北京科技大學 邊新孝 《機械設(shè)計》4滑軸承多媒體

1、第十二章第十二章 滑動軸承滑動軸承12.1 概述概述軸頸軸頸軸瓦軸瓦滑動軸承的基本結(jié)構(gòu)滑動軸承的基本結(jié)構(gòu)一、滑動軸承的分類一、滑動軸承的分類 按滑動軸承工作時軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦按滑動軸承工作時軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦狀態(tài)，滑動軸承可分為狀態(tài)，滑動軸承可分為: 液體摩擦軸承液體摩擦軸承非液體摩擦軸承非液體摩擦軸承液體動壓潤滑軸承液體動壓潤滑軸承液體靜壓潤滑軸承液體靜壓潤滑軸承 按滑動軸承承受載荷的方向可分為按滑動軸承承受載荷的方向可分為:徑向滑動軸承徑向滑動軸承推力滑動軸承推力滑動軸承二、滑動軸承的特點和應用二、滑動軸承的特點和應用 非液體摩擦滑動軸承：非液體摩擦滑動軸承： 結(jié)構(gòu)簡單，

2、使用方便，但損耗較大。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但損耗較大。 液體摩擦軸承的特點有（與滾動軸承比）：液體摩擦軸承的特點有（與滾動軸承比）： （1）在高速重載下能正常工作，壽命長；）在高速重載下能正常工作，壽命長； （2）精度高，液體摩擦軸承磨損小（如葛洲壩電）精度高，液體摩擦軸承磨損小（如葛洲壩電 站推力軸承最近拆卸后發(fā)現(xiàn)表面刀痕還在）；站推力軸承最近拆卸后發(fā)現(xiàn)表面刀痕還在）； （3）滑動軸承可做成剖分式的，能滿足特殊）滑動軸承可做成剖分式的，能滿足特殊 結(jié)構(gòu)的需要；結(jié)構(gòu)的需要；（4）液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用，）液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用， 可以吸收振動，緩和沖擊；可以吸收振動

3、，緩和沖擊；（5）滑動軸承的徑向尺寸比滾動軸承的?。Σ涟l(fā)）滑動軸承的徑向尺寸比滾動軸承的小（摩擦發(fā) 生在軸瓦和軸頸表面之間，而滾動軸承的摩擦生在軸瓦和軸頸表面之間，而滾動軸承的摩擦 發(fā)生在套圈和滾動體之間）；發(fā)生在套圈和滾動體之間）；（6）但起動過程不易形成油膜，摩擦阻力較大。）但起動過程不易形成油膜，摩擦阻力較大。適宜使用在剖分結(jié)構(gòu)（如發(fā)動機連桿與曲軸之間）、適宜使用在剖分結(jié)構(gòu)（如發(fā)動機連桿與曲軸之間）、特高速、特低速、特重載、無法潤滑等場所特高速、特低速、特重載、無法潤滑等場所12.2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式一、徑向滑動軸承一、徑向滑動軸承1.整體式徑向滑動軸承整體式徑向滑

4、動軸承 軸頸軸頸+軸瓦軸瓦+軸承座軸承座 結(jié)構(gòu)簡單；但磨損結(jié)構(gòu)簡單；但磨損后間隙過大時無法后間隙過大時無法調(diào)整調(diào)整;軸頸只能從軸軸頸只能從軸承端部安裝和拆卸承端部安裝和拆卸2.剖分式徑向滑動軸承（剖分位置十分重要）剖分式徑向滑動軸承（剖分位置十分重要） 剖分式徑向滑動軸承裝拆方便剖分式徑向滑動軸承裝拆方便,還可以通過增減剖分還可以通過增減剖分面上的調(diào)整墊片的厚度來調(diào)整間隙面上的調(diào)整墊片的厚度來調(diào)整間隙。垂直載荷用垂直載荷用傾斜載荷用傾斜載荷用二、推力滑動軸承二、推力滑動軸承 由軸承座和推力軸頸組成由軸承座和推力軸頸組成d0=(0.40.6)dd=d1+2S S=(0.10.3)d1 d0=1.

