1、第十五章第十五章 滑动轴承滑动轴承 沈阳航空工业学院12-1 概述12-2 滑动轴承的结构型式12-3 轴瓦与轴承衬材料12-4 润滑剂与润滑装置12-5 非液体摩擦滑动轴承的计算12-6 动压润滑的基本原理12-7 向心动压轴承的几何关系与承载量计算12-1 12-1 概述概述一、轴承的功用支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；减少转轴与支承间的摩擦与磨损；轴承按受力方向分滑动轴承滚动轴承按相对运动形式向心轴承推力轴承向心推力轴承按摩擦形式分液体摩擦轴承非液体摩擦轴承二、轴承的类型三、滑动轴承的工作特点三、滑动轴承的工作特点工作转速很高。要求对轴支承的位置特别精确的轴承。可承受重载和较大的冲
2、击与振动载荷。根据装配要求必须做成剖分式的轴承（如：曲轴的轴承）在安装轴承处的径向空间尺寸受到限制时，也常采用滑动轴承。12-1 12-1 概述概述四、滑动轴承设计内容四、滑动轴承设计内容 轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。12-2 12-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式一、向心滑动轴承整体式径向滑动轴承结构简单，成本低廉。轴承座整体轴套螺纹孔油杯孔因磨损而造成的间隙无法调整。只能从沿轴向装入或拆出。特点：对开式径向滑动轴承特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。对开式轴承(整体轴套)螺栓轴承盖
3、轴承座油杯座孔螺母套管上轴瓦下轴瓦对开式轴承(剖分轴套)油孔位置：一般开在非承载区；12-2 12-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式二、止推滑动轴承FaFaFaFa空心式单环式多环式12-2 12-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式止推轴承一般不采用实心轴承，而采用空心轴承。压压力分布均匀力分布均匀性性。边缘边缘v v大，磨损快，大，磨损快，中间中间pp，压，压力分布不均力分布不均。F FF F巴氏合金巴氏合金绕此边线自绕此边线自行倾斜行倾斜固定式推力轴承可倾式推力轴承结构特点 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快。其数量一般为612。1
4、2-2 12-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式15-3 15-3 润滑动轴承的失效形式及常用材料润滑动轴承的失效形式及常用材料主要失效形式：磨粒磨损刮伤咬粘（胶合）疲劳剥落腐蚀一、滑动轴承的失效形式 此外，滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。15-3 15-3 润滑动轴承的失效形式及常用材料润滑动轴承的失效形式及常用材料二、滑动轴承轴瓦材料1、轴瓦材料要求良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性良好的强度和抗腐能力良好的导热性、工艺性、经济性15-3 轴瓦及轴承材料15-3 轴瓦及轴承材料15-4 15-4 轴瓦结构轴瓦结构一、轴瓦的形式
5、和构造1、常用轴瓦的结构形式整体式对开式整体式轴套单层、双层、多层材卷制式轴套（钢背+轴衬）厚壁轴瓦薄壁轴瓦整体轴瓦对开式轴瓦卷制轴瓦15-4 15-4 轴瓦结构轴瓦结构2、轴瓦的定位 目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。方法：凸缘轴瓦一端或两端做凸缘定位唇定位唇（凸耳）轴向定位：15-4 15-4 轴瓦结构轴瓦结构对于周向定位有：紧定螺钉紧定螺钉（也可做轴向定位）轴 瓦圆柱销轴承座销钉（也可做轴向定位）三、轴瓦油孔及油槽 目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。原则：油孔:宽径比小的轴承需开设油孔。油槽:宽径比较大的轴承需开设油槽单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度
6、处）F双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）15-4 15-4 轴瓦结构轴瓦结构 油孔、油槽尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降 低承载区油膜的承载能力；轴向油槽不能开通至轴承端部。12-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算不完全液体润滑滑动轴承的计算一、失效形式与设计准则 工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载油膜，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。二、径向滑动
