滑動(dòng)軸承工作能力設(shè)計(jì)

關(guān)于滑動(dòng)軸承工作能力設(shè)計(jì)第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二象滾動(dòng)軸承一樣，滑動(dòng)軸承也是支承軸的部件。

主要的結(jié)構(gòu)型式為整體式對(duì)開式（剖分式）整體式徑向滑動(dòng)軸承螺紋孔軸承座軸套缺點(diǎn)：1）磨損后，間隙過大無法調(diào)整；

2）裝拆不便（只能從端部裝拆）適用場(chǎng)所：多用于低速、輕載或間歇性工作場(chǎng)所（非液體潤(rùn)滑）9.1概述第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承便于對(duì)中和和防止橫向錯(cuò)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：

1)裝拆方便

2)軸瓦磨損后可用減少剖分面處的墊片厚度來調(diào)整軸承間隙FF第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承軸承座剖分軸瓦聯(lián)接螺栓螺紋孔剖分面軸承蓋第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二對(duì)開式調(diào)心軸承凸球面瓦背凹球面支承面整體軸套軸承襯第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二滑動(dòng)軸承的分類按承受載荷分徑向滑動(dòng)軸承推力滑動(dòng)軸承按潤(rùn)滑承載機(jī)理分

非流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓軸承液體靜壓軸承流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承相比，滑動(dòng)軸承的主要特點(diǎn)

（1）適于工作轉(zhuǎn)速特高、較低的場(chǎng)所；（3）適于具有特大沖擊載荷和振動(dòng)的場(chǎng)所；（5）適于對(duì)徑向尺寸有限制的場(chǎng)所；（4）適于軸承必須剖分安裝的場(chǎng)所（如曲軸支承）；（6）適于在水或腐蝕性介質(zhì)中工作。（2）能保證軸的支承位置特別精確；第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二9.2軸承材料對(duì)軸承材料的要求1）良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性;2）良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性;3）足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性;常用軸承材料金屬材料如軸承合金、銅合金、鋁基合金和鑄鐵等；多孔質(zhì)金屬材料；非金屬材料如工程塑料、碳—石墨等。4）良好的導(dǎo)熱性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性。第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二1）巴氏合金錫基合金―以錫為軟基體，內(nèi)含錫或銅硬顆粒鉛基合金―以鉛為軟基體，內(nèi)含錫或銅硬顆粒巴氏合金的優(yōu)點(diǎn)：耐磨性、順應(yīng)性、嵌藏性好巴氏合金（也稱為軸承合金）的缺點(diǎn)：強(qiáng)度低2）銅合金錫青銅―ZQSn10-1、ZQSn6-6-3等；鉛青銅―ZQPb30等；鋁青銅―ZQAl9-4等。銅合金既可做軸瓦，也可做軸承襯第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二3）鋁基軸承合金―具有較高的強(qiáng)度和耐腐蝕性，且價(jià)格較軸承合金和銅合金便宜，故應(yīng)用廣泛。4）灰鑄鐵及耐磨鑄鐵―一般用于低速輕載和不受沖擊載荷的場(chǎng)所。

5）多孔質(zhì)金屬材料（粉末冶金）―由不同的金屬粉末加上硫錫、鉛及石墨混合后高壓成型，再經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成的多孔性結(jié)構(gòu)材料，所制成的軸承也稱含油軸承。6）非金屬材料―塑料、橡膠、硬木等第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二9.3混合潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的工作能力設(shè)計(jì)混合摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)―非完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)保證的工作條件為：邊界膜不遭破壞，維持摩擦表面有潤(rùn)滑油存在。徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算（1）驗(yàn)算軸承的平均壓力P（為限制過度磨損）B―軸承寬度（根據(jù)寬徑比B/d）確定；―軸瓦材料的許用壓力，Mpa;（