5、1d1 S1=(23)S 12.3 軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)軸瓦的材料和結(jié)構(gòu) 滑動軸承材料指的是軸瓦材料滑動軸承材料指的是軸瓦材料 滑動軸承的失效形式主要是軸瓦的膠合和磨損滑動軸承的失效形式主要是軸瓦的膠合和磨損一、對軸瓦材料的要求一、對軸瓦材料的要求（1）有足夠的疲勞強度，保證足夠的疲勞壽命；）有足夠的疲勞強度，保證足夠的疲勞壽命；（2）有足夠的抗壓強度，防止產(chǎn)生塑性變形；）有足夠的抗壓強度，防止產(chǎn)生塑性變形；（3）有良好的減摩性和耐磨性，提高效率、減小磨損；）有良好的減摩性和耐磨性，提高效率、減小磨損；（4）具有較好的抗膠合性，防止粘著磨損；）具有較好的抗膠合性，防止粘著磨損；（5）對潤滑油要有較

6、好的吸附能力，易形成邊界膜；）對潤滑油要有較好的吸附能力，易形成邊界膜；（6）有較好的適應性和嵌藏性，容納固體顆粒、避免劃傷；）有較好的適應性和嵌藏性，容納固體顆粒、避免劃傷；（7）良好的導熱性，散熱好、防止燒瓦；）良好的導熱性，散熱好、防止燒瓦；（8）經(jīng)濟性、加工工藝性好。）經(jīng)濟性、加工工藝性好。二、常用的軸瓦材料及其性質(zhì)二、常用的軸瓦材料及其性質(zhì) 軸瓦材料可分為三類：軸瓦材料可分為三類：金屬材料、粉末冶金材料和非金屬材料金屬材料、粉末冶金材料和非金屬材料金屬材料包括軸承合金、青銅、黃銅、鋁合金和鑄鐵金屬材料包括軸承合金、青銅、黃銅、鋁合金和鑄鐵（1）軸承合金：）軸承合金：軸承合金又稱白金或

7、巴氏合金軸承合金又稱白金或巴氏合金錫基軸承合金，如錫基軸承合金，如ZChSnSb10-6，ZChSnSb8-4鉛基軸承合金，如鉛基軸承合金，如ZChPbSb16-16-2，ZChPbSb15-15-3這兩種軸承合金都有較好的跑合性、耐磨性和抗膠合性這兩種軸承合金都有較好的跑合性、耐磨性和抗膠合性但軸承合金強度不高，價格很貴。但軸承合金強度不高，價格很貴。在鋼或銅制成的軸瓦內(nèi)表面上澆注一層軸承合金，這層軸承在鋼或銅制成的軸瓦內(nèi)表面上澆注一層軸承合金，這層軸承合金稱軸承襯，鋼或銅制成的軸瓦基體稱瓦背。合金稱軸承襯，鋼或銅制成的軸瓦基體稱瓦背。（2）青銅）青銅抗膠合能力僅次于軸承合金，強度較高抗膠合

8、能力僅次于軸承合金，強度較高鑄錫磷青銅：減摩、抗磨好，強度高，用于重載。鑄錫磷青銅：減摩、抗磨好，強度高，用于重載。鉛青銅：抗疲勞、導熱、高溫時鉛起潤滑作用。鉛青銅：抗疲勞、導熱、高溫時鉛起潤滑作用。鋁青銅：抗沖擊強、抗膠合差。鋁青銅：抗沖擊強、抗膠合差。（3）黃銅：）黃銅：滑動速度不高，綜合性能不如軸承合金、青銅。滑動速度不高，綜合性能不如軸承合金、青銅。（4）鋁合金：）鋁合金：強度高、導熱好、價格便宜，抗膠合差、耐磨差。強度高、導熱好、價格便宜，抗膠合差、耐磨差。（5）鑄鐵：）鑄鐵：價格便宜，低速、輕載。價格便宜，低速、輕載。（6）粉末冶金材料：）粉末冶金材料：含油軸承，鐵含油軸承，鐵-石

