）温度）温度 t t 2 2）压力）压力 pp选用原则：选用原则：1)1)载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；2)2)载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；二、润滑油及其选择二、润滑油及其选择3)3)高温时，粘度应高一些；低温时，粘
25、度可低一些。高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。28潘存云教授研制表表12-4 12-4 滑动轴承润滑油的选择滑动轴承润滑油的选择 0.1 L-AN68、110、150 9.0 L-AN7、10、15 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 m/s p 3 Mpa m/s p(37.5)Mpa 注：注：1 1）表中润滑油是以）表中润滑油是以4040时的运动粘度为基础的牌号时的运动粘度为基础的牌号 2 2）不完全液体润滑，工作温度）不完全液体润滑，工作温度 60 60 2912-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑
26、动轴承的设计计算一、失效形式与设计准则一、失效形式与设计准则 工作状态：工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴因采用润滑脂、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，承的不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑边界润滑或混合摩擦润滑。失效形式：失效形式：边界油膜破裂。边界油膜破裂。设计准则：设计准则：保证边界膜不破裂。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：校核内容：验算摩擦发热验算摩擦发热pvpv pvpv；
27、验算滑动速度验算滑动速度 v v v v。轴承发热量与单位面积上的摩擦功耗fpv成正比限制pv 即间接限制摩擦发热。验算平均压力验算平均压力 p p p p；30潘存云教授研制二、径向滑动轴承的设计计算二、径向滑动轴承的设计计算 已知条件：已知条件：外加径向载荷外加径向载荷F F(N)(N)、轴颈转速、轴颈转速n n(r/min)(r/min)及轴颈直径及轴颈直径d d(mm)(mm)验算及设计验算及设计 ：.验算轴承的平均压力验算轴承的平均压力p p .验算摩擦热验算摩擦热v v轴颈圆周速度，轴颈圆周速度，m/sm/s；B B轴瓦宽度，轴瓦宽度，pp许用压强。许用压强。p=pFBdFdn p
28、vpv 轴承材料的许用值。轴承材料的许用值。见下页 pv=FBddn60 1000pvn n轴速度，轴速度，m/sm/s；31潘存云教授研制3.3.验算滑动速度验算滑动速度V V v v 材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度v v v v pp；pvpv；v v 见表见表12-212-232表表12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能33确定轴承间隙，选择相应配合确定轴承间隙，选择相应配合 轴承间隙轴承间隙主要由轴的转速主要由轴的转速n n决定，转速决定，转速n n越高，越高，应越大；应越大；在相同转速在相同转速n n下，载荷越大，下，载荷越大，应越小。应越小。可选可选:
29、H9/d9 H9/d9、H8/f7H8/f7、H7/f6H7/f6 、H7/g6H7/g6 、H7/d8H7/d8一般可选一般可选:1 1）高速、中压时：）高速、中压时：=(0.02=(0.020.03)d0.03)d 2)2)高速、高压时：高速、高压时：=(0.0015=(0.00150.0025)d0.0025)d 3)3)低速、中压时：低速、中压时：=(0.0007=(0.00070.0012)d0.0012)d 2)2)低速、高压时：低速、高压时：=(0.0003=(0.00030.0006)d 0.0006)d 二、推力（止推）滑动轴承的计算（见二、推力（止推）滑动轴承的计算（见P2
30、87P287）d34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，近油量与处油量相等，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。如两板不平行板。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
31、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。v v 潘存云教授研制F v vvh1aah2ccvvh0bbF一、动压润滑的形成原理和条件一、动压润滑的形成原理和条件 两平形板之间不能形成压力油膜！两平形板之间不能形成压力油膜！动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算35形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：1.1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.
