滑动轴承-机械设计.ppt

第第12章章 滑动轴承滑动轴承12-1 滑动轴承概述滑动轴承概述12-2 滑动轴承的典型结构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滑动轴承的失效形式及常用材料12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 12-5 滑动轴承润滑剂的选择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其它形式滑动轴承简介青岛科技大学专用 潘存云教授研制 分分类类滚动轴承滚动轴承轴承的功用：轴承的功用：用来用来支承轴及轴上零件支承轴及轴上零件。滑动轴承滑动轴承优点多，应用广优点多，应用广用于高速、高精度、重载、用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。结构上要求剖分等场合。12-1 滑动轴承概述滑动轴承概述 1能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。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。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。具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。一、轴承的基本要求一、轴承的基本要求 二、轴承的分类二、轴承的分类 按摩擦按摩擦性质分性质分按受载按受载方向分方向分按润滑按润滑状态分状态分向心推力(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不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承青岛科技大学专用 潘存云教授研制 三、滑动轴承的应用领域三、滑动轴承的应用领域 1.1.工作转速特高的轴承，工作转速特高的轴承，汽轮发电机汽轮发电机；2.2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床如精密磨床；3.3.特重型的轴承特重型的轴承，如水轮发电机，如水轮发电机；4.4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如，如破碎机破碎机；5.5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承，如曲轴轴承；6.6.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承，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如舰艇螺旋桨推进器的轴承；7.7.轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。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。如多辊轧钢机。四、滑动轴承的设计内容四、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。工作能力及热平衡计算。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 一、一、向心滑动轴承向心滑动轴承组成：组成：轴承座、轴套或轴瓦等。轴承座、轴套或轴瓦等。12-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式油杯孔油杯孔轴承轴承1)1)结构简单，成本低廉。结构简单，成本低廉。应用：应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。低速、轻载或间歇性工作的机器中。2)2)因磨损而造成的间隙无法调整。因磨损而造成的间隙无法调整。3)3)只能从沿轴向装入或拆。只能从沿轴向装入或拆。1)整体式向心滑动轴承整体式向心滑动轴承 轴承座轴承座特点：特点：青岛科技大学专用 潘存云教授研制 将轴承座或轴瓦分离制将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。造，两部分用联接螺栓。剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承螺纹孔螺纹孔轴承座轴承座轴承盖轴承盖联接螺栓联接螺栓剖分轴瓦剖分轴瓦2)剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承 特点：特点：结构复杂，可以结构复杂，可以调整因磨损而造成的间调整因磨损而造成的间隙，安装方便。隙，安装方便。应用场合：应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器。低速、轻载或间歇性工作的机器。榫口榫口青岛科技大学专用 潘存云教授研制 作用：作用：用来承受轴向载荷用来承受轴向载荷 二、二、推力滑动轴承推力滑动轴承 结构形式：结构形式：21F1F2F21F21空心式空心式-轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比 实心式要好。实心式要好。单环式单环式-利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑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。方便，广泛用于低速、轻载的场合。多环式多环式-不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受 双向轴向载荷。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%。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 结构特点：结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在轴的端面、轴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。其数量一般为一般为612。-倾角固定，顶部预留平台倾角固定，顶部预留平台，类型类型固定式固定式可倾式可倾式用来承受停车后的载荷。-倾角随载荷、转速自行倾角随载荷、转速自行 调整，性能好。调整，性能好。FF巴氏合金巴氏合金绕此边线自绕此边线自行倾斜行倾斜F青岛科技大学专用 潘存云教授研制 12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料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一、滑动轴承常见失效形式磨粒磨损磨粒磨损-进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转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。