9、墨、青銅石墨、青銅-石墨石墨（7）軸承塑料：）軸承塑料：摩擦系數(shù)小，耐沖擊，導熱性差。摩擦系數(shù)小，耐沖擊，導熱性差。三、軸瓦結(jié)構(gòu)三、軸瓦結(jié)構(gòu)單金屬軸瓦：單金屬軸瓦：結(jié)構(gòu)簡單，成本低結(jié)構(gòu)簡單，成本低雙金屬軸瓦：雙金屬軸瓦：節(jié)省貴重金屬節(jié)省貴重金屬雙金屬軸瓦的瓦背和軸承襯的聯(lián)接形式見下表雙金屬軸瓦的瓦背和軸承襯的聯(lián)接形式見下表瓦背 材料 軸承襯 材料 應用場合 軸承襯厚度 溝槽形狀 軸承合金或 鉛青銅 用于高速重載 有沖擊的軸承 0.01sd 鋼 或 鑄鐵 軸承 合金 用于振動及沖擊 載荷下的軸承 0.01sd 鑄鐵 軸承 合金 用于平穩(wěn)載荷下 工作的軸承 0.01sd 青銅 軸承 合金 用于高速

10、重載的 重要軸承 0.01sd 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(shè)注油孔在軸承上方開設(shè)注油孔剖分式軸瓦剖分式軸瓦為了向摩擦表面輸送為了向摩擦表面輸送和分布潤滑劑，在軸和分布潤滑劑，在軸瓦內(nèi)面開有油溝瓦內(nèi)面開有油溝整整體體式式剖剖分分式式軸瓦上的油溝軸瓦上的油溝油溝位置對承載能力的影響油溝位置對承載能力的影響液體摩擦軸承的油溝液體摩擦軸承的油溝應開在非承載區(qū)，周應開在非承載區(qū)，周向油溝應靠近軸承的向油溝應靠近軸承的兩端。兩端。油室：油室：對某些載荷較大的軸承對某些載荷較大的軸承, ,

11、在軸瓦內(nèi)開有油室在軸瓦內(nèi)開有油室軸瓦的應用軸瓦的應用彈塑瓦滑動軸承應用彈塑瓦滑動軸承應用彈塑瓦推力軸承彈塑瓦推力軸承彈塑瓦滑動軸承應用彈塑瓦滑動軸承應用彈塑瓦導軸承彈塑瓦導軸承彈塑瓦滑動軸承應用彈塑瓦滑動軸承應用彈塑瓦徑向軸承彈塑瓦徑向軸承12.4 非液體摩擦軸承的計算非液體摩擦軸承的計算主要失效形式：主要失效形式：膠合和磨損；膠合和磨損；潤滑狀態(tài)：潤滑狀態(tài)：混合摩擦；混合摩擦；軸承的溫升：軸承的溫升：限制單位面積上的摩擦功限制單位面積上的摩擦功 fpv；軸承計算的目的：軸承計算的目的：保持邊界膜不被破壞。保持邊界膜不被破壞。一、非液體摩擦徑向滑動軸承的計算一、非液體摩擦徑向滑動軸承的計算1.

