第十二章滑動軸承

機械設(shè)計DesignofMachinery機電工程學(xué)院機械設(shè)計研究室2/1/20231第四篇軸系零、部件12.1概述12.2滑動軸承的主要結(jié)構(gòu)形式12.3滑動軸承的失效形式及常用材料12.4軸瓦結(jié)構(gòu)

12.5滑動軸承潤滑劑的選用12.6不完全液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算12.7液體動力潤滑徑向滑動軸承設(shè)計計算12.8其它形式滑動軸承簡介第十二章滑動軸承2/1/20232軸承的功用：用來支承軸及軸上零件。1．能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強度和剛度。2．具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。3．具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。一、軸承的基本要求§12.1概述箱體齒輪軸軸承軸承孔2/1/20233分類滾動軸承滑動軸承優(yōu)點多，應(yīng)用廣用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。二、軸承的分類按摩擦性質(zhì)分按受載方向分按潤滑狀態(tài)分徑向軸承止推軸承液體潤滑滑動軸承不完全液體潤滑滑動軸承§12.1概述按承載機理2/1/20234干摩擦液體摩擦邊界摩擦對于要求低摩擦的摩擦副，液體摩擦是比較理想的狀態(tài)，維持邊界摩擦或混合摩擦是最低要求；對于要求高摩擦的摩擦副，則希望處于干摩擦狀態(tài)或邊界摩擦狀態(tài)。摩擦：一物體與另一物體直接接觸，當兩者間有運動或有運動趨勢時，接觸表面要產(chǎn)生切向阻力（即摩擦力），這種現(xiàn)象稱為摩擦。磨損：使摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。

單位時間里的磨損量稱為磨損率。分述根據(jù)摩擦面間存在潤滑劑的情況2/1/202351.干摩擦兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。不允許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦滑動摩擦狀態(tài)→功耗↑磨損↑溫度↑→燒毀軸瓦運動副表面有一層厚度<1μm的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕，f≈0.1~0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3.液體摩擦摩擦和磨損極輕，f≈0.001~0.01vv2/1/202364.混合摩擦v混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。在一般機器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。fηn/po邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。

η-動力粘度，p-壓強，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù)邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。摩擦學(xué)研究的最新進展：微－納米摩擦學(xué)理論可實現(xiàn)：f≤0.001----超潤滑摩擦狀態(tài)。2/1/20237液體潤滑滑動軸承按承載機理不同：1、靜壓軸承2、流體動壓潤滑軸承無外部壓力源，油膜靠摩擦面的相對運動而自動形成。外部一定壓力的流體進入摩擦面，建立壓力油膜。2/1/20238三、滑動軸承的應(yīng)用領(lǐng)域1.工作轉(zhuǎn)速特高的軸承，汽輪發(fā)電機；2.要求對軸的支承位置特別精確的軸承，如精密磨床；3.特重型的軸承，如水輪發(fā)電機；4.承受巨大沖擊和振動載荷的軸承，如破碎機；5.根據(jù)裝配要求必須做成剖分式的軸承，如曲軸軸承；6.在特殊條件下（如水中、或腐蝕介質(zhì)）工作的軸承，如艦艇螺旋槳推進器的軸承；7.軸承處徑向尺寸受到限制時，可采用滑動軸承。如多輥軋鋼機。

四、滑動軸承的設(shè)計內(nèi)容軸承的型式和結(jié)構(gòu)選擇；軸瓦的結(jié)構(gòu)和材料選擇；軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計；潤滑劑及其供應(yīng)量的確定；軸承工作能力及熱平衡計算。缺點：起動阻力大，潤滑、維護較滾動軸承復(fù)雜。2/1/20239五、潤滑油主要特性1、粘度：流體抵抗變形能力，衡量流體內(nèi)摩擦阻力大小的指標。2、（潤滑劑）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。3、極壓性4、閃點5、凝點6、氧化穩(wěn)定性2/1/202310A在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性。A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：τ=ηdudy--流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。η----液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力·時間/長度2單位：N·s/m2(Pa·s)。或（C.G.S制）泊：1P=1dyn·s/cm2實驗結(jié)果：oxyydydu分析位置y處薄層的受力B粘度----重要指標，粘度值越高，油越稠，反之越??；

