1、第九章 滑动轴承设计,第一节 概 述,一. 类型,向心滑动轴承,推力滑动轴承,液体摩擦滑动轴承,非液体摩擦滑动轴承,动压轴承,静压轴承,二. 特点,转速高 承载大 精度高 可以制成剖分结构 结构复杂 对温度、杂质敏感,滑动轴承工作性能的好坏与工作介质有很大的关系,滑动轴承,滚动轴承,三、滑动轴承的适用场合,低速低载、精度不高,非液体摩擦滑动轴承,高速,滚动轴承寿命大为降低,重载,滚动轴承造价高,承受巨大冲击和振动载荷,油膜的缓冲和阻尼作用,支承精度特别高,滑动轴承零件少,某些特殊场合,受径向尺寸限制、曲轴轴承等,第二节 滑动轴承的结构型式,向心轴承,推力轴承,剖分式,整体式,间隙可调式,自动调
2、心式,实心式,空心式,单环式,多环式,结构简单 安装困难 间隙不可调,结构较繁 间隙可调 广泛采用,中间比压大,剖分式滑动轴承,一、 轴瓦的结构,(1) 轴瓦的结构要素,油孔,油沟,壁厚,定位唇,油室,定位唇：防止轴瓦在轴承中移动,壁厚,油孔和油沟：将油引入轴承,油室：存油,(2) 结构型式,整体式,剖分式,第三节 轴瓦结构和轴承材料,1. 向心轴承,轴承中起支承轴颈作用的零件是轴瓦，因此轴瓦是滑动轴承中的重要零件。,向心滑动轴承的轴瓦内孔是圆柱形。,润滑油由非承载区引入轴颈；,为了便于润滑油均匀分布在轴颈上，进油口开有油沟。,大型液体润滑的滑动轴承中，一般采用润滑油从两侧导入的结构。 为了使
3、润滑油顺利进入轴瓦与轴间隙，轴瓦两侧面开有油室。,2. 推力滑动轴承,如图所示，轴为单向旋转，轴向力由推力轴承承受，止推面是固定瓦式的推力轴承。,止推面上开有单方向的楔形倾斜角，楔形顶部有平台。,图示为可倾式推力轴承，轴瓦能绕一支点自由摆动，使瓦块随工况的变动而自动调节瓦面的斜率。,扇形瓦块一般是6-12块。,二、轴承材料,根据轴承的工作情况，对轴瓦的材料要求如下： 1）摩擦系数小； 2）导热性好，热膨胀系数小； 3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强； 4）要有足够的机械强度和可朔性。,粘附上去的薄层材料称为轴承衬。,但能同时满足上述要求的材料是很难找的，所以较为常见的是采用两层不同的金属做成的轴瓦
4、。这两种金属在性能上取长补短。在工艺上通过浇注或压合的方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。,下面介绍轴瓦和轴承衬常用的材料。,浇注轴承合金的轴瓦,（一） 轴承合金（又称白合金、巴氏合金）,1、主要成分是：锡Sn，铅Pb，锑Sb，铜Cu的合金。,2、分锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。基体内均匀悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒。,3、锡锑轴承合金和铅锑轴承合金的优缺点：,锡锑轴承合金： 1）摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐腐蚀性能好，易跑合；2）常用于高速、重载的轴承；3）价格较贵且高温时机械强度较差；4）只能作为轴承衬材料。,铅锑轴承合金： 性能与锡锑轴承合金相近，但材料较脆；不宜承受较大的
5、冲击载荷；一般用于中速、中载的轴承。,（二） 青铜,主要是铜与锡、铅、锌和铝的合金，是运用最广的轴承材料。铜与锡的合金称为锡青铜，铅青铜和铝青铜属于无锡青铜。锡青铜用于高速与重载条件；中速和中等载荷用锡锌铅青铜；铝青铜用于重载和低速条件；铅青铜主要用于高速和重的冲击与变载条件。,（三）具有特殊性能的轴承材料,粉末冶金是将不同金属粉末再加上石墨、硫、锡或铅等粉末混合后高压成型，再经过高温烧结而成的多孔性结构材料，又称陶瓷金属。使用前需在热油中浸渍几小时，使孔隙中充满润滑油，故也称为含油轴承。,在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。,第四节 滑动轴承的润滑,一、润滑剂
6、,轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还可起到冷却、吸振、防锈等作用。,润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有重大影响。,润滑剂可以分为：,1.液体润滑剂润滑油（粘度） 2.半固体润滑剂润滑脂（稠度和针入度） 3.固体润滑剂,1、润滑油,粘度表示了液体流动的内摩擦性能。或者说是流体抵抗剪切变形的能力。,润滑油沿油层垂直方向的速度的变化率叫做速度梯度，因此层与层存在的液体内部摩擦剪应力为：,为油层中任一点的速度，,是对应于一点的速度梯度；,是比例系数，即液体的动力粘度，简称粘度。,动力粘度的量纲是：力时间/长度2，国际单位为：Ns/m2（Pas）动力粘度的物理单位是P（泊）或cP（厘泊）