12、 驗算壓強驗算壓強 p 壓強壓強 p過大可能使軸瓦產(chǎn)生塑性變形破壞邊界膜過大可能使軸瓦產(chǎn)生塑性變形破壞邊界膜,應保證應保證壓強不超過允許值壓強不超過允許值p,即即MPa2.驗算驗算 值值pvpv值大表明摩擦功大值大表明摩擦功大,溫升大溫升大,邊界膜易破壞邊界膜易破壞,其限制條件為其限制條件為:MPam/s3.驗算速度驗算速度對于跨度較大的軸對于跨度較大的軸m/s pLdFprpvLnFLddnFpvrr100060100060 vdnv100060二、非液體摩擦推力滑動軸承的計算二、非液體摩擦推力滑動軸承的計算1.驗算壓強驗算壓強 pMPa2.驗算驗算 pvm值值 pkddZFpa4202MP

13、ams-1mmpvpv 三、非液體摩擦徑向滑動軸承的配合三、非液體摩擦徑向滑動軸承的配合12.8 潤滑劑與潤滑裝置潤滑劑與潤滑裝置一、滑動軸承用潤滑劑的選擇一、滑動軸承用潤滑劑的選擇1.液體摩擦軸承用潤滑油的選擇液體摩擦軸承用潤滑油的選擇(1)重載有沖擊時的選擇較高的粘度重載有沖擊時的選擇較高的粘度;(2)高速、輕載時選擇較低的粘度高速、輕載時選擇較低的粘度2.非液體摩擦軸承用潤滑劑的選擇非液體摩擦軸承用潤滑劑的選擇非液體摩擦軸承有的用潤滑油非液體摩擦軸承有的用潤滑油,有的用潤滑脂。這要用系數(shù)有的用潤滑脂。這要用系數(shù)K來估來估計計3Kp v當當 時可選用潤滑脂來潤滑時可選用潤滑脂來潤滑, 時則

14、需用潤滑油潤滑時則需用潤滑油潤滑2K 2K 連續(xù)潤滑：連續(xù)潤滑：比較重要的軸承應當采用連續(xù)潤滑方式比較重要的軸承應當采用連續(xù)潤滑方式油芯式油杯油芯式油杯油環(huán)潤滑油環(huán)潤滑滴油潤滑滴油潤滑油環(huán)潤滑油環(huán)潤滑浸油潤滑浸油潤滑飛濺潤滑飛濺潤滑壓力循環(huán)潤滑壓力循環(huán)潤滑二、潤滑方式及潤滑裝置二、潤滑方式及潤滑裝置1、油潤滑、油潤滑間歇潤滑間歇潤滑對于小型、低對于小型、低速或間歇運動速或間歇運動的機器可采用的機器可采用間歇式潤滑。間歇式潤滑。注油器注油器針閥式油杯針閥式油杯2、脂潤滑、脂潤滑采用間歇式潤滑，采用間歇式潤滑，旋蓋式油杯旋蓋式油杯12.5 液體動壓形成原理及基本方程液體動壓形成原理及基本方程液體摩

15、擦軸承分為液體摩擦軸承分為:流體動壓軸承流體動壓軸承流體靜壓軸承流體靜壓軸承徑向軸承徑向軸承推力軸承推力軸承軸頸和軸承兩相軸頸和軸承兩相對運動表面間完對運動表面間完全被一層油膜所全被一層油膜所分開分開一、流體動壓潤滑形成原理一、流體動壓潤滑形成原理1.基本假設(shè)基本假設(shè)(1)兩板間流體作層流運動；兩板間流體作層流運動；(2)兩板間流體是牛頓流體，其兩板間流體是牛頓流體，其粘度只隨溫度的變化而改變粘度只隨溫度的變化而改變,忽忽略壓力對粘度的影響，而且流略壓力對粘度的影響，而且流體是不可壓縮的；體是不可壓縮的；(3)與兩板與兩板M、N相接觸的流體層與板間無滑動出現(xiàn)；相接觸的流體層與板間無滑動出現(xiàn)；（