粘度的種類動力粘度運動粘度條件粘度1)動力粘度-----牛頓液體流動定律1泊=100厘泊粘度↑——摩擦力↑——發(fā)熱↑2/1/202311工程中常用運動粘度：ν

=ηρ

單位：m2

/

s（C.G.S制）斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt2)運動粘度表4-1常用潤滑油的主要性質(zhì)名稱全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機油GB11120-89代號40℃的粘度mm2/sL-AN76.12~7.48-10110凝點≤C閃點(開式)≥C用于高速底負荷機械、精密機床、紡織紗錠的潤滑和冷卻。普通機床的液壓油。用于一般滑動軸承、齒輪、蝸輪的潤滑用于重型機床導(dǎo)軌、礦山機械的潤滑。用于汽輪機、發(fā)電機等高速高負荷軸承和各種小型液體潤滑軸承L-AN10090~1100210L-AN109.0~11.0-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2-10170L-AN4641.4~50.6-10180L-AN6861.2~74.8-10190L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途2/1/2023123)條件粘度指在一定條件下，利用某種規(guī)格的粘度計，通過測定潤滑油穿過規(guī)定孔道的時間來進行度量的粘度。常用的有：恩氏度（?Et）----中國慣用賽氏通用秒（SUS）----美國慣用雷氏秒----英國慣用運動粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系：潤滑油的牌號與運動粘度有一定的對應(yīng)關(guān)系，如：牌號為L-AN10的油在40℃時的運動粘度大約為10cSt。2/1/202313粘----溫相關(guān)性溫度t↑壓力p

↑→η↓ 但p<10Mpa時可忽略。變化很小→η↑ 粘--溫圖0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃ηL-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32選用原則：1)載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；2)載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油。粘度值的大小不僅影響摩擦副的運動阻力，而且對潤滑油膜的形成及承載能力具有決定性的作用。2/1/202314六、潤滑脂

◆

特點：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

?！?/p>

適用場合

：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載、

溫度變化不大

以及作擺動運動的

軸承中?！?/p>

性能指標：

針入度和滴點。2/1/202315一、向心滑動軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦等?！?2-2滑動軸承的主要結(jié)構(gòu)形式油杯孔軸承1)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。2)因磨損而造成的間隙無法調(diào)整。3)只能從沿軸向裝入或拆。1)整體式向心滑動軸承軸承座特點：2/1/202316將軸承座或軸瓦分離制造，兩部分用聯(lián)接螺栓。剖分式向心滑動軸承螺紋孔軸承座軸承蓋聯(lián)接螺栓剖分軸瓦2)剖分式向心滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以調(diào)整因磨損而造成的間隙，安裝方便。榫口應(yīng)用比較廣泛。2/1/202317作用：用來承受軸向載荷二、推力滑動軸承結(jié)構(gòu)形式：21F1F2F21F21空心式---軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比

實心式要好。單環(huán)式---利用軸頸的環(huán)形端面止推，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，廣泛用于低速、輕載的場合。多環(huán)式---不僅能承受較大的軸向載荷，有時還可承受雙向軸向載荷。各環(huán)間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環(huán)式低50%。