7、，1P=100cP。,动力粘度又称为绝对粘度，主要用于流体动力学计算。,1Pas= 1Ns/m2 = 10P=1000cP,运动粘度 等于动力粘度与液体密度 的比值：,的国际单位是m2/s，常采用物理单位St（斯）或cSt（厘斯），1St=100cSt1St=100cSt=10-4 m2/s,润滑油的粘度是随温度的升高而降低的。,润滑油的粘度随压力的升高而增大，当压力不高时（小于100个大气压），变化极小。,润滑油的运动粘度通常是用毛细管粘度计测量的。,工业上广泛应用的矿物油，是从石油中 经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏精制而成。,国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮机油及齿轮油等。,
8、根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌号，油号越大粘度越高。,2、 润滑脂,润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成的。,作为基础油的大多数是矿物油，也有合成油。,稠化剂大多数是金属皂类，也有非金属皂类。,根据皂类的不同，有钙基、钠基、锂基和铝基润滑脂。,钠基脂不耐水而耐高温；钙基脂耐水但不耐高温；锂基脂既耐水又耐高温。,1） 针入度：用质量为150g的标准圆锥体在250C的 恒温下，由脂表面经5秒钟后沉入脂内的深度。,润滑脂的主要性能是：,2）滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。,3 、固体润滑剂,在摩擦表面间加入固体粉末代替流体膜来
9、润滑，称为固体润滑剂。,常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯，另外还有二硫化钨等。,一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。来润滑，称为固体润滑剂。,二、润滑装置,润滑剂的供应方法可以分为分散润滑和集中润滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，通过油管分送润滑油，装置复杂，使用方便。,油润滑有间歇润滑与连续润滑；脂润滑通常采用间歇供应。,各种润滑装置,油芯式油杯,润滑脂油杯,针阀式油杯 1手柄 2.螺母 3.针杆 4.簧片 5.观察孔 6.滤网,油环润滑,第五节 非液体摩擦滑动轴承的计算,润滑方法：可用润滑油或润滑脂润滑(可在其中加少量石墨或一硫化钼粉末，以便油膜边界坚韧 填平
10、宜糙面以减少磨损)。这类轴承不能完全排除磨损。设计依据：维持边界油膜不遭破裂。计算方法：按经验设计。即: pp, pvpv 一、向心轴承 1、压强p 2、轴承的pv 值与摩擦功率损耗成正比，表征轴承的发热因素。 pv越高，轴承温升越高，越易引起边界油膜破裂。,F: 轴承径向载荷B:轴瓦宽度 d: 轴颈直径p: 轴瓦材料许用压强, P241表15-1,n: 轴的转速 v: 轴颈线速度,二、推力轴承 1、压强p 2、轴承的pv 值对于多环推力轴承，由于制造和装配误差使各支承面上所受载荷不等， p和pv值应减小2040。,F: 轴向载荷d2: 轴肩直径d1: 轴颈直径z: 轴环数,dm= (d1+
11、d2)/2,P262例9-1,第六节 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,1. 压力油膜形成的原理,轴颈和轴瓦同心时,两平行板的摩擦状况,轴颈和轴瓦偏心时,两倾斜板的摩擦状况,(1) 两平行板,(2) 两倾斜板,层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进,油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力,润滑油不可压缩,“拥挤”形成压力,油的粘性和压力的 作用，改变了油层 速度变化规律,2. 液体动压润滑的基本方程,对 y 积分：,边界条件：,任意截面上单位宽度( z方向)的流量,则,流体是连续的,一维雷诺方程,讨论之一：,由,油膜压力沿 x 方向变化规律,平行板间油膜压力沿 x 方向无变化， 等于入口处压
12、力 (压力为 0),入口处速度图形为凹形,出口处速度图形为凸形,油膜厚度为,u 沿 y 方向线性分布,油膜压力达,讨论之二：,液体摩擦形成的条件,由,(1) 两工作表面必须形成收敛的楔形间隙,(2) 两工作表面必须有一定的相对运动，且 v 方向是从大口道小口,(3) 间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油,若,则,无粘度,各油层无速度,两板间油无流动,不能形成油膜压力,讨论之三：,向心滑动轴承动压油膜形成过程,(1) 停车,(2) 启动,金属直接 接触,摩擦力使 轴颈右移,油膜压力将轴 颈托起 其合力将轴颈 左推,油膜压力将轴 颈完全托起 其合力与外载 平衡,3. 承载能力计算,(1) 转换为