其值見表9.1）1.混合潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的工作能力設(shè)計(jì)F—作用在軸承上的徑向載荷，N；第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二（2）驗(yàn)算軸承的PV（為限制軸承溫升）（3）驗(yàn)算軸承的滑動(dòng)速度V（為限制加速磨損）V―軸徑圓周速度，即滑動(dòng)速度。―軸承材料的PV許用值，Mpa ．m/s。（其值見表9.1）―許用滑動(dòng)速度，m/s，（其值見表9.1）n—軸頸的轉(zhuǎn)速，r/min；第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二例題9.1處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)的徑向滑動(dòng)軸承，徑向外載荷為3.0kN，軸頸的轉(zhuǎn)速為1000r/min，工作溫度最高為130℃，軸頸允許的最小直徑為65mm。試設(shè)計(jì)此軸承。解：（1）初取軸承的內(nèi)徑D=75mm。（3）軸承的工作能力計(jì)算：（2）設(shè)軸承的寬徑比B/D=1，則軸承的寬度B=D=75mm。1）平均壓強(qiáng)的計(jì)算2）速度計(jì)算第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二3）pv值計(jì)算

4）查表9.1根據(jù)計(jì)算的工作參數(shù)可選擇錫青銅，牌號(hào)為

ZCuSn10P1。其相應(yīng)的最大許用值為：＜＜＜軸承的工作能力滿足要求。第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2.混合潤(rùn)滑推力軸承的工作能力設(shè)計(jì)（1

）校驗(yàn)平均壓強(qiáng)P（為限制過度磨損）―軸承孔直徑，mm；―軸環(huán)直徑，mm；―軸向載荷，N；―推力環(huán)的數(shù)目；k―考慮承載面積因油溝而減少的系數(shù)，隨油溝的數(shù)目與寬度的不同取

k=0.8~0.9。第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二（2）校驗(yàn)pv值（為限制軸承的溫升）V—推力軸頸平均直徑上的圓周速度，m/s。[p]、[pv]—所用材料的許用值，見表9.1。★對(duì)于多環(huán)軸承因各環(huán)受力不均，這些許用值比表9.1中值要降低20%~30%。第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二uy9.4流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的工作能力設(shè)計(jì)1.流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的機(jī)理推導(dǎo)基本方程的合理假設(shè)：1）流體為牛頓流體；2）流體為層流流動(dòng)；3）流體不可壓縮；4）忽略流體的慣性力和重力；5）沿膜厚方向油膜壓力不變。xzz2121第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二uyxz對(duì)微單元油膜求X方向的平衡方程，得：整理后得：（9.6）第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二假設(shè)流體為牛頓流體，則有物理方程：將式（9.7）代入式（9.6），得：

（9.8）（9.7）將式（9.8）積分，得到油膜沿著膜厚方向（z軸）的速度分布:

根據(jù)邊界條件：

z=h時(shí)，u=0；z=0時(shí)，u=Uh。則積分常數(shù)C1、C2分別為:

；第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二潤(rùn)滑油單位時(shí)間內(nèi)沿x方向，流過任意截面單位寬度面積的體積流量為：假設(shè)潤(rùn)滑油沿y軸不流動(dòng)（無端泄），且不可壓縮流體流量是連續(xù)的，則在任何截面上的qx都是常數(shù)，即:整理后得:一維雷諾方程

第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二由一維雷諾方程可得出形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜壓力的基本條件：（4）有足夠充足的供油量。（1）潤(rùn)滑油要具有一定的粘度。（2）兩摩擦表面要具有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度。（3）相對(duì)滑動(dòng)的表面要形成收斂的楔形間隙。uhh＞h0h＜h0h＞h0h＜h0h=h0，速度分布zh1h0h2x第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二（2）（b）圖為軸頸開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速極低，帶入軸承間隙中的油量較少，軸瓦給軸頸的摩擦力與軸頸表面圓周速度相反，迫使軸頸沿孔壁向左爬升；2流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承的主要幾何參數(shù)d徑向滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的的過程D（1）（a）圖為軸頸靜止時(shí)，軸頸在最低位置與軸瓦接觸；（b）（3）隨著軸頸轉(zhuǎn)速增大，帶入楔形空間的潤(rùn)滑油增加，動(dòng)力油膜將軸頸向右浮起。FωFfωFFfωF（a）F（c）ωFωF第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二徑向滑動(dòng)軸承的主要幾何參數(shù)直徑間隙：半徑間隙：（1）相對(duì)間隙：偏心距：Pmax（2）偏心率：Ddoωeo1第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二o1Pmaxoβθ（3）偏位角θ和軸承包角β徑向滑動(dòng)軸承穩(wěn)定工作時(shí)，徑向外載荷F與軸承孔和軸頸中心連心線之間的夾角θ稱為偏位角F軸承包角β一般為120°和180°（4）最小油膜厚度hmin（5）承載區(qū)內(nèi)任意處的油膜厚度hφe第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二3流體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承的工作能力設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承的失效形式1）磨粒磨損：由殘留切屑或潤(rùn)滑油中的污物顆粒造成；5）刮傷：由硬顆?；蜉S徑表面的粗糙輪廓峰頂引起。2）膠合：溫升過高使軸承和軸頸發(fā)生膠合導(dǎo)致粘著磨損；4）疲勞剝落：接觸變應(yīng)力反復(fù)作用的結(jié)果；3）腐蝕磨損