2/1/202318實心式：空心式：實心式：邊緣v大，磨損快，中間p↑↑，壓力分布不均。空心式：壓力分布均勻性↑。2/1/202319§12-3滑動軸承的失效形式及常用材料一、滑動軸承常見失效形式磨粒磨損----進入軸承間隙的硬顆粒有的隨軸一起轉(zhuǎn)動，對軸承表面起研磨作用。刮傷----進入軸承間隙的硬顆?；蜉S徑表面粗糙的微觀輪廓尖峰，在軸承表面劃出線狀傷痕。膠合----當瞬時溫升過高，載荷過大，油膜破裂時或供油不足時，軸承表面材料發(fā)生粘附和遷移，造成軸承損傷。疲勞剝落----在載荷得反復(fù)作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動方向垂直的疲勞裂紋，擴展后造成軸承材料剝落。腐蝕----潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對軸承材料有腐蝕，材料腐蝕易形成點狀剝落。2/1/202320微動磨損----發(fā)生在名義上相對靜止，實際上存在循環(huán)的微幅相對運動的兩個緊密接觸的表面上。其它失效形式:氣蝕---氣流沖蝕零件表面引起的機械磨損；流體侵蝕---流體沖蝕零件表面引起的機械磨損；電侵蝕---電化學(xué)或電離作用引起的機械磨損；軸瓦失效實例:潘存云教授研制疲勞點蝕潘存云教授研制表面劃傷潘存云教授研制軸瓦磨損2/1/202321汽車用滑動軸承故障原因的平均比率其它氣蝕制造精度低腐蝕故障原因6.08.115.911.138.3比率／％6.72.85.55.6比率／％超載對中不良安裝誤差潤滑油不足不干凈故障原因二、滑動軸承的材料(一)軸承材料性能的要求1)減摩性----材料副具有較低的摩擦系數(shù)。2)耐磨性----材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。3)抗膠合----材料的耐熱性與抗粘附性。4)摩擦順應(yīng)性----材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不良的能力。5)嵌入性----材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。6)磨合性----軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力。軸承材料是指在軸承結(jié)構(gòu)中直接參與摩擦部分的材料，如軸瓦和軸承襯的材料。2/1/202322工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長補短。軸承襯此外還應(yīng)有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟性。能同時滿足這些要求的材料是難找的，但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求。滑動軸承材料金屬材料非金屬材料軸承合金銅合金鋁基軸承合金鑄鐵多孔質(zhì)金屬材料工程塑料碳—石墨橡膠木材(二)常用軸承材料2/1/2023231)軸承合金（白合金、巴氏合金）是錫、鉛、銻、銅等金屬的合金，錫或鉛為基體。優(yōu)點：f小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐蝕性好、容易跑合、是優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。缺點：價格貴、機械強度較差；只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。工作溫度：t<120℃

由于巴式合金熔點低2/1/2023242）銅合金優(yōu)點：青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達250℃。缺點：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。鋁青銅鉛青銅錫青銅→中速重載→中速中載→低速重載3）鋁基合金鋁錫合金：有相當好的耐腐蝕合和較高的疲勞強度，摩擦性能也較好。在部分領(lǐng)域取代了較貴的軸承合金與青銅。4)鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。2/1/202325含油軸承：用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲潤滑油。可用于加油不方便的場合。運轉(zhuǎn)時軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大，油自動進入摩擦表面起到潤滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長時間。5)多孔質(zhì)金屬材料橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機、鉆機等有泥沙的場合。工程塑料：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學(xué)溶液等潤滑的優(yōu)點。缺點：導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用。6)非金屬材料碳--石墨：是電機電刷常用材料，具有自潤滑性，用于不良環(huán)境中。木材：具有多孔結(jié)構(gòu)，可在灰塵極多的環(huán)境中使用。2/1/202326表12-2常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料牌號類別（名稱）錫基軸承合金鉛基軸承合金ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4ZPbSb16Sn16Cu2ZCuSn10P1(10-1錫青銅)ZPbSb15Sn56Cu3Cd2ZCuSn5Pb5Zn5(5-5-5錫青銅)ZCuPb30(30鉛青銅)ZCuAl10Fe3(10-3鋁青銅)15121015412251230831515101558520601525802011151135351134425552錫青銅鉛青銅鋁青銅最大許用值①性能比較②

平穩(wěn)載荷用于高速、重載下工作的重要軸承，變載荷下易于疲勞，價貴。用于中速、中等載荷作的軸承，不宜受顯著沖擊?？勺鳛殄a銻軸承合金的代用品。用于中速重載及受變載荷的軸承用于中速中載的軸承用于高速、重載軸承，承受變載和沖擊最宜用于潤滑充分的低速重載軸承說明沖擊載荷[p][v][pv]Mpam/sMpaXm/s抗咬順應(yīng)性耐蝕疲勞粘性嵌入性性強度注：①[pv]為不完全潤滑下的許用值②性能比較：1~5依次由佳到差2/1/202327續(xù)表12-2常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料牌號類別（名稱）黃銅鋁基軸承合金ZCuZn16Si4(16-4硅黃銅)2%鋁錫合金鋁-硅-鎘鍍層HT300HT150HT25020~3514--431214~35----12221221055110.1~63~0.750.3~0.454511三元電鍍合金銀鍍層灰鑄鐵最大許用值①性能比較②