7、轴承的计算 1、验算轴承平均压力p：aMPpdBFp 2、验算轴承的pV值 19100100060pVBFndndBFpV12-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算不完全液体润滑滑动轴承的计算Bd目的：防止压力过大，造成边界膜破裂，即防止发生磨损失效目的：限制轴承的发热量，控制温升，避免胶合失效。3、验算滑动速度V 100060VdnV目的：防止局部的压强p过大,导致使局部的pV超过许用值三、推力滑动轴承的计算 12-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算不完全液体润滑滑动轴承的计算例题4、有一不完全液体润滑（混合润滑）的向心滑动轴承，宽径比B/d=0.8，轴颈直径d=60mm，已知
8、轴承材料的许用值为p8MPa，V=3m/s，pV=15MPa.m/s。要求轴承在n1=450r/min和n2=900r/min两种转速下均能正常工作，试求轴承的许用载荷大小。8.0dBd 60 m mmm48608.08.0dB VdnVs/m41.1100060450601000601 pBdFp1 N23486081kBdpF12-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算不完全液体润滑滑动轴承的计算min/r4501n当 时解：12-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算不完全液体润滑滑动轴承的计算pVVBdFpV1N3041.1/486015/1kVBdpVFN23,min111k
9、FFF VVV212282.m/s N23486082kdBpFN1582.2/486015/22kVdBpVFn 450r/min所以当 时，最大允许载荷min/r9002n当 时12-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算不完全液体润滑滑动轴承的计算N15,min21kFFF当n2=900r/min时,最大允许载荷为：N15,min222kFFF为适应两种转速下工作，设计时取轴承计算载荷12-6 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算不完全液体润滑滑动轴承的计算例例3 3、有一混合润滑（不完全液体润滑）滑动轴承，轴瓦材料用、有一混合润滑（不完全液体润滑）滑动轴承，轴瓦材料用青铜，青铜，
10、p p 8MPa8MPa，V V=3m/s=3m/s，pVpV=15MPa.m/s=15MPa.m/s，轴承载荷，轴承载荷F F2500N2500N，轴转速，轴转速n n=700r/min=700r/min，宽径比，宽径比B/d=0.8B/d=0.8，试求此轴承的主，试求此轴承的主要尺寸要尺寸d d 和和B B。解：解：8.0 dBdB8.0 MPa88.025002 pdBdFpmm76.19d m/s3100060700100060 VddnV mm58.81dm/sMPa151000607008.025002pVddpVmm63.7dmm20 dmm16 B一、液体动压润滑的基本方程目的
11、：推导出动压轴承承载能力的计算公式 方法：推导：速度分布流量方程雷诺方程 假设：1）流体处于层流状态。2）流体是不可压缩。3）流体的粘度不随压力变化；忽略惯性力及重力。4）流体中的压力沿膜厚方向是不变。5)流体中沿轴承宽度方向无流动。12-7 12-7 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 如图所示A板运动，B板不动，A、B板Z向无限长（则，Z向压力变化不计），在A、B板间充满流体。在AB间取一单元体，其受力分析如图。0 xF0)()(dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydz yxp得：将牛顿粘性定律：代入上式得：22yvxpyv12-7 12-7 液体动
12、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推导层流速度分布方程 由 积分得：xpyv122(1)21221CyCyxpv当y=h时，v=0 代入（1）式得：xpyhyyhv2)()(hV A边界条件：当y=0时，v=VA C2=VA hVxphCA2112-7 12-7 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流量方程 当无侧漏时，单位时间内流经任意截面上单位宽度面积的流量为：dyVyhVyxphyxpvdyqhhAA002221hVVhhxphxphAA246 233xphhVqA1223当p=pmax时 ，则在该截面流量为0 0hhxp20hVqA1
13、2-7 12-7 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当润滑油连续流动时，各截面的流量相等，由此得：122230 xphhVhVqAA一维雷诺方程)(603hhhVxpA 表示了油膜压力P沿着X方向的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度、油膜厚度及其变化有关，利用此式积分，可以求出油膜的承载能力，此方程是计算流体动力润滑滑动轴承的基本方程。12-7 12-7 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楔形油膜承载机理0 ,0 xphhb点，压力取最大值。P=Pmax)(603hhhVxpA 油膜沿着x方向各处油压都大于入、出口油压，因而能承受一定的