动，对轴承表面起研磨作用。刮伤刮伤-进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微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。观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。胶合胶合-当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或当瞬时温升过高，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，造成轴供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。承损伤。疲劳剥落疲劳剥落-在载荷得反复作用下，轴承表面出现与在载荷得反复作用下，轴承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。滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。腐蚀腐蚀-润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物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。质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 微动磨损微动磨损-发生在名义上相对静止，实际上存在循发生在名义上相对静止，实际上存在循环环 的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。其它失效形式其它失效形式:气蚀气蚀-气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；流体侵蚀流体侵蚀-流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；电侵蚀电侵蚀-电化学或电离作用引起的机械磨损；电化学或电离作用引起的机械磨损；轴瓦失效实例轴瓦失效实例:轴瓦磨损轴瓦磨损 表面划伤表面划伤 疲劳点蚀疲劳点蚀 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 汽车用滑动轴承故障原因的平均比率汽车用滑动轴承故障原因的平均比率其它其它气蚀气蚀制造精度低制造精度低腐蚀腐蚀故障原因故障原因6.06.08.18.115.915.911.111.138.338.3比率比率6.76.72.82.85.55.55.65.6比率比率超载超载对中不良对中不良安装误差安装误差润滑油不足润滑油不足不干净不干净故障原因故障原因二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料(一一)轴承材料性能的要求轴承材料性能的要求1)1)减摩性减摩性-材料副具有较低的摩擦系数。材料副具有较低的摩擦系数。2)2)耐磨性耐磨性-材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。3)3)抗胶合抗胶合-材料的耐热性与抗粘附性。材料的耐热性与抗粘附性。4)4)摩擦顺应性摩擦顺应性-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。面初始配合不良的能力。5)5)嵌入性嵌入性-材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面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。发生刮伤或磨粒磨损的性能。6)6)磨合性磨合性-轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻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。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。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组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。合在一起，性能上取长补短。轴承衬轴承衬 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热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。性、工艺性和经济性。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。滑滑动动轴轴承承材材料料 金属材料金属材料 非金属材料非金属材料 轴承合金轴承合金铜合金铜合金铝基轴承合金铝基轴承合金铸铁铸铁多孔质金属材料多孔质金属材料 工程塑料工程塑料碳碳石石墨墨橡胶橡胶木材木材(二二)常用轴承材料常用轴承材料青岛科技大学专用 潘存云教授研制 1)轴承合金（白合金、巴氏合金）轴承合金（白合金、巴氏合金）是锡、铅、锑、铜等金属的合金，是锡、铅、锑、铜等金属的合金，锡或铅为基体。锡或铅为基体。优点：优点：f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐小，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、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。重载的轴承。缺点：缺点：价格贵、机械强度较差；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。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：工作温度：t120 由于巴式合金熔点低青岛科技大学专用 潘存云教授研制 2）铜合金）铜合金 优点：优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性 都优于轴承合金。工作温度高达都优于轴承合金。工作温度高达250。缺点：缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。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。或铸铁轴瓦上。