用于低俗、中載軸承用于高速、中載軸承，是較新的軸承材料，強度高、耐腐蝕、表面性能好?？捎糜谠鰤簭娀裼蜋C軸承宜用于低速、輕載的不重要軸承說明[p][v][pv]Mpam/sMpaXm/s抗咬順應(yīng)性耐蝕疲勞粘性嵌入性性強度注：①[pv]為不完全潤滑下的許用值②性能比較：1~5依次由佳到差1011055111~42~0.5--4511ZCuZn40Mn4(40-2錳黃銅)28~35----2311耐磨鑄鐵鍍鉛錫青銅作中間層，再鍍10~30μm三元減摩層，疲勞強度高，嵌入性好鍍銀，上附薄層鉛再鍍銦，用于飛機發(fā)動機、柴油有軸承2/1/202328§12-4滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式對開式按加工分類按尺寸分類按材料分類需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差?？梢灾苯訌妮S的中部安裝和拆卸，可修復(fù)。軸瓦的類型整體軸套對開式軸瓦是滑動軸承中的重要零件，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性對軸承性能影響很大。2/1/202329§12-4滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型厚壁薄壁潘存云教授研制薄壁軸瓦潘存云教授研制厚壁軸瓦整體式對開式節(jié)省材料，但剛度不足，故對軸承座孔的加工精度要求高。具有足夠的強度和剛度，可降低對軸承座孔的加工精度要求。2/1/202330§12-4滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型單材料多材料單一材料潘存云教授研制兩種材料強度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強度不足，故采用多材料制作軸瓦。厚壁薄壁整體式對開式2/1/202331§12-4滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型鑄造軸瓦卷制軸套鑄造軋制鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適用于厚壁軸瓦。只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率。單材料多材料厚壁薄壁整體式對開式2/1/202332----將軸瓦一端或兩端做凸緣。凸緣定位二、軸瓦的定位方法軸向定位凸耳(定位唇)定位凸耳凸緣目的：防止軸瓦與軸承座之間產(chǎn)生軸向和周向的相對移動。2/1/202333緊定螺釘周向定位銷釘三、軸瓦的油孔和油槽作用：把潤滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運動副表面。進油孔油槽F2/1/202334軸瓦上開設(shè)油孔和油溝油孔：供應(yīng)潤滑油；油槽：輸送和分布潤滑油；2/1/202335油槽、油孔：不能開在油膜承載區(qū)，否則，承載能力↓油槽長度≈0.8B（軸瓦寬度），即不能開通，否則漏油。注意：2/1/20233645?寬徑比B/d----軸瓦寬度與軸徑直徑之比。重要參數(shù)液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.5~1非液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.8~1.5軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。載荷傾斜時結(jié)構(gòu)如圖大型液體滑動軸承常設(shè)計成兩邊供油的形式，既有利于形成動壓油膜，又起冷卻作用。Bd2/1/202337§12-5滑動軸承潤滑劑的選擇一、概述作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類液體潤滑劑----潤滑油半固體潤滑劑----潤滑脂固體潤滑劑二、潤滑脂及其選擇特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。適用場合：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動運動的軸承中。１．當壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；反之，選擇針入度大一些的品種。選擇原則：2/1/202338１．當壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；反之，選擇針入度大一些的品種。選擇原則：２．所用潤滑脂的滴點，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20～30℃，以免工作時潤滑脂過多地流失。３．在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應(yīng)選擇防水性能強的鈣基或鋁基潤滑脂。在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣基潤滑脂。2/1/202339表12-4滑動軸承潤滑脂的選擇壓力(強)p/Mpa軸頸圓周速度v/(m/s)最高工作溫度℃選用的牌號≤1.0≤1753號鈣基脂1.0~6.50.5~5552號鈣基脂≥6.5≤0.5753號鈣基脂≤6.50.5~51202號鈣基脂≥6.5≤0.51101號鈣鈉基脂1.0~6.5≤1-55~110鋰基脂>6.50.5602號壓延機脂注：1)在潮濕環(huán)境，溫度在75~120的條件下，應(yīng)考慮選用鈣-鈉基潤滑脂；2)在潮濕環(huán)境，溫度在75以下，沒有3號鈣基脂時也可以用鋁基脂；3)工作溫度在110~120可選用鋰基脂或鋇基脂；4)集中潤滑時，稠度要小些。2/1/202340但p<10Mpa時可忽略。變化很小0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃η潤滑油的特性：1）溫度t↑2）壓力p

