1、济南大学专用 作者： 潘存云教授,第12章 滑动轴承,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,济南大学专用 作者： 潘存云教授,分类,滚动轴承,轴承的功用：用来支承轴及轴上零件 。,滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,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。,一、轴承的基本
2、要求,二、轴承的分类,按摩擦性质分,按受载方向分,按润滑状态分,向心推力(径向止推)轴承,向心(径向)轴承,推力(止推)轴承,不完全液体润滑滑动轴承,不完全液体润滑滑动轴承,济南大学专用 作者： 潘存云教授,三、滑动轴承的应用领域,1.工作转速特高的轴承，汽轮发电机；,2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；,3.特重型的轴承，如水轮发电机；,4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机；,5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；,6.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承，如舰艇螺旋桨推进器的轴承；,7.轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。 如多辊轧钢机。,四、
3、滑动轴承的设计内容,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。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,一、 向心滑动轴承,组成：轴承座、轴套或轴瓦等。,12-2 滑动轴承的结构型式,油杯孔,轴承,1) 结构简单，成本低廉。,应用： 低速、轻载或间歇性工作的机器中。,2) 因磨损而造成的间隙无法调整。,3) 只能从沿轴向装入或拆。,1) 整体式向心滑动轴承,轴承座,特点：,济南大学专用 作者： 潘存云教授,将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。,剖分式向心滑动轴承,螺纹孔,轴承座,轴承盖,联接螺栓,剖分轴瓦,2) 剖分式向心滑
4、动轴承,特点：结构复杂，可以调整因磨损而造成的间隙，安装方便。,应用场合： 低速、轻载或间歇性工作的机器。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,作用：用来承受轴向载荷,二、 推力滑动轴承,结构形式：,空心式-轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式要好。,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-不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。,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%。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,结构特点： 在轴的端面、轴
5、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。,-倾角固定，顶部预留平台，,类型,固定式,可倾式,用来承受停车后的载荷。,-倾角随载荷、转速自行 调整，性能好。,巴氏合金,济南大学专用 作者： 潘存云教授,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,一、滑动轴承常见失效形式,磨粒磨损-进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。,刮伤-进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。,胶合-当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。,疲劳剥落-在载荷得反复作用下，轴承
6、表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。,腐蚀-润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,微动磨损-发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。,其它失效形式:,气蚀-气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；,流体侵蚀-流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；,电侵蚀-电化学或电离作用引起的机械磨损；,轴瓦失效实例:,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,二、滑动轴承的材料,(一)轴承材料性能的要求,1) 减摩性-材料副具有较低的摩擦系数。,2) 耐磨性-材料
7、的抗磨性能，通常以磨损率表示。,3) 抗胶合-材料的耐热性与抗粘附性。,4) 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。,5) 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。,6) 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。,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。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。,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。,能同时满足这些要求的材料是难找的，
8、但应根据具体情况主要的使用要求。,滑动轴承材料,金属材料,非金属材料,轴承合金,铜合金,铝基轴承合金,铸铁,多孔质金属材料,工程塑料,碳石墨,橡胶,木材,(二)常用轴承材料,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,1) 轴承合金（白合金、巴氏合金）,是锡、铅、锑、铜等金属的合金， 锡或铅为基体。,优点： f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。,缺点：价格贵、机械强度较差；,只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。,工作温度：t120 由于巴式合金熔点低,济南大学专用 作者： 潘存云教授,2）铜合金
9、,优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250 。,缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。,青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。,铝青铜,铅青铜,锡青铜,中速重载,中速中载,低速重载,3）铝基合金,铝锡合金： 有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，摩擦性能也较好。在部分领域取代了较贵的轴承合金与青铜。,4) 铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,含油轴承： 用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。,运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大， 油自动进入摩擦表