32、2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.3.两工件表面必须有相对滑动速度，其运动方向必须两工件表面必须有相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。36潘存云教授研制二、流体动力润滑基本方程的建立二、流体动力润滑基本方程的建立 为了得到简化形式的流体动力平为了得到简化形式的流体动力平衡方程（衡方程（NavierNavierStokesStokes方程），作方程），作如下假设：如下假设：流体的流动是层流流体的流动是层流;忽略压力对流体粘度的影响忽略压力对流体粘度的影响;略去惯性力及
33、重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上；匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上；流体是不可压缩的；流体是不可压缩的；流体中的压力在各流体层之间保持为常数，即流体中的压力在各流体层之间保持为常数，即p p不随不随y y的变化的变化而变化。而变化。流体满足牛顿定律，即流体满足牛顿定律，即 ；=du udy y实际上粘度随压力的增高而增加；即层与层之间没有物质和能量的交换；V VBAxzy37潘存云教授研制取微单元进行受力分析取微单元进行受力分析:+dp+dpppdydz+(+d)dxdz-(p+dp
34、)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：=dxdpd2ud y2得：得：任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。对对y积分得：积分得：u=y2+C1y+C2 21dxdp边界条件：边界条件：当当y=0时，时，u=-vC2=-v当当y=h时，时，u=0 0C1=h+h+21dxdphv代入得：代入得：u=(y2-hy)+21dxdpv vhy-hVBAxzy压力流压力流剪切流剪切流vvaacczyVh0bb38潘存云教授研制vvFaaccxzy212130hvhdxdpudyqhx任意截面内的流量：任意截面内的流量：依据流
35、体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的021vhqxb-bb-b截面内的流量：截面内的流量：该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0负号表示流速的方向与x方向相反，因流经两个截面的流量相等，故有：=6vdxdph0-hh3得：得：-一维雷诺方程一维雷诺方程由上式可得压力分布曲线由上式可得压力分布曲线:p=f(x)p=f(x)在在b-bb-b处：处：h=hh=h0 0，p=pp=pmaxmax速度梯度速度梯度du/dydu/dy呈线性分布，其呈线性分布，其余位置呈非线性分布。余位置呈非线性分布。流量相等，阴影面积相等。液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜
36、厚度h之间的关系。pmaxxph0bb39潘存云教授研制 轴承的孔径轴承的孔径D D 和轴颈的直径和轴颈的直径d d 名义尺寸相等；直径间隙名义尺寸相等；直径间隙是是公差形成的。公差形成的。轴颈上作用的液体压力与轴颈上作用的液体压力与F F相平衡，在与相平衡，在与F F垂直的方向，合力垂直的方向，合力为零。为零。轴颈最终的平衡位置可用偏位角轴颈最终的平衡位置可用偏位角a a和偏心距和偏心距e e来表示来表示。轴承工作能力取决于轴承工作能力取决于h hminmin，它与，它与、和和F F 等有关，应等有关，应 保证保证 h hminminh h。F F F Fy y=F=F F Fx x 0 0
37、径向滑动轴承动压油膜的形成过程：径向滑动轴承动压油膜的形成过程：静止静止爬升爬升将轴起抬将轴起抬转速继续升高质心左移质心左移 稳定运转稳定运转工作转速eah hminmine e-偏心距偏心距 F Fy y=F=F F Fx x =0=0三阶段：三阶段：1 1。轴的启动阶段。轴的启动阶段 2 2。不稳定润滑阶段。不稳定润滑阶段 -混合摩擦润滑状态混合摩擦润滑状态3 3。液体动压润滑运行阶段。液体动压润滑运行阶段 -液体摩擦润滑状态液体摩擦润滑状态40潘存云教授研制三、三、径向滑动轴承的几何参数计算径向滑动轴承的几何参数计算 hmin=R R (r+e)=(r+e)=e r(1-)定义定义:e/