↑選用原則：1)載荷大、轉(zhuǎn)速低的軸承，宜選用粘度大的油；2)載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；→η↓ →η↑ 粘--溫圖L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32二、潤滑油及其選擇3)高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。2/1/202341表12-5滑動軸承潤滑油的選擇<0.1L-AN68、110、150<0.1L-AN1500.1~0.3L-AN68、1100.1~0.3L-AN100、1500.3~2.5L-AN46、680.3~0.6L-AN1002.5~5L-AN32、460.3~1.2L-AN68、1005~9.0L-AN15、22、321.2~2.0L-AN68>9.0L-AN7、10、15軸徑圓周速度平均壓力軸徑圓周速度平均壓力m/sp<3Mpam/sp<(3~7.5)Mpa注：1）表中潤滑油是以40℃時的運動粘度為基礎(chǔ)的牌號2）不完全液體潤滑，工作溫度<60℃

2/1/202342聚氟乙烯樹脂適用場合：用于潤滑油不能勝任工作的場合，如高溫、低速重載、有環(huán)境清潔要求。石墨二硫化鉬（MoS2）---性能穩(wěn)定、t>350℃才開始氧化，可在水中工作。-----摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣(-60~300℃)，但遇水性能下降。-----摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式：1.調(diào)和在潤滑油中；2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛三、固體潤滑劑及其選擇特點：可在滑動表面形成固體膜。2/1/202343§12-6不完全液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算一、失效形式與設(shè)計準則工作狀態(tài)：因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，由于軸承的不到足夠的潤滑劑，故無法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為邊界潤滑或混合摩擦潤滑。因邊界膜強度與溫度、軸承材料、軸頸和軸承表面粗糙度、潤滑油供給等有關(guān)，目前尚無精確的計算方法，但一般可作條件性計算。校核內(nèi)容：２．驗算摩擦發(fā)熱pv≤[pv]；３．驗算滑動速度v≤[v]。p，pv的驗算都是平均值?？紤]到軸瓦不同心，受載時軸線彎曲及載荷變化等的因素，局部的p或pv可能不足，故應(yīng)校核滑動速度v。fpv是摩擦功耗，限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。１．驗算平均壓力p≤[p]，以保證強度要求；失效形式：膠合、磨損等設(shè)計準則：至少保持在邊界潤滑狀態(tài)，即維持邊界油膜不破裂。復(fù)雜2/1/2023441、限制軸承平均壓強F—徑向載荷,N；d—軸頸直徑,mm；B—軸瓦有效寬度,mm；[p]—許用壓強,Mpa。目的：防止p過高，油被擠出，產(chǎn)生“過度磨損”。2、限制pv值Mpa·m/s∴pv↑→摩擦功耗↑→發(fā)熱量↑→易膠合目的：限制pv是為了限制軸承溫升、防止膠合?！咻S承發(fā)熱量∝單位面積摩擦功耗μpv二、徑向軸承2/1/2023453、限制滑動速度v目的：防止v過高而加速磨損。已知：徑向載荷F，轉(zhuǎn)速n，寬徑比[v]，[p]，[pv]。求：保證混合潤滑條件下的軸頸直徑d=？解：1）由：綜合應(yīng)用：2）由：1)≤d≤2)∴４．選擇配合一般可選:H9/d9或H8/f7、H7/f62/1/202346三、推力軸承（方法同徑向軸承）（自學(xué)）結(jié)構(gòu)：空心、實心、單環(huán)、多環(huán)實心式：空心式：2/1/202347§12-7液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算一、動力潤滑的形成原理和條件二、流體動力潤滑基本方程——雷諾方程三、徑向滑動軸承動壓油膜的形成過程四、徑向滑動軸承主要幾何關(guān)系五、徑向滑動軸承工作能力計算簡介六、軸承參數(shù)的選擇七、液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計過程2/1/202348潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FFFF先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運動，板間充滿潤滑油，無載荷時，液體各層的速度呈三角形分布，進油量與出油量相等，板A不會下沉。但若板A有載荷時，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。vF流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷。動壓油膜----因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。