铝青铜铝青铜铅青铜铅青铜锡青铜锡青铜 中速重载中速重载中速中载中速中载低速重载低速重载3）铝基合金）铝基合金 铝锡合金：铝锡合金：有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，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。金与青铜。4)铸铁：铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。用于不重要、低速轻载轴承。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 含油轴承：含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组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。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)多孔质金属材料多孔质金属材料 橡胶轴承：橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平具有较大的弹性，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。机等有泥沙的场合。工程塑料：工程塑料：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、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。耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。缺点：缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此导热性差、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。缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。6)非金属材料非金属材料 碳碳-石墨：石墨：是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境中。于不良环境中。木材：木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 表表12-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能青岛科技大学专用 潘存云教授研制 续表续表12-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能青岛科技大学专用 潘存云教授研制 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类整体式整体式对开式对开式按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类需从轴端安装和拆需从轴端安装和拆卸，可修复性差。卸，可修复性差。可以直接从轴的中可以直接从轴的中部安装和拆卸，可部安装和拆卸，可修复。修复。轴轴瓦瓦的的类类型型整体轴套整体轴套对开式轴瓦对开式轴瓦 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型厚壁厚壁 薄壁薄壁 薄壁轴瓦薄壁轴瓦厚壁轴瓦厚壁轴瓦整体式整体式对开式对开式节省材料，但刚度不节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的足，故对轴承座孔的加工精度要求高加工精度要求高 。具有足够的强度和刚具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。孔的加工精度要求。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型单材料单材料多材料多材料单一材料单一材料 两种材料两种材料 强度足够的材料可强度足够的材料可以直接作成轴瓦，以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作故采用多材料制作轴瓦。轴瓦。厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式青岛科技大学专用 潘存云教授研制 12-4 滑动轴承轴瓦结构滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构一、轴瓦的形式和结构 按构造按构造分类分类按加工按加工分类分类按尺寸按尺寸分类分类按材料按材料分类分类轴轴瓦瓦的的类类型型铸造轴瓦铸造轴瓦 卷制轴套卷制轴套 铸造铸造 轧制轧制 铸造工艺性好，铸造工艺性好，单件、大批生产单件、大批生产均可，适用于厚均可，适用于厚壁轴瓦。壁轴瓦。只适用于薄壁轴只适用于薄壁轴瓦，具有很高的瓦，具有很高的生产率。生产率。单材料单材料多材料多材料厚壁厚壁 薄壁薄壁 整体式整体式对开式对开式青岛科技大学专用 潘存云教授研制-将轴瓦一端或两端做凸缘。将轴瓦一端或两端做凸缘。凸缘定位凸缘定位 二、轴瓦的定位方法二、轴瓦的定位方法 轴向轴向定位定位凸耳凸耳(定位唇定位唇)定位定位 凸耳凸缘目的：目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相 对移动。对移动。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 紧定螺钉紧定螺钉 周向定位周向定位销钉销钉 三、轴瓦的油孔和油槽三、轴瓦的油孔和油槽 作用：作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。进油孔进油孔油槽油槽F青岛科技大学专用 潘存云教授研制 开孔原则：开孔原则：形式：形式：按油槽走向分按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。旋线等。F2)轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。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；油膜的承载能力；双轴向油槽开在双轴向油槽开在轴承剖分面上轴承剖分面上单轴向油槽在最单轴向油槽在最大油膜厚度处大油膜厚度处a青岛科技大学专用 潘存云教授研制 45 宽径比宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。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。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。