1、12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的典型结构,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 滑动轴承轴瓦结构,12-5 滑动轴承润滑剂的选择,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,第十二章 滑动轴承,滑动轴承概述1,滑动轴承概述,轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的，也可以是静止的。,1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。,3具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。,根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。,一、轴承应满足如下基本要求：
2、,二、轴承的分类,根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。,根据润滑状态，滑动轴承可分为：完全液体润滑轴承（流体润滑）、不完全液体润滑轴承（边界润滑或混合润滑）和自润滑轴承（不加润滑剂）。,根据液体润滑承载机理，可分为液体动力润滑轴承（液体动压轴承）和液体静力润滑轴承（液体静压轴承）。,摩 擦2,三、 种滑动摩擦状态,. 干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。,. 边界摩擦是指摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，其摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。,混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混
3、合状态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。,流体摩擦是指摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。,边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。,滑动轴承概述,滑动轴承概述2,滑动轴承概述,四、滑动轴承设计内容,四、滑动轴承的特点,滚动轴承摩擦系数小，启动阻力小，且绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：,工作转速很高，如汽轮发电机。,要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。,承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。,特重型的载荷，如
4、水轮发电机。,根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。,在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。,径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。,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。,径向滑动轴承的典型结构1,滑动轴承的典型结构,一整体式径向滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,因磨损而造成的间隙无法调整。,只能从沿轴向装入或拆出。,所用轴承座为整体有衬正滑动轴承座（JB/T2560-1991）。,径向滑动轴承的典型结构2,滑动轴承的典型结构,二对开式径向滑动轴承,特点：结构复杂
5、、可以调整磨损而造成的 间隙、安装方便。,应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,对开式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴瓦),所用轴承座为对开式二螺柱正滑动轴承座（JB/T2561-1991）。,自动调心轴承,时采用，,滑动轴承的典型结构,轴承宽度与轴颈的直径比,或支撑挠度较大以及多支点的长轴采用。,径向滑动轴承的典型结构3,滑动轴承的典型结构,三、止推滑动轴承的结构,止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：, 空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。, 单环式：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。, 多环式：不
6、仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。 由于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%。,空心式,单环式,多环式,滑动轴承的失效形式及常用材料1,汽车用滑动轴承故障原因的平均比率,轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。,一、滑动轴承常见失效形式有：,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。,滑动轴承的失效形式及常用材料,详细说明,滑动轴承的失效形式及常用材料2,滑动轴承的失效形式及常用材料,二、滑动轴承的材料,轴承材料是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。轴承材料性能应满足以下要求：, 减摩性：材料副具有
7、较低的摩擦系数。, 耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。, 抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。, 摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不 良的能力。, 嵌入性：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。,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。, 磨合性：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（或性质）。,滑动轴承的失效形式及常用材料3,滑动轴承的轴瓦结构1,滑动轴承的轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,需从轴端安装和拆卸，可修复性差。,可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。,节省材料