v

vvh1aah2ccvv兩平形板之間不能形成壓力油膜！如兩板不平行。板間間隙呈沿運動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷，當板A運動時，兩端速度若程虛線分布，則必然進油多而出油少。由于液體實際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進出油量相等，同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。Fpmax§12-7液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算一、動力潤滑的形成原理和條件2/1/202349形成動壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動芳方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。2/1/202350二、流體動力潤滑基本方程——雷諾方程1、建模為方便研究，作如下假設(shè)：研究對象：被潤滑油隔開作相對運動的兩剛體，一個以v運動，一個靜止。2/1/2023511）忽略p-η效應(yīng)（壓粘效應(yīng)）一般情況適用，對高副不適用（如齒輪）2）油沿z方向無流動，即無限寬軸承B→∞（無限寬）：一維方程3）層流（一般中高速情況；特高速“湍流”、“紊流”）4）油與表面吸附，一起運動或靜止即：油層流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(靜止板)5）不計油的慣性力和重力6）油不可壓縮：ρ=const端泄端泄BB為有限寬時：二維方程即層與層之間沒有物質(zhì)和能量的交換；2/1/2023522、油層的速度分布針對“連續(xù)介質(zhì)”，通過取“微單元體”手段：由于：2/1/202353流速方程：剪切流(直線分布)壓力流(拋物線分布)二次積分代入邊界條件：y=0，u=v；y=h，u=02/1/202354連續(xù)流動方程：任何截面沿x方向單位寬度流量qx相等設(shè)在最大油壓Pmax處，h=h0(即時，h=h0)，此時：∴一維雷諾方程（R·E）3、潤滑油流量2/1/2023554、油楔承載機理由R·E油壓變化與η、v、h有關(guān)p→積分→油膜承載能力→平衡外載當h＞h0時，，油壓為增函數(shù)；當h=h0時，，p=pmax；當h＜h0時，，油壓為減函數(shù)。可見，對收斂形油楔，油楔內(nèi)各處油壓大于入口、出口處油壓→正壓力→承載。2/1/202356任何截面處h=h0，=0，不能產(chǎn)生高于出口、入口處的油壓→不能承載。進口小、出口大，油壓p低于出口、入口壓力（負壓）→不能承載，相反使兩表面相吸?！舳迤叫校簐※若二滑動表面為擴散形：v在油楔中任意剖面的壓力沿x方向的變化值總為零，即油膜壓力p沿x方向沒有變化，則因油楔進口和出口處p＝0，所以油膜壓力皆為零，此時油楔就沒有承載能力。2/1/2023571、潤滑油有一定粘度η。2、有一定相對滑動速度v。承載能力∝v；3、相對滑動面之間必須形成收斂形間隙，即：油從大口流進，小口流出。（入口、出口處p＜油楔內(nèi)p）4、有足夠充分的供油量?！?，承載能力↑。η↑→液體動壓潤滑形成的必要條件：P2902/1/202358潘存云教授研制▲

軸承的孔徑D和軸頸的直徑d名義尺寸相等；直徑間隙Δ是公差形成的?！S頸上作用的液體壓力與F相平衡，在與F垂直的方向，合力為零?！S頸最終的平衡位置可用φa和偏心距e來表示?！S承工作能力取決于hlim，它與η、ω、Δ和F等有關(guān)，應(yīng)保證hlim≥[h]。F∑Fy=F∑Fx≠0∑Fy=F∑Fx=0三、徑向滑動軸承動壓油膜的形成過程靜止→爬升→將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高→質(zhì)心左移→穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達到工作轉(zhuǎn)速e----偏心距eφahlim2/1/2023591、固定參數(shù)R——軸承孔半徑（D）；r——軸頸半徑（d）；半徑間隙：（直徑間隙）；相對間隙：；寬徑比：B/d。四、徑向滑動軸承主要幾何關(guān)系Dd2/1/2023602、動態(tài)參數(shù)（變參數(shù)）偏心距：偏心率：表示偏心程度最小油膜厚度：（χ↑→hmin↓）任一位置φ處，油膜厚度h：∴偏位角θ：連心線與外載F方向之間的夾角。hlimeφah0hDd在三角形中有：R2