14、外载荷。0 ,0 xphhbc段，压力沿着x方向逐渐降低ab段，压力沿着x方向逐渐增大0 ,0 xphh12-7 12-7 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12-7 12-7 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形成流体动力润滑（即形成动压油膜）的必要条件 两工作表面必须形成楔形空间。两工作表面必须有相对滑动，且润滑油必须大口进，小口出。润滑油必须有一定的粘度，且供油充分。例题：试分析与判断图中板间流体能否建立压力油膜。12-7 12-7 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二、向心滑动轴承形成动力润滑的过
15、程停车状态启动状态稳定运行状态12-7 12-7 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1、几何关系 直径间隙：dD半径间隙：rR相对间隙：rd偏心距：1ooe 偏心率：/ex 2、最小油膜厚度：hmin=e r(1-)12-7 12-7 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三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数hminOOeCp与轴承包角，宽径比B/dB/d和偏心率有关 积分一维雷诺方程)(603hhhvxpPCBdF2 推导过程并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布，可得(详细说明)3、承载量系数12-7 12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设
16、计计算液体动力润滑径向滑动轴承设计计算油粘度轴径角速度轴承宽度承载量系数结论：轴承的承载能力取决于、B/d、B则承载能力F Cp则承载能力F PCdBF24、最小油膜厚度 上面已经推导出最小油膜厚度公式:)1(min rh当hminCp 承载能力F 12-7 12-7 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 但最小油膜厚度hmin受到轴承表面粗糙度的限制，为确保轴承能处于液体摩擦状态，最小油膜厚度必须等于或大于许用油膜厚度h，即：)(21ZZRRSh式中：RZ1，RZ2：轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。S：安全系数，一般常取S2。minhh其中：12-7 12-7 液
17、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12-7 12-7 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四、轴承的热平衡计算 由摩擦损耗引起轴承的发热量：vFfQ 轴承散发热量 轴承由于润滑油泄漏带走的热量)(01ittcqQ轴承表面向外散发热量：)(0 2isttdBQ轴承的热平衡计算 热平衡时，Q=Q1+Q2，即：)()(00isittBdttcqFVf12-7 12-7 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dBcqfFvtttsi0vdBvqcfFsvdBvqcFfs vdBvqcpdBfs达到热平衡时润滑油温升：vv
18、Bdqcpfts12-7 12-7 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55.0pfp轴承的平均压力（即：压强）润滑油的动力粘度。式中：耗油量系数。vBdqf 摩擦系数，随轴承宽径比变化的系数，当B/d1时，=1。12-7 12-7 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55.0pfp轴承的平均压力（即：压强）润滑油的动力粘度。式中：耗油量系数。vBdqf 摩擦系数，随轴承宽径比变化的系数，当B/d1时，=1。12-7 12-7 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 通常是先给定平均温度tm，并由给定的条件计算出
19、t，即可求出入口温升ti。一般当：ti3540时，说明易建立热平衡，轴承承载能力未用尽。ti3540时，说明不易建立热平衡，需增大轴承间隙。ti一般取3540。六、参数选择）宽径比B/d 一般情况下B/d=0.31.5。宽径比小，有利于提高运转稳定性，增大端泄漏量以降低温升。但轴承宽度减小，轴承承能力随之降低。润滑油的平均温度：2tttim一般取：75mt12-7 12-7 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B/d端泄漏温升承载能力;B/d承载能力温升润滑油的粘度 一般选取原则:高速、重载B/d取小值 低速、重载B/d取大值。）相对间隙 相对间隙主要是根据载荷和速
