第十二章滑動軸承

1、第四篇第四篇 軸系零、部件軸系零、部件軸承的功用：軸承的功用：1.1.用來支承軸及軸上的零件，并保證軸的旋用來支承軸及軸上的零件，并保證軸的旋 轉精度。轉精度。 2.2.減少軸與支承面間的摩擦與磨損。減少軸與支承面間的摩擦與磨損。. .（軸承的反力與軸中心線的位置）：（軸承的反力與軸中心線的位置）：徑向軸承（軸承的支承反力與軸中心線垂直）；徑向軸承（軸承的支承反力與軸中心線垂直）；推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線重合）；推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線重合）；向心推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線有一向心推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線有一夾角）夾角）. .按摩擦性質(zhì)分：滑動軸承；滾動軸

2、承。按摩擦性質(zhì)分：滑動軸承；滾動軸承。分類：分類：軸承軸承離合器、聯(lián)軸器離合器、聯(lián)軸器軸軸第十二章第十二章 滑動軸承滑動軸承基本要求：基本要求： 掌握滑動軸承的結構和材料；掌握滑動軸承的結構和材料； 掌握非液體潤滑滑動軸承的設計計算；掌握非液體潤滑滑動軸承的設計計算； 了解液體潤滑工作原理；了解液體潤滑工作原理； 掌握雷諾方程及其求解結果分析；掌握雷諾方程及其求解結果分析； 掌握軸承參數(shù)對軸承靜動特性的影響；掌握軸承參數(shù)對軸承靜動特性的影響；1.1. 理解軸承的設計步驟。理解軸承的設計步驟。重點：重點：1) 滑動軸承的結構形式及其應用?；瑒虞S承的結構形式及其應用。2) 非液體摩擦滑動軸承的設計

3、準則與方法。非液體摩擦滑動軸承的設計準則與方法。3) 液體動壓潤滑的基本方程及形成液體動壓液體動壓潤滑的基本方程及形成液體動壓 潤滑的必要條件。潤滑的必要條件。 載荷特重；載荷特重； 承受巨大沖擊載荷和振動載荷；承受巨大沖擊載荷和振動載荷； 回轉精度要求高；回轉精度要求高； 轉速特大；轉速特大； 尺寸很大或很?。怀叽绾艽蠡蚝苄?； 結構上要求剖分安裝時；結構上要求剖分安裝時； 特殊工作條件下（如水、腐蝕介質(zhì)中）。特殊工作條件下（如水、腐蝕介質(zhì)中）?；瑒虞S承滑動軸承已標準化已標準化一一. . 滑動軸承的特點及其應用場合滑動軸承的特點及其應用場合 1 2 - 1 1 2 - 1 概 述概 述按承載分

4、按摩擦狀態(tài)分徑向滑動軸承推力滑動軸承液體摩擦滑動軸承非液體摩擦滑動軸承動壓軸承靜壓軸承二二. .類型類型三三. .幾種摩擦狀態(tài)幾種摩擦狀態(tài)摩擦面間不加潤滑劑，兩摩擦面間不加潤滑劑，兩表面直接接觸表面直接接觸摩擦表面間有一層油膜摩擦表面間有一層油膜干摩擦：干摩擦：邊界摩擦：邊界摩擦：摩擦面被流體層分開。 混合摩擦：處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)混合摩擦：處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)流體摩擦：流體摩擦：四、潤滑油主要特性四、潤滑油主要特性1、粘度粘度：衡量流體內(nèi)摩擦阻力大小的指標。：衡量流體內(nèi)摩擦阻力大小的指標。粘度 摩擦力發(fā)熱 yu2、油性油吸附于摩擦表面的性能，邊界潤滑取決于油的吸附能力