潤(rùn)滑油在使用過程中生成酸性物質(zhì)或生成黑色硬質(zhì)氧化蝕導(dǎo)致點(diǎn)狀剝落和腐蝕磨損；★前三項(xiàng)為主要失效形式。第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證軸承具有一定承載能力的同時(shí)嚴(yán)格控制溫升。（1）承載量的設(shè)計(jì)流體動(dòng)壓潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承，取其承載量為：η—潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度，Pa·s；ω—軸頸的角速度，rad/s。CP

—承載系數(shù)式中：承載系數(shù)CP越大，承載能力越大。第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二B/dχ0.30.40.50.60.650.70.750.800.850.30.05220.08260.1280.2030.2590.3470.4750.6991.1220.40.08930.1410.2160.3390.4310.5730.7761.0791.7750.50.1330.2090.3170.4930.6220.8191.0981.5722.4280.60.1820.2830.4270.6550.8191.0701.4182.0013.0360.70.2340.3610.5380.8161.0141.3121.7202.3993.5800.80.2870.4390.6470.9721.1991.5381.9652.7544.0530.90.3390.5150.7541.1181.3711.7452.2483.0674.4591.00.3910.5890.8531.2531.5281.9292.4693.3724.808表9.2

有限寬軸承的承載量系數(shù)CP

（節(jié)選）比較軸承的承載量系數(shù)CP和寬徑比B/d、偏心率χ間的關(guān)系。第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二★但最小油膜厚度hmin受到軸頸和軸承表面粗造度、軸的剛性及軸承與軸頸的幾何形狀誤差等的限制。應(yīng)滿足：★偏心率x愈大則hmin愈小，軸承的承載能力就愈大。―分別為軸、軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度。S―安全系數(shù)，常取S≥2。第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二（3）軸承的熱平衡計(jì)算溫升的原因：軸承工作時(shí)摩擦功耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?使?jié)櫥蜏囟壬摺厣^高的后果：軸承承載能力降低。―軸承摩擦所產(chǎn)生的熱量；―流出的油帶走的熱量；―軸承表面通過輻射和傳導(dǎo)散發(fā)的熱量。熱平衡計(jì)算的目的：將軸承的溫升限制在允許的范圍內(nèi)。達(dá)到熱平衡狀態(tài)的條件為：第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二

q—潤(rùn)滑油流量，按潤(rùn)滑油流量系數(shù)求出，m3/s；

ρ—潤(rùn)滑油的密度，對(duì)礦物油為850~900kg/m3；

c—潤(rùn)滑油的比熱容，對(duì)礦物油為1675~2090J/(Kg·℃)；

t0—油的出口溫度，℃；

t1—油的入口溫度，通常由于冷卻設(shè)備的限制，取為35~40℃；αS—為軸承的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（取值見教材）；