8、，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高 。,具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。,强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。,轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。,铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。,只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。,滑动轴承的轴瓦结构2,滑动轴承的轴瓦结构,单材料、整体式厚壁铸造轴瓦,多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦,多材料、对开式厚壁铸造轴瓦,多材料、对开式薄壁轧制轴瓦,虚拟现实中的轴瓦,轴承衬,整体式轴套,剖分式轴瓦,滑动轴承的轴瓦结构3,滑动轴承的轴瓦结构,二、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
9、。, 方法：对于轴向定位有：,对于周向定位有：,滑动轴承的轴瓦结构4,滑动轴承的轴瓦结构,三、轴瓦的油孔及油槽, 目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。, 原则：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，应留有适当的油封面。, 形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。,按油槽数量分单油槽（整体式径向轴承，单向旋转）、双油槽（对开式径向轴承，双向旋转）等。,单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）,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）,周向油槽对承载能力的影响,不完全液体润滑轴承常用油
10、槽形状, 周向油槽适用于载荷方向变动范围超过180度的场合，常设在轴承宽中部，与开轴向油槽的轴承相比会降低承载能力。,润滑剂、添加剂和润滑方法,一、润滑剂,润滑油,润滑脂,固体润滑剂,粘度的种类有很多，如：动力粘度、运动粘度、条件粘度等。,润滑脂的主要质量指标是：锥（针）入度，反映其稠度大小。 锥入度越小，表面润滑脂越稠；,粘度是润滑油的主要质量指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀；,润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为L-AN10的油在40时的运动粘度大约为10 cSt。,滴点，决定工作温度。,（具体说明）,润滑剂和润滑方法,工程中常用运动粘度，单位是：St(斯)或 cSt(厘斯
11、)，量纲为(m2/s)；,：动植物油、矿物油、合成油。,：润滑油+稠化剂,：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。,润滑方法,润滑油润滑在工程中的应用最普遍，常用的供油方式有：,滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等,油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。,润滑剂和润滑方法,二、润滑方法,滑动轴承润滑剂的选择1,滑动轴承润滑剂的选择,一、润滑脂及其选择, 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。, 适用场合 ：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。, 选择原则：当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反
12、之，选择针入度大一些的品种。,所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，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。,润滑脂牌号表,滑动轴承润滑剂的选择2,滑动轴承润滑剂的选择,二、润滑油及其选择, 特点： 有良好的流动性，可形成动压、静压或边界润滑膜。, 适用场合：不完全液体润滑轴承和完全液体润滑轴承。, 选择原则：主要考虑润滑油的粘度。,转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。,高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,三、固体润滑剂及其选择, 特点：可在滑动表面形成固体膜
13、。, 适用场合：有特殊要求的场合，如真空中或高温中。, 常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。, 使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。,润滑油牌号表,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,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。, 校核内容：验算平均
14、压力 p p，以保证强度要求。,验算轴承温升pvpv，fpv是摩擦功耗，限制pv即间接限制摩擦发 热，从而限制温升。,验算滑动速度vv ，p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不满足，故 应校核滑动速度v 。,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2,不完全液体润滑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：外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径d (mm), 验算及设计 ：,验算轴承的平均压力p (MPa),B轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）p轴瓦材料的许用压力，MPa。,验算温升,v轴颈圆周速度，m
15、/s； pv轴承材料的pv许用值，MPam/s,验算滑动速度v (m/s),v材料的许用滑动速度,选择配合,p、v、 pv 的选择,止推滑动轴承的设计计算,一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,流体润滑,流体润滑原理简介,流体静力润滑是指借助外部供入的压力油形成的流体膜来承受外载荷的润滑方式。,一、流体静力润滑,（详细说明）,采用流体静力润滑可在两个静止且平行的摩擦表面间形成流体膜，其承载能力不依赖于流体粘度，故能用粘度极低的润滑剂，且既可使摩擦副有较高的承载能力，又可使摩擦力矩降低。,英国的雷诺于1886年继前人观察到的流体动压现象，总结出流体动压润滑理论。流体动力润滑是指两个作相对运