于形成动压油膜，又起冷却作用。Bd青岛科技大学专用 潘存云教授研制 12-5 滑动轴承润滑剂的选择滑动轴承润滑剂的选择 一、一、概述概述 作用：作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体液体润滑剂润滑剂-润滑油润滑油半固体半固体润滑剂润滑剂-润滑脂润滑脂固体固体润滑剂润滑剂二、润滑脂及其选择二、润滑脂及其选择 特点：特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。适用场合适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。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。品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：选择原则：青岛科技大学专用 潘存云教授研制 当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的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。品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：选择原则：所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。，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。钙基润滑脂。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 表表12-4 滑动轴承润滑脂的选择滑动轴承润滑脂的选择 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 但但p 10 Mpa时可忽略。时可忽略。变化很小0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 9090润滑油的特性：润滑油的特性：1）温度）温度 t 2）压力）压力p 选用原则：选用原则：1)载荷大、转速低的轴承，载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；宜选用粘度大的油；2)载荷小、转速高的轴承，载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；宜选用粘度小的油；粘粘-温温图图 L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32二、润滑油及其选择二、润滑油及其选择3)高温时，粘度应高一些；高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。低温时，粘度可低一些。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 表表12-5 12-5 滑动轴承润滑油的选择滑动轴承润滑油的选择 0.1 L-AN68、110、150 9.0 L-AN7、10、15 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 m/s p 3 Mpa m/s p(37.5)Mpa 注：注：1）表中润滑油是以）表中润滑油是以40时的运动粘度为基础的牌号时的运动粘度为基础的牌号 2）不完全液体润滑，工作温度）不完全液体润滑，工作温度350 才开始氧化，才开始氧化，可在水中工作。可在水中工作。-摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系数低，使用温度范围广 (-60300)，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.调和在润滑油中；调和在润滑油中；2.2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；3.3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。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三、固体润滑剂及其选择特点特点：可在滑动表面形成固体膜。可在滑动表面形成固体膜。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑动轴承的设计计算一、一、失效形式与设计准则失效形式与设计准则 工作状态工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴因采用润滑脂、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，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。工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。失效形式失效形式：边界油膜破裂。边界油膜破裂。设计准则设计准则：保证边界膜不破裂。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：校核内容：验算摩擦发热验算摩擦发热pvpv；验算滑动速度验算滑动速度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。验算平均压力验算平均压力 p p，以保证强度要求；，以保证强度要求；青岛科技大学专用 潘存云教授研制 二、二、径向滑动轴承的设计计算径向滑动轴承的设计计算 已知条件：已知条件：外加径向载荷外加径向载荷F(N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm)及及 轴颈直径轴颈直径d(mm)验算及设计验算及设计：p v轴颈圆周速度，轴颈圆周速度，m/s；B-轴瓦宽度，轴瓦宽度，p-许用压强。许用压强。见下页 p=pFBdFdn pv轴承材料的许用值。轴承材料的许用值。