10、面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。,5) 多孔质金属材料,橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。,工程塑料：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。,缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。,6) 非金属材料,碳-石墨：是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境中。,木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,济南大学专用 作者： 潘存云教授,济南大学专用 作者： 潘存云教授,12
11、-4 滑动轴承轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,按构造 分 类,整体式,对开式,按加工 分 类,按尺寸 分 类,按材料 分 类,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。,轴瓦的类型,整体轴套,对开式轴瓦,济南大学专用 作者： 潘存云教授,12-4 滑动轴承轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,按构造 分 类,按加工 分 类,按尺寸 分 类,按材料 分 类,轴瓦的类型,厚壁,薄壁,整体式,对开式,节省材料，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。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,12-4 滑动轴承轴瓦结构,一、
12、轴瓦的形式和结构,按构造 分 类,按加工 分 类,按尺寸 分 类,按材料 分 类,轴瓦的类型,单材料,多材料,单一材料,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。,厚壁,薄壁,整体式,对开式,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,12-4 滑动轴承轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,按构造 分 类,按加工 分 类,按尺寸 分 类,按材料 分 类,轴瓦的类型,铸造轴瓦,卷制轴套,铸造,轧制,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。,单材料,多材料,厚壁,薄壁,整体式,对开式,济南大学专用 作者：
13、 潘存云教授,潘存云教授研制,-将轴瓦一端或两端做凸缘。,凸缘定位,二、轴瓦的定位方法,轴向定位,凸耳(定位唇)定位,凸耳,凸缘,目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相对移动。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,紧定螺钉,周向定位,销钉,三、轴瓦的油孔和油槽,作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。,进油孔,油槽,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,开孔原则：,形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺 旋线等。,2)轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当
14、的油封面。,1)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；,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数,液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.51,非液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.81.5,轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图,大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,12-5 滑动轴承润滑剂的选择,一、 概述,作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。,分类,液体润滑剂-润滑油,半固体润滑剂-润滑脂
15、,固体润滑剂,二、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。,当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。,选择原则：,济南大学专用 作者： 潘存云教授,当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。,选择原则：,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。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,济南大学专
16、用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,但p 10 Mpa时可忽略。变化很小,润滑油的特性：,1）温度 t ,2）压力p ,选用原则：,1) 载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；,2) 载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；, , ,粘-温图,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,二、润滑油及其选择,3)高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,济南大学专用 作者： 潘存云教授,聚氟乙烯树脂,适用场合：用于润滑油不能胜任工作的场合，如高温、低速重载、有环境清洁要求。,石墨,二流化钼（MoS2）,-性能稳定、t
17、 350 才开始氧化， 可在水中工作。,-摩擦系数低，使用温度范围广(-60300 )，但遇水性能下降。,-摩擦系数低，只有石墨的一半。,使用方式：,1.调和在润滑油中；,2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；,3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。,其应用日渐广泛,三、固体润滑剂及其选择,特点：可在滑动表面形成固体膜。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,12-6 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，由于轴承的不到足够的润滑剂，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
18、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：,验算摩擦发热pvpv；,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可能不足，故应校核滑动速度v 。,fpv是摩擦力，限制pv 即间接限制摩擦发热。,验算平均压力 p p，以保证强度要求；,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,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,.验算