5、。牛頓流體：轉速高、壓力小時，油的粘度應低一些；轉速高、壓力小時，油的粘度應低一些；反之，粘度應高一些。反之，粘度應高一些。高溫時，粘度應高一些；低溫時，粘度可低一些。高溫時，粘度應高一些；低溫時，粘度可低一些。選擇原則選擇原則五、潤滑脂五、潤滑脂 特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜，無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜， 承載能力大，但性能不穩(wěn)定，摩擦功耗大承載能力大，但性能不穩(wěn)定，摩擦功耗大 。 適用場合 ：要求不高、難以連續(xù)供油，或者低速重載、要求不高、難以連續(xù)供油，或者低速重載、 溫度變化不大溫度變化不大 以及作擺動運動的以及作擺動運動的 軸承中。軸承中。 性能指標：針入度和滴點。

6、針入度和滴點。 12-2 12-2 滑動軸承的主要結構滑動軸承的主要結構一一. .整體式徑向滑動軸承整體式徑向滑動軸承整體式整體式結構簡單安裝困難間隙不可調(diào)二二. .剖分式徑向滑動軸承剖分式徑向滑動軸承剖分式：剖分式：結構結構較繁間隙可調(diào)較繁間隙可調(diào)廣泛采用廣泛采用 結構上可作成水平剖分、傾斜剖分（受力方向與拋分結構上可作成水平剖分、傾斜剖分（受力方向與拋分面基本垂直面基本垂直）、可調(diào)心的以適合不同的用途。、可調(diào)心的以適合不同的用途。自動調(diào)心式自動調(diào)心式三、三、止推滑動軸承止推滑動軸承 (a)實心式實心式(b)空心式空心式(c)單環(huán)式單環(huán)式(d)多環(huán)式多環(huán)式 12-3 12-3 滑動軸承的失效

7、滑動軸承的失效 形式及常用材料形式及常用材料一一. .滑動軸承的失效形式滑動軸承的失效形式1.1.磨粒磨損磨粒磨損: :2.2.刮傷：刮傷：4.4.疲勞剝落（疲勞剝落（疲勞磨損）：）：3.3.膠合膠合（咬粘）：5.5.腐蝕：腐蝕： 1.1.對軸承材料的要求對軸承材料的要求基本要求基本要求耐磨性耐磨性 磨損少磨損少減摩性減摩性摩擦系數(shù)小摩擦系數(shù)小其他要求：其他要求： 抗膠合性抗膠合性耐腐蝕性耐腐蝕性強度強度順應性、嵌入性、跑合性順應性、嵌入性、跑合性導熱性導熱性工藝性工藝性經(jīng)濟性經(jīng)濟性2. 常用材料常用材料軸承合金軸承合金 ( (巴氏合金巴氏合金) )錫基錫基鉛基鉛基銻、銅金屬硬粒銻、銅金屬硬粒

8、錫基體或鉛基體錫基體或鉛基體綜合性能好綜合性能好機械強度較低機械強度較低價昂價昂軸承合金澆鑄在鋼或鑄鐵的軸瓦基體上二二. . 軸承材料軸承材料輕載、低速的軸瓦材料輕載、低速的軸瓦材料錫青銅錫青銅 中速、中載或重載中速、中載或重載鋁青銅鋁青銅 低速重載低速重載鉛青銅鉛青銅 高速重載高速重載用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場合。用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場合。石墨、塑料、橡膠、尼龍等石墨、塑料、橡膠、尼龍等摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大鑄鐵鑄鐵銅合金銅合金粉末冶金粉末冶金非金屬材料非金屬材料 強度高，承載能力大，耐磨性和導熱性優(yōu)于軸承合強度高，承