见下页 pv=FBddn60 1000pvn轴速度，轴速度，m/s；青岛科技大学专用 潘存云教授研制 V 表表12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料及其代号材料及其代号铸锡锑轴承合金铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6铸铅锑轴承合金铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5铸铝青铜铸铝青铜ZCuAl10Fe3pMpapvMpa.m/s平稳平稳冲击冲击25202015HBS金属型金属型 砂型砂型最高工作最高工作温度温度轴径硬度轴径硬度150HBS150HBS150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC150150150150280280280280280280272730309090808065656060110110100100151515158 815151010151515151212 v材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度v v青岛科技大学专用 潘存云教授研制 表表12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能青岛科技大学专用 潘存云教授研制 选择配合选择配合一般可选一般可选:H9/d9或或H8/f7、H7/f6 二、二、止推滑动轴承的计算止推滑动轴承的计算 p考虑承载的不均匀性，考虑承载的不均匀性，p、pv应降低应降低50%。Fd1d2Fd1d2已知条件：已知条件：外加径向载荷外加径向载荷F(N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm)1)根据轴向载荷和工作要求，根据轴向载荷和工作要求，选择轴承结构尺寸和材料；选择轴承结构尺寸和材料；2)验算平均压力；验算平均压力；3)验算验算pv值值 z-轴环数轴环数青岛科技大学专用 潘存云教授研制 表表12-7 12-7 止推滑动轴承的止推滑动轴承的p、pv 未淬火钢未淬火钢 青铜青铜 4.05.0 12.5 铸铁铸铁 2.02.5 p pv轴承合金轴承合金 5.06.0 淬火钢淬火钢 轴承合金轴承合金 8.09.0 12.5 青铜青铜 7.58.0 淬火钢淬火钢 1215 Mpa.m/s Mpa轴环端面、凸缘轴环端面、凸缘 轴承轴承 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 FFFF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。v F v vvh1aah2ccvvh0bbF一、动压润滑的形成原理和条件一、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！两平形板之间不能形成压力油膜！动压油膜动压油膜-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液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算青岛科技大学专用 潘存云教授研制 形成动压油膜的必要条件：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；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；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从大截面流进，从小截面出来。须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 二、二、流体动力润滑基本方程的建立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为了得到简化形式的流体动力平衡方程（平衡方程（NavierStokes方程）方程），作如下假设：，作如下假设：流体的流动是层流流体的流动是层流;忽略压力对流体粘度的影响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；于单元体上；流体是不可压缩的；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。流体中的压力在各流体层之间保持为常数。流体满足牛顿定律，即流体满足牛顿定律，即 ；=dud yB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；VAxzy青岛科技大学专用 潘存云教授研制 取微单元进行受力分析取微单元进行受力分析:+dp+dpppdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：=dxdpd2ud y2得：得：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。对对y积分得：积分得：u=y2+C1y+C2 21dxdp边界条件：边界条件：当当y=0时，时，u=-vC2=-v当当y=h时，时，u=0 0 C1=h+h+21dxdphv代入得：代入得：u=(y2-hy)+21dxdpv vhy-hBAxzyV青岛科技大学专用 潘存云教授研制 vvFaaccxzy任意截面内的流量：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：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：=6vdxdph0-hh3得：得：-一维雷诺方程一维雷诺方程由上式可得压力分布曲线由上式可得压力分布曲线:p=f(x)在在b-b处：处：h=h0，p=pmax速度梯度速度梯度du/dy呈线性分布，其余呈线性分布，其余位置呈非线性分布。位置呈非线性分布。流量相等，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。pmaxxph0bb青岛科技大学专用 潘存云教授研制 轴承的孔径轴承的孔径D和轴颈的直径和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间名义尺寸相等；直径间 隙隙是公差形成的。是公差形成的。轴颈上作用的液体压力与轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与相平衡，在与F垂直的方垂直的方 向，合力为零。向，合力为零。轴颈最终的平衡位置可用轴颈最终的平衡位置可用a和偏心距和偏心距e来表示。来表示。轴承工作能力取决于轴承工作能力取决于hlim，它与，它与、和和F等有关，等有关，应保证应保证 hlimh。