＝e2+（r+h)2–2e(r+h)cosv穩(wěn)定工作位置如圖所示，連心線與外載荷的方向形成一偏位角，定義連心線OO1為極坐標的極軸：壓力最大處的油膜厚度：φ0為壓力最大處的極角。2/1/202361五、徑向滑動軸承工作能力計算簡介α—軸承包角，軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對應(yīng)的角度。α1+α2—承載油膜角φ1—油膜起始角φ2—油膜終止角p=pmax處：h=h0，φ=φ0φ—從起至任意膜厚處的油膜角。1.軸承的承載量計算和承載量系數(shù)2/1/202362當B=∞，即無限寬軸承時，油沿軸向無流動，一維R·E轉(zhuǎn)換為極坐標：得：積分一次得任意φ處的油膜壓力pφ：2/1/202363積分可得軸承單位寬度上的油膜承載力：在外載荷方向的分量：理論上只要將py乘以軸承寬度就可得到油膜總承載能力，但在實際軸承中，由于油可能從軸承兩端泄漏出來，考慮這一影響時，壓力沿軸向呈拋物線分布。2/1/202364潘存云教授研制潘存云教授研制油膜壓力沿軸向的分布：理論分布曲線----水平直線，各處壓力一樣；實際分布曲線----拋物線且曲線形狀與軸承的寬徑比B/d有關(guān)。FdD

B

B

FdDB/d=1/4FdDB/d=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1潘存云教授研制FdD……B/d=∞

2/1/202365潘存云教授研制潘存云教授研制油膜沿軸承寬度上的壓力分布表達式為：py為無限寬度軸承沿軸向單位寬度上的油膜壓力；C’為取決于寬徑比和偏心率的系數(shù);對于有限寬度軸承，油膜的總承載能力為式中Cp為承載量系數(shù)，計算很困難，工程上可查表確定。dDFyz

B

或解釋這些參數(shù)的含義↓，η↑—承載能力↑2/1/202366單位：F—N，B、d—m，η—Pa·s，ω—rad/s軸承實際承載能力小于上式（端泄）計入端泄時：B/d↓—端泄↑—Cp↓其它參數(shù)相同時，Cp↓—F↓，承載力↓B/d一定：χ↑—Cp↑—F↑，∴hmin↓但保證流體動力潤滑：↓，η↑—承載能力↑∵2/1/202367表12-8有限寬度滑動軸承的承載量系數(shù)Cp0.30.40.50.60.650.70.750.800.850.900.9250.950.9750.990.30.0520.08260.1280.2030.2590.3470.4750.6991.1222.0743.3525.7315.1550.520.40.08930.1410.2160.3390.4310.5730.7761.0791.7753.1955.0558.39321.0065.260.50.1330.2090.3170.4930.6220.8191.0981.5722.4284.2616.61510.70625.6275.860.60.1820.2830.4270.6550.8191.0701.4182.0013.0365.2147.95612.6429.1783.210.60.2340.3610.5380.8161.0141.3121.7202.3993.5806.0299.07214.1431.8888.900.70.2870.4390.6470.9721.1991.5381.952.7544.0536.7219.99215.3733.9992.890.80.3390.5150.7541.1181.3711.7452.2483.0674.4597.29410.75316.3735.6696.350.90.3910.5890.8531.2531.5281.9292.4693.3724.8087.77211.3817.1837.0098.951.00.4400.6580.9471.3771.6692.0972.6643.5805.1068.18611.9117.8638.12101.151.10.4870.7231.0331.4891.7962.2472.8383.7875.3648.53312.3518.4339.04102.901.20.5290.7841.1111.5901.9122.3792.9903.9685.5868.83112.7318.9139.81104.421.30.6100.8911.2481.7632.0992.6003.2424.2665.9479.30413.3419.6841.07106.841.40.7631.0011.4832.0702.4462.9813.6714.7786.5410.09114.3420.9743.11110.79承載量系數(shù)Cp相對偏心率χB/dχ↑——Cp↑2/1/2023682、最小油膜厚度hmin的確定動力潤滑軸承的設(shè)計應(yīng)保證：hmin≥[h]其中：[h]=S(Rz1+Rz2)S——安全系數(shù)，常取S≥2。一般軸承可取為3.2μm和6.3μm，或1.6μm和3.2μm。重要軸承可取為0.8μm和1.6μm，或0.2μm和0.4μm。Rz1、Rz2——分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點高度?？紤]表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等加工方法、表面粗糙度及表面微觀不平度十點高度Rz加工方法表面粗糙度代號研磨、拋光、超精加工等Rz/μm106.33.21.60.80.40.20.10.05鉆石刀鏜頭、鏜磨鉸、精磨，刮(每平方厘米3~5個點)精車或精鏜，中等磨光，刮(每平方厘米1.5~個點)3.21.60.80.40.20.10.050.0250.0122/1/2023693、軸承的熱平衡計算熱平衡方程：產(chǎn)生的熱量=散失的熱量Q=Q1+Q2