13、极坐标系,偏心距,间隙,相对间隙,偏心率,最小油膜厚度,最大油膜压力处的厚度,(2) 承载能力的推导过程,代入雷诺方程,承载区任意点 M 的油膜压力,沿 y 方向的分压力,沿 z 方向单位宽度上油膜压力的合力,考虑端泄,油膜总压力与外载 F 平衡,研究点 M,承载量系数,采用国际单位：,由,则可计算承受多大的 径向载荷 F,由,承载量系数,则可计算承受外载 F 时要多大的,动压润滑条件：,4. 主要参数的选择,(1) 相对间隙,(2) 宽径比,的选择：,经验公式,选轴承配合,计算,轴颈中心与轴承中心接近重合,反之，接近于 1,受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差 等的限制,轴承表面粗糙
14、度,轴颈表面粗糙度,(3) 偏心率,值越趋向于 0,一般：,(4) 最小油膜厚度,一般：,不可能无限小,动压润滑条件,5. 热平衡计算,(1) 温升公式,摩擦发热量,流动油带走的热量,轴承散热量,温升,比热,密度,散热系数,摩擦特性系数,流量系数,(2) 热平衡计算,初定,计算,左右,初定值与计算值相差 大于 5C 时， 必须改 变参数重新计算,不得超过 30C,定得过高、粘度下降,定得过低、外部冷却难,左右,设计动压向心滑动轴承,已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求轴承剖分、L-AN32润滑油,1 选结构型式 正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为 180,2 选
15、取宽径比 0.8 1.0,3 轴承宽度(m) 0.16 0.2,4 压强(MPa) 2.03 1.625,5 速度(m/s) 31.4,6 pv值(Mpa.m/s) 63.74 51.03,7 选轴瓦材料 ZSnSb11Ch6 p=25、v=80、pv=100,8 已知润滑油牌号 L-AN32,9 初定平均温度(C) 50,10 查运动粘度(mm2/s) 20,11 动力粘度(Pa.s) 0.018,12 选择相对间隙 0.00145 0.0019 0.0023,13 选择轴颈表面粗糙度(m) 1.6,14 选择轴瓦表面粗糙度(m) 3.2,15 承载量系数 0.756 1.297 1.52,
16、16 查偏心率 0.5 0.66 0.625,17 最小油膜厚度(mm) 0.0725 0.0646 0.08625,18 计算(23)(Rz1+Rz2)值 0.00960.0144,20 查摩擦特性系数 3.5 2.3 2.0,21 查流量系数 0.138 0.165 0.138,19 最小油膜厚度是否足够 足够,22 润滑油温升(C) 32.8 18.2 15.2,23 取入口温度(C) 40,24 计算平均温度(C) 56.4 49.1 47.6,25 平均温度初定值与,计算值误差(C) 6.4 -0.9 -2.4,26 热平衡计算是否合格 超过 5 C 合格 合格,第七节 其它轴承简介
17、 一、多油楔滑动轴承 只有一个油楔产生油膜压力的轴承，常称为单油楔滑动轴承。这种轴承工作时，如果轴颈受到某些微小干扰而偏离平衡位置，使其难于自动恢复到原来的平衡位置，则轴颈将作一种新的有规则或无规则的运动，这种状态称为轴承失稳。为了提高轴承的工作稳定性和旋转精度，常把轴承做成多油楔形状。和单油楔轴承相比，多油楔轴承稳定性好，旋转精度高，但承载能力低，摩擦损耗大。它的承载能力等于各油楔中油膜力的向量和。 椭圆轴承，工作时，可形成上下两个动压油膜，有助于提高稳定性。这类轴承的加工也比较容易，在轴承的剖分面上垫上一定厚度的垫片，按圆形镗孔，然后撤去垫片，上下合拢即为椭圆轴承。 固定式三油楔轴承，工作
18、时，可形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。固定式三油楔轴承只允许轴颈沿一个固定的方向回转。摆动瓦多油楔轴承。轴瓦由三片以上(通常为奇数)的扇形块组成，轴瓦由带球端的螺钉支承着，单向回转时，支点不安置在轴瓦正中而都偏向同一侧，随着运转条件的改变，轴瓦的倾斜都可自动调整，以适应不同的载荷、转速、轴的弹性变形和偏斜，建立起液体摩擦状态。 二、液体静压轴承 液体静压轴承是利用专门的供油装置，把具有一定压力的润滑油送入轴承静压油腔。形成具有压力的油膜，利用静压腔间压力差，平衡外载荷，保证轴承在完全液体润滑状态下工作。液体静压轴承主要特点是： 1）静压轴承的承载能力取决于静压油腔间的压力差，当外载荷
19、改变时，供油系统能自动调节各油腔间的压力差。 2) 静压轴承承载能力和润滑状态与轴颈表面速度无关，即使轴颈不旋转，也可形成油膜，具有承载能力，因而，摩擦系数小，承载能力强。 3) 静压轴承的承载能力不是靠油楔作用形成的。因此，工作时不需要偏心距，因而旋转精度高。 4) 静压轴承必须有一套专门的供油装置，成本高。 三、气体轴承 气体轴承是用气体作润滑剂的滑动轴承，空气因其粘度仅为机械油的1/4000，且受温度变化的影响小，被首先采用。气体轴承可在高速下工作，轴颈转速可达每分钟几十万转。气体轴承也分为动压轴承和静压轴承两大类。动压气体轴承形成的气膜很薄，最大不超过20m, 故对气体轴承的制造要求十分精确，气体轴承不存在油类污染，密封简单，回运精度高，运行噪音低，主要缺点是承载量不大，常用于高速磨头、陀螺仪、医疗设备等方面。,