F Fy=F Fx 0 Fy=F Fx=0径向滑动轴承动压油膜的形成过程：径向滑动轴承动压油膜的形成过程：静止静止 爬升爬升 将轴起抬将轴起抬转速继续升高质心质心左移左移稳定运转稳定运转达到工作转速e-偏心距偏心距eahlim青岛科技大学专用 潘存云教授研制 三、三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数径向滑动轴承的几何关系和承载量系数最小油膜厚度：最小油膜厚度：hmin=e r(1-)定义定义:e/e/为偏心率为偏心率 直径间隙：直径间隙：D d 半径间隙：半径间隙：R R r r /2定义连心线定义连心线OO1为极坐标的极轴：为极坐标的极轴：相对间隙相对间隙：/r /d hlim稳定工作位置如图所示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，连心线与外载荷的方向形成一偏位角，eah0设轴孔半径为：设轴孔半径为：R,r 直径为：直径为：D，d ，偏心距偏心距:e 偏位角：偏位角：a在三角形在三角形 中有：中有：R2 e2+（r+h)2 2e(r+h)cos v hDd青岛科技大学专用 潘存云教授研制 略去二次微量略去二次微量 ，并取根号为正号，得：，并取根号为正号，得：任意位置油膜厚度：任意位置油膜厚度：将将dx=rd,v=r，h0,h代入上式得：代入上式得：压力最大处的油膜厚度：压力最大处的油膜厚度：0为压力最大处的极角。为压力最大处的极角。=6vdxdph0-hh3将一维雷诺方程：将一维雷诺方程：改写成极坐标的形式改写成极坐标的形式 积分得：积分得：青岛科技大学专用 潘存云教授研制 积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力：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：在外载荷方向的分量：理论上只要将理论上只要将py乘以轴承宽度就可得到油膜总承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。漏出来，考虑这一影响时，压力沿轴向呈抛物线分布。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 油膜压力沿轴向的分布：油膜压力沿轴向的分布：理论分布曲线理论分布曲线-水平直线，各处压力一样；水平直线，各处压力一样；实际分布曲线实际分布曲线-抛物线抛物线且曲线形状与轴承的宽径比且曲线形状与轴承的宽径比B/d有关。有关。FdD B B B B FdDB/d=1/4FdDB/d=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1FdDB/d=青岛科技大学专用 潘存云教授研制 油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为：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为无限宽度轴承沿轴向单位宽度上的油膜压力；单位宽度上的油膜压力；C为取决于宽径比和偏心为取决于宽径比和偏心率的系数率的系数;对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为 式中式中Cp为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。dDFyz B B 或或解释这些参数的含义 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 表表12-8 有限宽度滑动轴承的承载量系数有限宽度滑动轴承的承载量系数Cp青岛科技大学专用 潘存云教授研制 四、最小油膜厚度四、最小油膜厚度 动力润滑轴承的设计应保证：动力润滑轴承的设计应保证：hminh其中：其中：h=S(Rz1+Rz2)S 安全系数，常取安全系数，常取S2。一般轴承可取为一般轴承可取为m和和m，1.6 m和和m。重要轴承可取为重要轴承可取为m和和m，或或m和和m。Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等青岛科技大学专用 潘存云教授研制 五、轴承的热平衡计算五、轴承的热平衡计算 热平衡方程：产生的热量热平衡方程：产生的热量=散失的热量散失的热量 Q=Q1+Q2 其中，摩擦热：其中，摩擦热：Q=fv W 式中式中:q-润润滑滑油流量油流量m3/s；-滑油密度滑油密度kg/m3；c -润滑油的比热容，润滑油的比热容，J/(kg.)；ti-油出口温度油出口温度；to-油入口温度油入口温度；3-表面传热系数表面传热系数 W/(m2.)。滑油带走的热：滑油带走的热：Q1=qc(to-ti)W轴承散发的热：轴承散发的热：Q2=3dB(to-ti)W青岛科技大学专用 潘存云教授研制 温升公式：温升公式：其中其中 -润滑油流量系数；润滑油流量系数；0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.240.220.200.180.160.140.120.100.080.060.04qvBd=0.4Bd 1.3 2.0 1.5 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 0.9 青岛科技大学专用 潘存云教授研制 摩擦系数：摩擦系数：系数系数与宽径比有关，与宽径比有关，若若B/d 3540时，表明轴承承载能力有冗余，可时，表明轴承承载能力有冗余，可采取如下措施：采取如下措施：增大表面粗糙度，以降低成本；增大表面粗糙度，以降低成本；减小间隙，提高旋转精度；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。加宽轴承，充分利用轴承的承载能力。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 当当 t1 3540时，表明轴承的承载能力不足，时，表明轴承的承载能力不足，可采取如下措施：可采取如下措施：加散热片，以增大散热面积；加散热片，以增大散热面积；在保证承载能力的不下降的条件下，适当增大在保证承载能力的不下降的条件下，适当增大 轴承间隙；轴承间隙；提高轴和轴承的加工精度。提高轴和轴承的加工精度。油泵油泵冷冷却却器器冷冷却却水水风冷风冷增加增加冷却装置：冷却装置：加风扇、冷却水管、循环油冷却加风扇、冷却水管、循环油冷却；青岛科技大学专用 潘存云教授研制 六、轴承参数的选择六、轴承参数的选择 取值范围：取值范围：B/d=0.31.5 影响效果：影响效果：B/d小，有利于提高稳定性，增大端排泄量小，有利于提高稳定性，增大端排泄量 以降低温度；以降低温度；B/d大，增大轴承的承载能力。大，增大轴承的承载能力。-电动机、发电机、离心机、电动机、发电机、离心机、齿轮变速器齿轮变速器;1、宽径比、宽径比B/d 应用应用:B/d=-汽轮机、鼓风机汽轮机、鼓风机;-机车、拖拉机机车、拖拉机;-轧钢机。轧钢机。2、相对间隙、相对间隙 影响因素：影响因素：载荷和速度，轴径尺寸，宽度载荷和速度，轴径尺寸，宽度/直径，调直径，调心心 能力，加工精度。能力，加工精度。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 选取原则：选取原则：1）速度高，速度高，取大值；取大值；载荷小，载荷小，取小值；取小值；2）直径大，宽径比小，调心性能好，加工精度高，）直径大，宽径比小，调心性能好，加工精度高，取小值；反之，取小值；反之，取大值。取大值。应用应用:=-汽轮机、电动机、发汽轮