9、載能力大，耐磨性和導熱性優(yōu)于軸承合金。但其可塑性差，不易跑合，與之相配的軸徑須淬硬。金。但其可塑性差，不易跑合，與之相配的軸徑須淬硬。常用軸瓦及軸承材料的性能見表常用軸瓦及軸承材料的性能見表12-2雙金屬軸瓦，三金屬軸瓦，厚瓦，薄瓦。雙金屬軸瓦，三金屬軸瓦，厚瓦，薄瓦。 12-4 12-4 軸瓦結構軸瓦結構一一. .軸瓦的形式和構造：軸瓦的形式和構造：軸瓦內(nèi)表面結構 結構型式：結構型式：整體式整體式剖分式剖分式整體式軸瓦整體式軸瓦軸瓦和軸承座一般采用過盈配合軸瓦和軸承座一般采用過盈配合為了向摩擦表面間加注潤滑劑為了向摩擦表面間加注潤滑劑, ,在軸承上方開設注油孔在軸承上方開設注油孔剖分式軸瓦剖

10、分式軸瓦 二二. .軸瓦的定位軸瓦的定位 定位唇：定位唇：防止軸瓦在軸承中移動防止軸瓦在軸承中移動 凸緣，緊定螺釘或銷釘凸緣，緊定螺釘或銷釘油孔油孔油油槽槽壁厚壁厚定位唇定位唇油室油室三、三、 油孔和油槽油孔和油槽：將油引入軸承將油引入軸承油槽的尺寸可查相關的手冊油槽的位置：油槽的位置： 開設在軸承的非承載區(qū)，否則將急劇降低軸承的承載能力。開設在軸承的非承載區(qū)，否則將急劇降低軸承的承載能力。 12-5 12-5 滑動軸承潤滑劑的選用滑動軸承潤滑劑的選用一一. .潤滑脂的選擇潤滑脂的選擇潤滑脂 的主要指標是針入度針入度和滴點滴點。 潤滑脂是潤滑油與金屬皂的混合物，呈半固體形態(tài)。其稠度大，不易流失

11、，無冷卻效果，物化穩(wěn)定性差，摩阻大，有緩沖、吸振作用、承載能力大，故只適合低速（ ）重載、難以經(jīng)常供油的場合。smv/2潤滑脂越稠針入度承載摩擦阻力滴點：滴點：潤滑脂工作溫度一般應潤滑脂工作溫度一般應低于滴點低于滴點20 20 30 30 C C潤滑脂有鈣基、鈉基和鋰基之分，一般說來：潤滑脂有鈣基、鈉基和鋰基之分，一般說來：鈣基鈣基抗水性好、耐熱性差、價廉鈉基鈉基抗水性差、耐熱性好、防腐性較好鋰基鋰基抗水性和耐熱性好鋁基鋁基抗水性好、有防銹作用、耐熱性差潤滑油牌號參潤滑油牌號參看看P280P280表表12-312-3選擇原則選擇原則1.1.壓力高、速度低時，選針入度小一些的；反之。壓力高、速度

12、低時，選針入度小一些的；反之。2.2.軸承的工作溫度應低于滴點溫度地軸承的工作溫度應低于滴點溫度地 2020 30 30 。3.3.鈣基耐水不耐溫，工作溫度低于鈣基耐水不耐溫，工作溫度低于6060，鈉基耐溫，鈉基耐溫 不耐水，工作溫度低于不耐水，工作溫度低于115115 145145，鋰基最好，鋰基最好， 但價格稍貴。但價格稍貴。二二. .潤滑油的選擇潤滑油的選擇1 1）外載大）外載大 難形成油膜難形成油膜 選粘度高的油選粘度高的油2 2）速度高）速度高 摩擦大摩擦大 選粘度低的油選粘度低的油3 3）溫度高）溫度高 油變稀油變稀 選粘度高的油選粘度高的油潤滑油選擇原則潤滑油選擇原則三三. 固體