16、动物体的摩擦表面，借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。,二、流体动力润滑,若B板静止不动，板以速度移动,板间各流层的速度呈三角形分布，两板间的油量保持不变，流层形成剪切流。,流体动力润滑的形成原理,1）当两板平行时,油膜无承载能力,流体润滑原理简介,当两板间形成楔形收敛间隙，且移动件的运动方向是由间隙大的方向移向间隙小的方向，此时间隙内油层流动速度将由剪切流和压力流二者叠加，因而进口油的速度曲线呈内凹形，出口呈外凸形。,）当两板倾斜时,流体动力润滑的形成原理,油膜具有承载能力,流体润滑原理简介,（动画）,这种具有一定粘性的流体流入楔形收敛间隙而
17、产生压力的效应称流体动力润滑的楔效应。,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,一、流体动力润滑基本方程的建立,流体平衡方程是描述流体膜压力分布的微分方程，对其作如下假设，以便得到简化形式的流体动力平衡方程。这些假设条件是 ：, 流体为牛顿流体，即 。, 流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换；, 忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加；, 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；, 流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流质；, 流体中的压力沿膜厚方向不变。,取微单元
18、体进行分析， 和 是作用在微单元体右面,和左面两侧的压力， 及 是作用在微单元体上下两面,的切应力。根据x方向力的平衡，得,整理后得,另外，再假定平板沿向无限长，即润滑油在向没有流动。在以上假设下，从两平板所构成的楔形空间中，,积分上式，得,由y=0时u=v（随移动件移动）；y=h（油膜厚度）时u=0（随静止件不动）。利用这两个边界条件可解出：,油层的速度分布,前一项由剪切流引起呈线性分布的速度，后一项由压力流引起呈抛物线分布的速度。,连续流动方程：任何截面沿x方向单位宽度流量qx相等,一维雷诺方程（RE）,是计算液体动压轴承的基本方程。,油楔承载机理,p 积分油膜承载能力平衡外载,可见，对收
19、敛形油楔，油楔内各处油压大于入口、出口处油压正压力承载。,进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负压）,不能承载，相反使两表面相吸。,1、润滑油有一定粘度。,2、有一定相对滑动速度v。承载能力v；,3、相对滑动面之间必须形成收敛形间隙， 即：油从大口流进，小口流出。 （入口、出口处p油楔内p）,4、有足够充分的供油量。,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态, 轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间隙是公差形成的。, 轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方向，合力为零。, 轴颈最终的平衡位置可用a和
20、偏心距e来表示。, 轴承工作能力取决于hlim，它与、和F等有关，应保证hlimh。,初始状态,稳定工作状态,演示,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,三、径向滑动轴承的几何关系,几何关系：直径间隙： =Dd半径间隙： =Rr =/ 2相对间隙： =d=r偏心距 ：e偏心率 ： =e最小油膜厚度：hmin=（ ） =（ ） D（R） 轴承孔的直径（半径） d（r） 轴颈直径（半径）以o为极点，oo1为极轴，建立极坐标系，可得任意极角处的油膜厚度h:,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,四、径向滑动轴承的工作能力计算简介
21、,主要包括轴承的承载能力计算、最小油膜厚度确定和热平衡计算等。,1.轴承的承载量计算和承载量系数,当B=，即无限宽轴承时，油沿轴向无流动，一维RE,得：,积分一次得任意处的油膜压力p：,在1至2区间内，沿外载荷方向单位宽度的油膜力为：,实际轴承计算中，由于B是有限宽度，必须考虑压力沿轴承宽度方向的分布，,(详细说明),液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,Cp 承载量系数，与轴承包角，宽径比B/d和偏心率有关。,分析思路：1)根据已知条件计算求得 Cp。 2)根据Cp由承载量系数表查取偏心率。3) 计算最小油膜厚度hmi
22、n= r(1-)。,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算6,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,2、最小油膜厚度 hmin,动力润滑轴承的设计应保证：hminh,其中： h=S(Rz1+Rz2),S 安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S2。,对于一般轴承可取为3.2m和6.3m，1.6 m和3.2m。,对于重要轴承可取为0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。,Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。（参见）,hmin=（ ） =（ ）可以看出，偏心率越大，最小油膜厚度越小，承载力越大。,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算7,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,
23、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 。,详细过程,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算8,液体动
24、力润滑径向滑动轴承的设计计算, 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,其它形式滑动轴承简介1,其它形式滑动轴承简介,一、无润滑轴承和自润滑轴承, 无润滑轴承：工作时外界不提供润滑剂的轴承。, 自润滑轴承：当无润滑轴承材料本身就是固体润滑材料时，或轴瓦中 含有润滑介质，这种无润滑轴承常称自润滑轴承。,二、多油楔滑动轴承,固定轴瓦多油楔轴承,可倾轴瓦多油楔轴承,详细说明,详细说明,其它形式滑动轴承简介2,其它形式滑动轴承简介,三、液体静压轴承,原理：依靠液压系统供给压力油，压力油在轴承腔内强制形成压力油膜， 以隔开摩擦表面。,特点： 在任何转速和预定载荷下轴承均处于液体润滑状态； 轴颈与轴承不直接接触，轴承对材料要求低，寿命长； 油膜刚性大，有良好的吸振性，运转平稳； 需要一套供油设备。,四、气体润滑轴承,原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为润滑介质。,分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。,详细说明,特点：高转速(n 100000r/min)、低摩擦损失、无污染、承载能力低。,应用：高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆等场合。,