38、e/为偏心率为偏心率 直径间隙：直径间隙：D d 半径间隙半径间隙：R R r r /2相对间隙相对间隙：/r /d 稳定工作位置如图所示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，连心线与外载荷的方向形成一偏位角，ea设：孔、轴半径分别为设：孔、轴半径分别为R R、r r；直径为；直径为D D、d d；偏心距为偏心距为e e；偏位角为；偏位角为 a a。Ddo1o注注：偏心率偏心率的大小反映了轴承的承载能力。的大小反映了轴承的承载能力。当载荷很小或转速很高时，当载荷很小或转速很高时，0 0，此时轴、孔中心接此时轴、孔中心接近重合，油楔消失，近重合，油楔消失，hmin；当载荷很大
39、或转速很小时，当载荷很大或转速很小时，1 1，此时轴颈与轴瓦接此时轴颈与轴瓦接触，触，hmin0，油膜被破坏；，油膜被破坏；Fhmin最小油膜厚度最小油膜厚度hmin：41求任意位置的油膜厚度求任意位置的油膜厚度h设设o o为极点；连心线为极点；连心线oooo1 1为极坐标的极轴为极坐标的极轴在三角形中在三角形中有有：R2 e2+（r+h)2 2e(r+h)cos 22sin1cosReRehr解得：潘存云教授研制hmineah0hDdo1oF设任意角设任意角处的油膜厚度：的油膜厚度：h 压力最大处的油膜厚度：压力最大处的油膜厚度：h h0 0；0 0 油楔入口：油楔入口：h h1 1；1 1
40、 油楔出口：油楔出口：h h2 2；2 2略去二次微量略去二次微量 ，并取根号为正号，得并取根号为正号，得：22sinRe)cos1()cos1(rh任意位置油膜厚度：任意位置油膜厚度：压力最大处的油膜厚度压力最大处的油膜厚度：)cos1(00h42四、四、径向滑动轴承的工作能力设计径向滑动轴承的工作能力设计1 1、主要失效形式、主要失效形式：（油楔破坏）（油楔破坏）1 1）粘着磨损：由于外载过大或温升过高等，）粘着磨损：由于外载过大或温升过高等，油楔被破坏，油楔被破坏，造成轴与轴承造成轴与轴承粘着咬死。粘着咬死。措施：保证轴承具有一定的承载能力，同时严格控制温升措施：保证轴承具有一定的承载能
41、力，同时严格控制温升2 2）磨粒磨损：由于油中污物或外界的杂质的进入等引起）磨粒磨损：由于油中污物或外界的杂质的进入等引起措施：定期检查油，加强密封。措施：定期检查油，加强密封。（铁谱技术）（铁谱技术）2 2、承载能力计算、承载能力计算：（油楔破坏）（油楔破坏）计算计算前提条件：前提条件：（任意点油膜压力可由（任意点油膜压力可由雷诺方程得到，而雷诺方程是雷诺方程得到，而雷诺方程是建立在层流基础之上，满足层流建立在层流基础之上，满足层流条件）条件）200013.41vRe雷诺数43将将dx=rd,v=r，h0,h代入上式得：代入上式得：=6vdxdph0-hh3将一维雷诺方程：将一维雷诺方程：改
42、写成极坐标的形式改写成极坐标的形式 3002)cos1()cos(cos6ddp积分得：任意位置压力积分得：任意位置压力 13002)cos1()cos(cos6dp承载能力计算思路：承载能力计算思路：)cos1()cos1(rh任意位置油膜厚度：任意位置油膜厚度：压力最大处的油膜厚度压力最大处的油膜厚度：)cos1(00h由前知：潘存云教授研制eh0ho1oF44积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力：积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力：)cos()(180cosaayppp在外载荷方向的分量：在外载荷方向的分量：rdprdppayy)cos(2121ddra)cos()cos1()cos(co
43、s62113002 理论上只要将理论上只要将p py y乘以轴承宽度乘以轴承宽度B B就可得到油膜总承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。出来，考虑这一影响时，压力沿轴向呈抛物线分布。45潘存云教授研制潘存云教授研制油膜压力沿轴向的分布：油膜压力沿轴向的分布：理论分布曲线理论分布曲线-水平直线，各处压力一样；水平直线，各处压力一样；实际分布曲线实际分布曲线-抛物线。抛物线。且曲线形状与轴承的宽径比且曲线形状与轴承的宽径比B/dB/d有关。有关。FdD B B B B FdD
44、B/d=1/4FdDB/d=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1潘存云教授研制FdDB/d=46潘存云教授研制潘存云教授研制221BzCppyy油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为：油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为：p py y为无限宽度轴承沿轴向为无限宽度轴承沿轴向单位宽度上的油膜压力；单位宽度上的油膜压力；CC为取决于宽径比和偏心为取决于宽径比和偏心率的系数率的系数;对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为 pBByCdBdzpF22/2/式中式中C Cp p为为承载量系数承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。，计算很困难，工程上可查表确定。dDF