13、潤滑劑固體潤滑劑附：潤滑方式與潤滑裝置附：潤滑方式與潤滑裝置 潤滑方式可根據(jù) 選擇， 可用潤滑脂或油杯潤滑， 可用針閥式油杯潤滑， 可用油環(huán)或飛濺潤滑， 宜用壓力循環(huán)潤滑。2k162k3216k32k3pvk 12-6 12-6 不完全液體潤滑不完全液體潤滑 滑動軸承設計計算滑動軸承設計計算一一. . 徑向滑動軸承徑向滑動軸承1. 1. 驗算平均壓力驗算平均壓力 ：pMPapdBFp 限制限制磨損磨損。軸頸直徑軸頸直徑軸承所承受的徑向載荷軸承所承受的徑向載荷軸承寬度，由軸承寬度，由B/dB/d定定軸瓦材料的許用壓力軸瓦材料的許用壓力目的目的限制限制 值目的：控制軸承的溫升值目的：控制軸承的溫升

14、，防止，防止膠合膠合pv19100100060pvBFndndBFpv2. 2. 驗算驗算 值值：pv3. 3. 限制速度限制速度 ：vsmvdnv/100060677899fHfHdH滑動軸承常用配合滑動軸承常用配合 限制限制磨損磨損。目的目的MPapzddFpa)(421222 21 1d1d2d dd d2 2d d1 1d d1.1.限制平均壓力限制平均壓力 ：p環(huán)的數(shù)目環(huán)的數(shù)目軸環(huán)直徑軸環(huán)直徑軸孔直徑軸孔直徑二二. . 推力滑動軸承推力滑動軸承smddnvvm/210006021smMPapvzddnFddnzddFpvaa/)(3000260000)(4122121222.2.限制

15、值限制值 ：pvMPapzddFpa)(42122d d2 2d d1 1d d2 2）在一定條件下，利用軸頸轉動起來后的泵油作用把油帶）在一定條件下，利用軸頸轉動起來后的泵油作用把油帶 入摩擦表面，形成壓力油膜將兩摩擦表面分開。這種滑入摩擦表面，形成壓力油膜將兩摩擦表面分開。這種滑 動軸承稱為液體動軸承稱為液體動壓軸承。動壓軸承。 12-7 12-7 液體動壓潤滑液體動壓潤滑 徑向滑動軸承設計計算徑向滑動軸承設計計算1 1）輸入壓力油以平衡載荷，）輸入壓力油以平衡載荷，稱為靜壓軸承靜壓軸承。實現(xiàn)液體摩擦有兩種方法：實現(xiàn)液體摩擦有兩種方法：軸頸和軸瓦同心時軸頸和軸瓦同心時兩平行板的摩擦狀況兩平

16、行板的摩擦狀況軸頸和軸瓦偏心時軸頸和軸瓦偏心時兩傾斜板的摩擦狀況兩傾斜板的摩擦狀況層與層間靠內(nèi)摩擦阻力(粘性)帶動前進油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力vy沿 方向按線性變化vhqqOUTIN21vabqIN21vcdqOUT21OUTINqq 潤滑油不可壓縮潤滑油不可壓縮 “擁擠擁擠”形成壓力形成壓力一一. . 壓力油膜形成的原理壓力油膜形成的原理abcdy y靜止板靜止板B B0 0移動板移動板A Avh hdxdydz二二. . 液體動壓潤滑的基本方程：液體動壓潤滑的基本方程：假設：假設：1）流體是流體是牛頓流體牛頓流體2 2）流體流動為

17、層流）流體流動為層流4）粘度不受壓力影響粘度不受壓力影響5 5）忽略重力、慣性力忽略重力、慣性力6 6）流體不可壓縮流體不可壓縮 取截面取截面x x處的一個單元體分處的一個單元體分析，存在如下靜力平衡條件：析，存在如下靜力平衡條件：dydzdxxpp)(dxdzdyy)(dxdz0)()(dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydzpdydz3）流體壓力沿膜厚方向不變流體壓力沿膜厚方向不變y y0 0靜止板靜止板B B移動板移動板A Ah hb bv化簡后得：化簡后得：yxp流體為牛頓流體：流體為牛頓流體：yu于是：于是：22yuxp帶入邊界條件：帶入邊界條件：。，；，00uhyvuy解