16、4）流體的重力和流動過程中產(chǎn)生的慣性力可以略去；）流體的重力和流動過程中產(chǎn)生的慣性力可以略去；（5）由于間隙很小，壓力）由于間隙很小，壓力p沿沿y方向大小不變；方向大小不變；（6）平板沿）平板沿Z方向無限長，所以流體沿方向無限長，所以流體沿Z方向無流動。方向無流動。2.流體動壓力的形成及承載原理流體動壓力的形成及承載原理從層流運動的油膜中取一微單元體進行分析從層流運動的油膜中取一微單元體進行分析,可得可得22dpddxdy此式說明壓力沿此式說明壓力沿x方方向的變化率與速度向的變化率與速度梯度沿梯度沿y方向的變化方向的變化率成正比。率成正比。dpddxdy 將將ddy 代入代入得得流體動壓力的形

17、成和壓力油膜承載原理流體動壓力的形成和壓力油膜承載原理靠運動表面帶動粘性流體以足夠的速度流經(jīng)收斂形間隙時靠運動表面帶動粘性流體以足夠的速度流經(jīng)收斂形間隙時,流體內(nèi)所產(chǎn)生壓力叫流體動壓力流體內(nèi)所產(chǎn)生壓力叫流體動壓力間隙內(nèi)具有動壓力的油層稱為流體動壓油膜間隙內(nèi)具有動壓力的油層稱為流體動壓油膜3.形成流體動壓的條件形成流體動壓的條件形成流體動壓的必要條件形成流體動壓的必要條件:(1)流體必須流經(jīng)收斂間隙流體必須流經(jīng)收斂間隙,而而且間隙傾角越大則產(chǎn)生的油且間隙傾角越大則產(chǎn)生的油膜壓力越大；膜壓力越大；(2)流體必須有足夠的速度；流體必須有足夠的速度；(3)流體必須是粘性流體。流體必須是粘性流體。二、流

18、體動壓基本方程二、流體動壓基本方程22dpddxdy變形并積分變形并積分036hhdpdxh 此式稱為一維流體動壓基本方程，也叫一維雷諾方程此式稱為一維流體動壓基本方程，也叫一維雷諾方程將將得得12.6 液體動壓徑向滑動軸承的計算液體動壓徑向滑動軸承的計算一、徑向滑動軸承的工作過程一、徑向滑動軸承的工作過程二、徑向滑動軸承的幾何參數(shù)及其基本方程的形式二、徑向滑動軸承的幾何參數(shù)及其基本方程的形式;Ddmm、 -分別為軸承孔和軸頸的直徑,徑向滑動軸承的幾何參數(shù)如下徑向滑動軸承的幾何參數(shù)如下,Ddmm 直徑間隙,CRrmm 半徑間隙Rrmm、 分別為軸承孔和軸頸的半徑，Lmm軸承長度，/L d軸承長

19、徑比/C r相對間隙eOOmm偏心距，/e C相對偏心距（偏心率）hmm沿圓周方向任一位置的間隙（油膜厚度），0hmm對應最大壓力處的油膜厚度,minhmm最小油膜厚度，h=C+ecos hmin=C-e=C(1- )h0=C+ecos0 0036dphhhhdxVdxh將 、 、代入，整理得032coscos161cosdpVdr此式即為動壓徑向滑動軸此式即為動壓徑向滑動軸承的基本方程，承的基本方程，也就是壓力沿圓周方向的也就是壓力沿圓周方向的變化率。變化率。（12-8）dxrdh=C+ecos h0=C+ecos0 /e C相對偏心距（偏心率）1032coscos61cosVpdr2110

20、32coscos6cos1cosyaVPdd壓力沿圓周方向曲線方程壓力沿圓周方向曲線方程微小面積上油膜力的垂直分量微小面積上油膜力的垂直分量單位長度上油膜力的垂直分量之和單位長度上油膜力的垂直分量之和三、徑向滑動軸承的承載系數(shù)和最小油膜厚度計算三、徑向滑動軸承的承載系數(shù)和最小油膜厚度計算油膜壓力分布油膜壓力分布微小面積微小面積影響最小油膜厚度的因素很多，可以用一個表示這些因素綜影響最小油膜厚度的因素很多，可以用一個表示這些因素綜合影響的無量綱數(shù)合影響的無量綱數(shù)承載量系數(shù)來反映承載量系數(shù)來反映ayrdpPcos. 1 .沿垂直方向的總油膜力沿垂直方向的總油膜力211032coscos6cos1c