其中，摩擦熱：Q=fρvW式中:q----潤滑油流量m3/s；ρ----滑油密度kg/m3；c

----潤滑油的比熱容，J/(kg.℃)；ti----油出口溫度℃；to----油入口溫度℃；α3----表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m2.℃)。滑油帶走的熱：Q1=qρc(to-ti)W軸承散發(fā)的熱：Q2=α3πdB(to-ti)W2/1/202370溫升公式：其中----潤滑油流量系數(shù)；0.30.40.50.60.70.80.9χ

0.240.220.200.180.160.140.120.100.080.060.04qψvBd－=0.4Bd1.32.01.51.00.80.70.60.50.92/1/202371摩擦系數(shù)：系數(shù)ξ與寬徑比有關(guān)，若B/d<1，則ξ=(B/d)1.5

若B/d≥1，則ξ=1由于軸承內(nèi)部各處溫度不一樣，計算時采用平均溫度:為了保證軸承能正常，其平均溫度:tm≤70~80℃

設(shè)計時，應(yīng)使進油溫度:ti=tm-?t/2≤35~40℃

當ti>35~40℃時，表明軸承承載能力有冗余，可采取如下措施：

▲增大表面粗糙度，以降低成本；▲減小間隙，提高旋轉(zhuǎn)精度；▲加寬軸承，充分利用軸承的承載能力。2/1/202372潘存云教授研制潘存云教授研制當t1>35~40℃時，表明軸承的承載能力不足，可采取如下措施：▲加散熱片，以增大散熱面積；▲在保證承載能力的不下降的條件下，適當增大軸承間隙；▲提高軸和軸承的加工精度。油泵冷卻器冷卻水風(fēng)冷▲增加冷卻裝置：加風(fēng)扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻；2/1/202373六、軸承參數(shù)的選擇取值范圍：B/d=0.3~1.5

影響效果：B/d小，有利于提高穩(wěn)定性，增大端排泄量以降低溫度；B/d大，增大軸承的承載能力。0.6~1.5----電動機、發(fā)電機、離心機、齒輪變速器;1、寬徑比B/d

應(yīng)用:B/d=

0.3~1.0----汽輪機、鼓風(fēng)機;0.8~1.2----機車、拖拉機;0.6~0.9----軋鋼機。2、相對間隙ψ

影響因素：載荷和速度，軸徑尺寸，寬度/直徑，調(diào)心能力，加工精度。2/1/202374應(yīng)用:ψ=

0.001~0.0002----汽輪機、電動機、發(fā)電機、齒輪變速器;0.0002~0.0015----軋鋼機鐵路機車輛；0.0002~0.00125----機床、內(nèi)燃機。0.0002~0.00125----鼓風(fēng)機、離心機。一般軸承，按如下經(jīng)驗公式計算：高速：發(fā)熱嚴重—使ψ↑—q↑—端泄↑，溫升↓重載：↑承載能力—選ψ↓2/1/2023753、潤滑油粘度η

▲η對承載能力，功耗、溫升都有影響；▲根據(jù)平均溫度：tm=(ti+to)/2決定潤滑油粘度；▲設(shè)計時假設(shè)，tm=50~75℃，計算所得應(yīng)在：ti=35~40℃；▲初始計算時，可?。害恰狥↑—承載能力