18、得：解得：hvhxpCvC2112，21221CyCyxpu即：即：xpyyhyhhvu2)()(1.1.油層的速度分布油層的速度分布xpyu122積分得：積分得：2.2.潤滑油的流量潤滑油的流量假設：假設：無側漏，無側漏，z z方向尺寸無限大，則通過間隙高度為方向尺寸無限大，則通過間隙高度為 的的 任意截面上單位寬度任意截面上單位寬度( z( z方向方向) )的流量的流量 為：為：hqhhyhyxpyhyhvudyq03220)32(21)2(20maxvhqmaxqq流體是連續(xù)的流體是連續(xù)的3012122hxpvhvh306hhhvxp一維雷諾方程一維雷諾方程當當 時，時，p有極大值有極大

19、值 , 此時此時 ，該截面的流量為：，該截面的流量為：0hh 0 xpmaxp31212hxpvh0hh 0hh v靜止板靜止板移動板移動板bmaxp0hab討論討論 對平行板對平行板 對傾斜板對傾斜板022yu0 xp入口處速度圖形為凹形在 處0 xp0h油膜厚度為u沿y方向線性分布油膜壓力達maxp0 xp022yu0 xp出口處速度圖形為凸形出口處速度圖形為凸形0 xp0 xp1 1）油膜壓力沿）油膜壓力沿 x x 方向變化規(guī)律方向變化規(guī)律y y0 0靜止板靜止板B B移動板移動板A Av討論討論由由306hhhvxp1 1）兩工作表面必須形成收斂的楔）兩工作表面必須形成收斂的楔 形間隙

20、；形間隙；2 2）液體摩擦形成的必要條件）液體摩擦形成的必要條件0hh 若若0 xp則則2 2）兩工作表面必須有一定的）兩工作表面必須有一定的 相對運動，且運動方向必須相對運動，且運動方向必須使?jié)櫥蛷拇罂谌?，從小口出使?jié)櫥蛷拇罂谌?，從小口?3）潤滑油）潤滑油具有一定的粘度，供油充具有一定的粘度，供油充分分。(1) (1) 停車停車(2) (2) 啟動啟動0n0n摩擦力使摩擦力使軸頸左移軸頸左移 油膜壓力將油膜壓力將軸頸托起，其合軸頸托起，其合力將軸頸右推力將軸頸右推n(3)(3)隨著隨著 油膜壓力油膜壓力將軸頸完全托將軸頸完全托起其合力與外起其合力與外載平衡載平衡(4)(4)n為工作轉速

21、為工作轉速n油膜壓力油膜壓力偏心距偏心距e e三三. .徑向滑動軸承動壓油膜形成過程徑向滑動軸承動壓油膜形成過程F1. 1. 轉換為極坐標系轉換為極坐標系取取連線為極坐標軸連線為極坐標軸21OOeOO21dDdre偏心距偏心距直徑間隙直徑間隙相對間隙相對間隙偏心率偏心率rR半徑間隙半徑間隙cos2222hrehreR22sin1cosReRehr)cos1 (coseh任意任意處處( A( A點點 ) )的油膜厚度：的油膜厚度：rddx 四四. .徑向滑動軸承動的幾何關系和承載量系數(shù)徑向滑動軸承動的幾何關系和承載量系數(shù))1 (minh)(最小油膜厚度最小油膜厚度)(0最大油膜壓力處的厚度最大油

22、膜壓力處的厚度)cos1 (00h2. 2. 承載能力的推導過程承載能力的推導過程rddx )cos1 (00h代入雷諾方程代入雷諾方程306hhhvdxdp承載區(qū)任意點承載區(qū)任意點 A A 的油膜壓力的油膜壓力1dp沿沿y y方向的分壓力方向的分壓力)cos(aypp沿沿z z方向單位寬度上油膜壓力的合力方向單位寬度上油膜壓力的合力21yypprd 考慮端泄考慮端泄)2(1 2BzCppyy油膜總壓力與外載油膜總壓力與外載F F平衡平衡22BBydzpFNCBdFP2采用國際單位：NFsPasmvmB./承載量系數(shù)承載量系數(shù)當軸承結構當軸承結構確定確定),(vBdPCdB由由則可計算承受多大