20、度选取:速度V取大值载荷 取小值相对间隙的选取可参照P300的经验公式选取或根据书中的经验值选取。12-7 12-7 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）粘度润滑油的粘度对轴承的承载能力、和功耗有很大的影响。润滑油的粘度是由轴承的平均温度决定的，一般假定一个轴承的平均温度（初选），初选粘度，进行初步设计计算。最后再通过热平衡计算来验算轴承入口的温度是否在 3540范围内，否则重新选择粘度再计算。也可根据书中的经验公式选取。12-7 12-7 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五、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程已知条件：外加径向载荷
21、F(N)，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。设计及验算：保证在平均油温tm下 hmin h 验算温升 选择轴承材料，验算 p、v、pv。选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙()和润滑油()。计算承载量系数(Cp)并查表确定偏心率()。计算最小油膜厚度(hmin)和许用油膜厚度(h)。计算轴承与轴颈的摩擦系数(f)。计算轴承温升(t)和润滑油入口平均温度(ti)。根据宽径比(B/d)和偏心率()查取润滑油流量系数 。)(vBdq详细过程12-7 12-7 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 极限工作能力校核 根据直径间隙()，选择配合及轴承和轴颈的尺
22、寸公差。根据最大间隙(max)和最小间隙(min)，校核轴承的最小油膜 厚度和润滑油入口油温。绘制轴承零件图径向轴承承载能力的计算 一维雷诺方程：)(603hhhVdxdp 将直角坐标转换成极坐标。取轴颈中心O为极点，连心线OO1为极轴 轴承包角0Pmax位置角1油膜起始角2油膜终止角a偏位角12-7 12-7 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 )2 )1rddxrVReReRe eReehrcossin1cos 2)(4cos4cos22222223)找出油膜厚度h、h0与极坐标r、之间的关系。由图中O1OA，根据余弦定理可知cos)(2)(222hrehre
23、R12-7 12-7 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)cos1()cos1(coscos rerReh故：)cos1(00 rh同理：3023330)cos1()cos(cos6 )cos1()coscos(6 rrrrp则：0cos Re显然是不合理根12-7 12-7 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 当油膜极薄时，且研究某一截面的受力（z=c），故 改为xpdxdp推导轴承承载能力的基本思路：1）先求出任一位置处的油压强 2）再求出微圆弧上的油压力prd=p=p 3）求出该压力沿载荷方向的分量.py=py 4）将py积分,
24、求出该截面上的油漠压力py。5)将py沿z向积分，求出整个轴承中的油膜压力F。12-7 12-7 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推导：1）求p )cos1()cos(cos6 302ddp积分得：11303)cos1()cos(cos6ddpp2）求微圆弧上的压力rdpp12-7 12-7 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3）求该压力沿载荷方向的分量)cos()180cos(aayppp4）求单位宽度轴承压力 ddrrdprdppaayy)cos()cos1()cos(cos6 )cos(2113022121 5)油膜总的承载能
25、力 为了求出油承载能力，理论上只需将PY乘以轴承宽度B即可，但在实际轴承中，由于油可能从轴承的两个端面流出，故必须考虑端泄的影响。12-7 12-7 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 这时，压力沿轴承宽度的变化呈抛物线分布，而且其油膜压力也比无限宽轴承的油膜压力低，所以乘以C，C的值取决于宽径比B/d和偏心率大小。这样，在角和距轴承中线为z处的油膜压力的数学表达式为：)2(1 2BzCppyy因此，对有限长轴承，油膜的总承载能力为：12-7 12-7 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 2/2/22113022/2/)2(1 )cos()cos1()cos(cos6BBaBBydzBzCddrdzpF)2(1 )cos()cos1()cos(cos32/2/2211302 BBadzBzCddBdBFVBFdBFCCdBFPP2 22212-7 12-7 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式中：C Cp p:为承载量系数,是一个无量数，取决于轴承包角、B/dB/d，见表12-7。结论：轴承的承载能力取决于、B/dB/d、BB则承载能力F CpCp则承载能力F VBFdBFCCdBFPP2 22212-7 12-7 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