19、摩擦热,v轴颈圆周速度，m/s；,B-轴瓦宽度， p-许用压强。见下页, pv轴承材料的许用值。见下页,pv,n轴速度，m/s；,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,3.验算滑动速度V,v材料的许用滑动速度,v v,济南大学专用 作者： 潘存云教授,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,选择配合,一般可选: H9/d9或H8/f7、H7/f6,二、止推滑动轴承的计算,p,考虑承载的不均匀性， p、pv应降低50%。,已知条件：外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm),1)根据轴向载荷和工作要求， 选择轴承结构尺寸和材料；,2)验算平均压力；,3)
20、验算pv值,z-轴环数,济南大学专用 作者： 潘存云教授,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。,如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线
21、内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。,一、动压润滑的形成原理和条件,两平形板之间不能形成压力油膜！,动压油膜-因运动而产生的压力油膜。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,济南大学专用 作者： 潘存云教授,形成动压油膜的必要条件：,1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；,2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必须保证润滑油
22、从大截面流进，从小截面出来。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,二、流体动力润滑基本方程的建立,为了得到简化形式的流体动力平衡方程（NavierStokes方程），作如下假设：,流体的流动是层流;,忽略压力对流体粘度的影响;, 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；, 流体是不可压缩的；, 流体中的压力在各流体层之间保持为常数。,实际上粘度随压力的增高而增加；,即层与层之间没有物质和能量的交换；,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,取微单元进行受力分析:,pdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz
23、 dxdz=0,整理后得：,又有：,任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。,对y积分得：,边界条件：,当y=0时，u=-v,C2 = -v,当y=h时，u=0,代入得：,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,任意截面内的流量：,依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的,b-b截面内的流量：,该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0,负号表示流速的方向与x方向相反，因流经两个截面的流量相等，故有：,- 一维雷诺方程,由上式可得压力分布曲线: p=f(x),在b-b处：h=h0， p=pmax,速度梯度du/dy呈线性分布，其余位置呈非线性分布。流量
24、相等，阴影面积相等。,液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度h之间的关系。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制, 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。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,径向滑动轴承动压油膜的形成过程：,静止,爬升,将轴起抬 转速继续升高,稳定运转达到工作转速,e -偏心距,济南大学专用 作者： 潘存云
25、教授,潘存云教授研制,三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数,最小油膜厚度：hmin= e r(1-),定义: e / 为偏心率,直径间隙： D d,半径间隙： R r / 2,定义连心线OO1为极坐标的极轴：,相对间隙： / r / d,稳定工作位置如图所示 ，连心线与外载荷的方向形成一偏位角，,设轴孔半径为：R, r 直径为： D， d ，偏心距: e 偏位角：a,在三角形 中有：R2 e2+ （r+h)2 2e(r+h)cos v,济南大学专用 作者： 潘存云教授,略去二次微量 ，并取根号为正号，得：,任意位置油膜厚度：,将dx=rd, v=r，h0, h代入上式得：,压力最大处的油膜厚
26、度：,0为压力最大处的极角。,积分得：,济南大学专用 作者： 潘存云教授,积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力：,在外载荷方向的分量：,理论上只要将py乘以轴承宽度就可得到油膜总承载能力，但在实际轴承中，由于油可能从轴承两端泄漏出来，考虑这一影响时，压力沿轴向呈抛物线分布。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,油膜压力沿轴向的分布： 理论分布曲线-水平直线，各处压力一样；,实际分布曲线-抛物线,且曲线形状与轴承的宽径比B/d有关。,B/d=1/4,B/d=1/3,B/d=1/2,B/d=1,B/d=,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,潘存云教授研制,
27、油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为：,py为无限宽度轴承沿轴向单位宽度上的油膜压力；,C为取决于宽径比和偏心率的系数;,对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为,式中Cp为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。,或,解释这些参数的含义,济南大学专用 作者： 潘存云教授,济南大学专用 作者： 潘存云教授,四、最小油膜厚度,动力润滑轴承的设计应保证：hminh,其中： h=S(Rz1+Rz2),S 安全系数，常取S2。,一般轴承可取为3.2m和6.3m，或1.6 m和3.2m。,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。,考虑表
28、面几何形状误差和轴颈挠曲变形等,济南大学专用 作者： 潘存云教授,五、轴承的热平衡计算,热平衡方程：产生的热量=散失的热量Q=Q1+Q2,其中，摩擦热： Q=fv W,式中: q -润滑油流量m3/s；, -滑油密度kg/m3；,c -润滑油的比热容，J/(kg. )；,ti -油出口温度 ； to -油入口温度 ；,3 -表面传热系数 W/(m2. )。,滑油带走的热：Q1 = qc(to-ti) W 轴承散发的热： Q2 =3dB (to-ti) W,济南大学专用 作者： 潘存云教授,潘存云教授研制,温升公式：,其中 -润滑油流量系数；,济南大学专用 作者： 潘存云教授,摩擦系数：,系数与宽径比有关，若B/d1，则 =(B/d)1.5 若B/d 1，则 =1,由于轴承内部各处温度不一样，计算时采用平均温度:,为了保证轴承能正常，其平均温度: tm 7080,设计时，应使进油温度: ti=tm-t/2 3540,当 ti 3540时，表明轴承承载能力有冗余，可采取如下措施：,增大表面粗糙度，以降低成本；,减小间隙，提高旋转精度；,加宽轴承，充分利用轴承的承载能力。,济南大学专用 作者： 潘存云教授,