23、的徑向載荷則可計算承受多大的徑向載荷 F FFvBdBFCP222計算計算PCdB由由則可計算承受外載則可計算承受外載 F F 時要多大的時要多大的)1 (minrh公式公式的用途：的用途：PCBdF2minhh)(21ZZRRSh軸頸表面粗糙度軸頸表面粗糙度軸承表面粗糙度軸承表面粗糙度（動壓潤滑條件）（動壓潤滑條件）安全系數(shù)，安全系數(shù)，S=2S=2 3 3五五. .最小油膜厚度最小油膜厚度NCBdFP21 1）nF2 2）3 3）4 4）5 5）FBF 配配合合精精度度dF粗糙度 hpCF)(21ZZRRShminhh)1 (minh表表12-612-6P293P293討論各參數(shù)的關系討論各

24、參數(shù)的關系21QQQ單位時間軸承單位時間軸承所產(chǎn)生的熱量所產(chǎn)生的熱量流出的油帶走的熱量流出的油帶走的熱量WfFvQiottqcQ1ioSioSttBdttAQ2軸承散發(fā)的熱量軸承散發(fā)的熱量KkgJc./20901675比容比容3/900850mkg密度密度出口溫度出口溫度Cto入口溫度入口溫度Cti4035耗油量耗油量 ，按耗油量系數(shù)求，按耗油量系數(shù)求，sm3q六六. .軸承的熱平衡計算軸承的熱平衡計算KmJS2/140,80,50軸承表面的散熱系數(shù)軸承表面的散熱系數(shù)ioSiottdBttqcfFvdBqcfFvtttSio溫升溫升CvvBdqcpfS摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)耗油量系數(shù)，由耗油量系數(shù)，

25、由 查查P295P295圖圖12-1612-16、dB摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) ：f55. 0pf5 . 1111時，時，dBBddB軸頸的角速度，軸頸的角速度，srad /軸承的平均壓力，軸承的平均壓力，PaCtttim70502潤滑油的平均溫度：潤滑油的平均溫度：定得過高、粘度下降定得過高、粘度下降 若若 ，表示熱平衡易于建立，軸承的承載能，表示熱平衡易于建立，軸承的承載能力力 未用盡。此時應降低平均溫度，并適當?shù)丶哟筝S承及軸未用盡。此時應降低平均溫度，并適當?shù)丶哟筝S承及軸 頸的粗糙度，再作計算。頸的粗糙度，再作計算。Cti4035 若若 ，表示不易建立熱平衡狀態(tài)。此時須加大，表示不易建立熱平衡狀

26、態(tài)。此時須加大 間隙，并適當?shù)亟档洼S承及軸頸的粗糙度，再作計算。間隙，并適當?shù)亟档洼S承及軸頸的粗糙度，再作計算。Cti4035Ctttmi40352入口溫度：入口溫度： 以上講的適用于一般用途的液體動壓潤滑徑向軸承以上講的適用于一般用途的液體動壓潤滑徑向軸承的熱平衡計算。的熱平衡計算。PCvBF2七七. .主要參數(shù)的選擇主要參數(shù)的選擇1.1.寬徑比寬徑比dBdBdB油膜壓力油膜壓力承載承載散熱散熱溫升溫升承載承載端泄端泄溫升溫升5 . 13 . 0dB 高速重載時，寬徑比取小值；高速重載時，寬徑比取小值； 低速重載時，寬徑比取大值；低速重載時，寬徑比取大值； 高速輕載，若對軸承剛性要求不高，取小值