45、yz B B 或或vBFdBFCP222解释这些参数的含义 z47表表12-6 有限宽度滑动轴承的承载量系数有限宽度滑动轴承的承载量系数Cp48Cp=f(、B/d)vBFdBFCP222承载量系数承载量系数但但 hmin 一定一定 时：时：C Cp p(、B/d)B/d)；B/dB/d一定下：一定下：C Cp p 承载能力承载能力讨论：讨论：1）2）由上公式可知：）由上公式可知：（1）已知轴承的几何参数及运动参数，可求出）已知轴承的几何参数及运动参数，可求出承载量承载量F（2）已知外载荷）已知外载荷F及运动参数，可设计出轴承的几何参数及运动参数，可设计出轴承的几何参数493 3、最小油膜厚度、
46、最小油膜厚度h hminmin 动力润滑轴承的设计应保证：动力润滑轴承的设计应保证：h hminminh h 其中：其中：h h=S S(R Rz1z1+R Rz2z2)S S 安全系数，常取安全系数，常取S S22。一般轴承可取为一般轴承可取为3.23.2mm和和6.36.3mm，1.6 1.6 mm和和3.23.2mm。重要轴承可取为重要轴承可取为0.80.8mm和和1.61.6mm，或或0.20.2mm和和0.40.4mm。R Rz1z1、R Rz2z2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度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504 4、轴承的热平衡
47、计算、轴承的热平衡计算 热平衡方程：产生的热量热平衡方程：产生的热量=散失的热量散失的热量 Q=QQ=Q1 1+Q+Q2 2 其中，摩擦热其中，摩擦热：Q=fvQ=fv W W 式中式中:q q-润滑油流量润滑油流量m m3 3/s/s；-滑油密度滑油密度kg/mkg/m3 3；c c -润滑油的比热容，润滑油的比热容，J/(kg.)J/(kg.)；t ti i-油入口温度油入口温度 ；t to o -油出口温度油出口温度 ；3 3-表面传热系数表面传热系数 W/(mW/(m2 2.).)。润滑油带走的热：润滑油带走的热：Q Q1 1=q=qc(tc(to o-t-ti i)W W轴承散发的热
48、：轴承散发的热：Q Q2 2=3 3dB(tdB(to o-t-ti i)W W51温升公式：温升公式：vvBdqcpfttti30vBdq其中其中 -润滑油流量系数；查图润滑油流量系数；查图12-16 52摩擦系数：摩擦系数：55.0pf系数系数与宽径比有关，与宽径比有关，若若B/d1B/d 3540时，表明轴承承载能力有冗余，可采取时，表明轴承承载能力有冗余，可采取如下措施：如下措施：（表明（表明t t 较小，使较小，使ti较大较大）增大表面粗糙度，以降低成本；增大表面粗糙度，以降低成本；减小间隙，提高旋转精度；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。加宽轴承，充分利用轴
49、承的承载能力。53 当当 t ti i 35354040时，表明轴承的承载能力不足，可时，表明轴承的承载能力不足，可采取如下措施：采取如下措施：（表明（表明t t 过大，使过大，使ti较小较小）加散热片，以增大散热面积；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；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。提高轴和轴承的加工精度。增加冷却装置：增加冷却装置：加风扇、冷却水管、循环油冷却加风扇、冷却水管、循环油冷却；设计时，应使出油温度设计时，应使出油温度:t t0 0=t=tm m+t/2 80t/2 8010010054五、轴承参
50、数的选择五、轴承参数的选择 取值范围：取值范围：B/d=0.3B/d=0.31.51.5 影响效果：影响效果：B/dB/d小，有利于提高稳定性，增大端排泄量小，有利于提高稳定性，增大端排泄量 以降低温度；以降低温度；B/d B/d大，增大轴承的承载能力。大，增大轴承的承载能力。0.60.61.51.5-电动机、发电机、离心机、电动机、发电机、离心机、齿轮变速器；齿轮变速器；1 1、宽径比、宽径比B/d B/d 应用应用 :B/d=:B/d=0.30.31.01.0-汽轮机、鼓风机；汽轮机、鼓风机；0.80.81.21.2-机车、拖拉机；机车、拖拉机；0.60.60.9-0.9-轧钢机。轧钢机。