21、osaLVLPddkLk 端泄系數(shù)，考慮端泄使油膜壓力降低的系數(shù)2rFV LFC21103coscos6cos1cosFLCkdd （12-10）由式（由式（12-10）可得）可得22rrFFFCL VVFC 叫作軸承的承載量系數(shù)（12-11）軸承穩(wěn)定工作時軸承穩(wěn)定工作時,外載荷外載荷 rF和總油膜力和垂直分量和總油膜力和垂直分量P相平衡相平衡,即即211032coscos6cos1cosraLV LPFddk 最小油膜厚度必須滿足最小油膜厚度必須滿足:1m軸瓦表面的不平度，2m軸頸表面的不平度，minhm保證液體摩擦的最小油膜厚度許用值，K考慮表面幾何形狀誤差、軸的彎曲變形2K 和安裝誤差的

22、可靠性系數(shù)，通常取設(shè)計時設(shè)計時,根據(jù)長徑比根據(jù)長徑比L/d 用式用式(12-11)計算計算 ,然后由滑動軸承然后由滑動軸承圖查得圖查得再由下式計算得再由下式計算得 。FCminhmin(1)(1)hCrFCminminhh21min Kh四、滑動軸承的熱平衡計算四、滑動軸承的熱平衡計算在熱平衡狀態(tài)，對于非壓力供油的徑向滑動軸承有在熱平衡狀態(tài)，對于非壓力供油的徑向滑動軸承有00risifFVc Q ttKA tt潤滑油的密度c潤滑油的比熱sK 軸承體的散熱系數(shù)A軸承體散熱面積0t 潤滑油的出口溫度it 潤滑油的入口溫度Q潤滑油的流量，Ks在50140之間選取0,ittt 令由上式可得fssQfp

23、CpQKKcc CVdLVVt=fCf式中：式中：軸承的摩擦特性系數(shù)軸承的摩擦特性系數(shù)VdLQCQ軸承的流量系數(shù)軸承的流量系數(shù)Cf、CQ是無量綱參數(shù)，是相對偏心距是無量綱參數(shù)，是相對偏心距和長徑比和長徑比L/d的函數(shù)的函數(shù)m由溫升 t和平均溫度t 可得2mttt0oC2imtttoC一般取 tm=50 t0=6070 ti=3040oCoCoC五、耗油量和摩擦功率五、耗油量和摩擦功率（1）耗油量）耗油量3,/QQCL d V ms（2）摩擦功率）摩擦功率frPf F VW六、滑動軸承主要參數(shù)和選擇六、滑動軸承主要參數(shù)和選擇在液體摩擦滑動軸承設(shè)計中已知條件通常是：在液體摩擦滑動軸承設(shè)計中已知條件通常是：作用在軸頸上的徑向載荷作用在軸頸上的徑向載荷 ，軸頸直徑，軸頸直徑 和軸的轉(zhuǎn)數(shù)和軸的轉(zhuǎn)數(shù) ，以及軸承的工作條件等。以及軸承的工作條件等。軸承的設(shè)計計算就是選擇合適的參數(shù)，使軸承的最小油膜軸承的設(shè)計計算就是選擇合適的參數(shù)，使軸承的最小油膜厚度（厚度（ ）滿足式（）滿足式（12-12），使溫升（），使溫升（ ）在規(guī)定的范）在規(guī)定的范圍圍rFdnminht1.軸承長頸比軸承長頸比L/d的選擇的選擇2.相對間隙相對間隙