B―軸承寬度（根據(jù)寬徑比B/d）確定；

d―軸的直徑。熱平衡條件：

Q=Q1+Q2

即第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二―潤(rùn)滑油流量―潤(rùn)滑油的密度―潤(rùn)滑油的比熱容―油的出口溫度―油的進(jìn)口溫度―軸承的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)——潤(rùn)滑油流量系數(shù)。，，=潤(rùn)滑油的溫度差，單位為°C。第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二―摩擦系數(shù)（當(dāng)B/d＜1）（當(dāng)B/d≥1）軸承承載能力計(jì)算時(shí)，涉及到的幾種溫度及其關(guān)系潤(rùn)滑油的入口溫度，單位為°C。潤(rùn)滑油的出口溫度，單位為°C。潤(rùn)滑油的溫度差，單位為°C。潤(rùn)滑油的平均溫度，單位為°C，是計(jì)算承載能力的依據(jù)注意：潤(rùn)滑油從入口到出口的過程溫度逐漸升高。tm的具體要求請(qǐng)見教材第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先給定平均溫度tm然后計(jì)算：=再計(jì)算入口溫度：當(dāng)：軸承不易達(dá)到熱平衡狀態(tài)，應(yīng)加大間隙并適當(dāng)降低軸瓦表面粗糙度，再行計(jì)算。軸承易達(dá)到熱平衡狀態(tài)，軸承承載能力富裕，可適當(dāng)加大軸瓦表面粗糙度，再行計(jì)算。第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二（4）參數(shù)選擇①寬徑比B/d一般軸承的寬徑比B/d的范圍：0.3~1.5寬徑比?。骸龃蠖诵沽拷档蜏囟取！\(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性好?！休d能力下降。PPFF寬徑比大：▲端泄速度慢，不利于散熱?！鴮挾菳大，支承剛度好?！休d能力大。高速軸承B/d宜選較小值；有支承剛度要求B/d宜選較大值詳細(xì)內(nèi)容見教材FF第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二不同寬徑比軸承的壓力分布dDwB=131==12（a）F（a）圖：周向分布（b）圖：軸向分布Bd=14（b）Bd=∞第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二②相對(duì)間隙ψ一般軸承選取ψ的經(jīng)驗(yàn)公式：ψ選取的依據(jù)：載荷和速度n——軸頸轉(zhuǎn)速，r/min?！d荷大，ψ選小值（hmin?。D(zhuǎn)速高，ψ選大值，端泄速度高，散熱快。詳細(xì)內(nèi)容見教材

理論相對(duì)間隙：第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二

③

軸承的動(dòng)力粘度η軸承的動(dòng)力粘度η對(duì)軸承的承載能力、功耗和溫升影響很大。平均溫度tm過低，粘度η較大，算出的承載能力偏高，反之承載能力偏低。計(jì)算時(shí)，應(yīng)先初選平均溫度tm=50~75°C步驟：初選tm初選η驗(yàn)算ti如不滿足ti=35~40°C

，應(yīng)重新選擇動(dòng)力粘度η再做計(jì)算第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二粘度η的兩種計(jì)算方法（a）方法一（一般軸承初選粘度η步驟）▲再按公式（4-4，P53）：（b）方法二▲根據(jù)軸承平均溫度tm（一般tm=50~75°C）初選運(yùn)動(dòng)粘度ν

；tm=（

35~40°C）▲根據(jù)軸頸轉(zhuǎn)速n初選粘度η′：▲根據(jù)η驗(yàn)算運(yùn)動(dòng)粘度ν:▲根據(jù)運(yùn)動(dòng)粘度ν驗(yàn)算平均溫度:▲完成設(shè)計(jì)后再按熱平衡條件驗(yàn)算軸承的入口溫度ti

并應(yīng)使：ti=（

35~40°C）第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二例題9.2

設(shè)計(jì)一機(jī)床的液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承，載荷垂直向下，工作情況穩(wěn)定，采用對(duì)開式軸承。已知工作載荷F=100000N，軸頸直徑d=200mm，轉(zhuǎn)速n=500r/min，在水平剖分面單側(cè)供油。解：1．選擇軸承寬度、軸瓦材料、潤(rùn)滑油牌號(hào)及配合（1）選擇軸承寬度根據(jù)機(jī)床軸承常用的寬徑比范圍，取寬徑比為1。則軸承寬度（2）按非液體滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則選擇軸瓦材料

1）計(jì)算軸頸圓周速度2）計(jì)算軸承工作壓力第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2）計(jì)算相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)粘度取潤(rùn)滑油密度3）計(jì)算PV值查表9.1，軸承材料為ZCuSn10P1。（3）選擇潤(rùn)滑油牌號(hào)1）初估潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度由式（9.24）：由式（2.7）：第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二3）選定平均油溫現(xiàn)選平均油溫1）估算相對(duì)間隙由式（9.23）取ψ為0.00125（4）選擇配合2）估算直徑間隙根據(jù)直徑間隙△=0.25mm，按GB/T1801-1999選配合查得軸承孔尺寸公差為:，軸頸尺寸公差為:。第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期二2．潤(rùn)滑狀態(tài)的計(jì)算（1）計(jì)算最大、最小間隙（2