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机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承1 1第第11章章 滑动轴承滑动轴承11.1 概述概述11.2 滑动轴承的典型结构滑动轴承的典型结构11.3 滑动轴承材料和轴瓦结构滑动轴承材料和轴瓦结构11.4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑11.5 不完全油膜轴承的设计计算不完全油膜轴承的设计计算11.6 液体动压径向滑动轴承的设计计算液体动压径向滑动轴承的设计计算机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承2 211.111.1、概述、概述一、分类一、分类1、根据轴承工作的摩擦性质分滑动(摩擦)轴承滚动(摩擦)轴承2、根据承载方向分径向轴承推力轴承边界摩擦：极限状态、边界膜作用；液体摩擦：两表面完全隔开；非液体摩擦（混合摩擦）：部分固体凸峰接触；3、根据轴承摩擦状态分（p40，图3.1）干摩擦：两表面直接接触；机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承3 3干摩擦液体摩擦边界摩擦对于要求低摩擦的摩擦副，液体摩擦是比较理想的状态，维持边界摩擦或混合摩擦是最低要求；对于要求高摩擦的摩擦副，则希望处于干摩擦状态或边界摩擦状态。摩擦摩擦：一物体与另一物体直接接触，当两者间有运动或有运动趋势时，接触表面要产生切向阻力（即摩擦力摩擦力），这种现象成为摩擦摩擦。磨损磨损：使摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损磨损。单位时间里的磨损量称为磨损率磨损率。机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承4 4二、液体润滑滑动轴承按油膜形成原理二、液体润滑滑动轴承按油膜形成原理1、静压轴承2、流体动压润滑轴承无外部压力源，油膜靠摩擦面的相对运动而自动形成。三、特点及应用场合三、特点及应用场合1、寿命长、宜于高速；2、耐冲击、振动；油膜吸振作用；3、结构简单，可用于曲轴；4、承载能力高（重载）缺点：起动阻力大，润滑、维护较滚动轴承复杂。外部一定压力的流体进入摩擦面，建立压力油膜。机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承5 5四、润滑油主要特性四、润滑油主要特性1、粘度：流体抵抗变形能力，衡量流体内摩擦阻力大小的指标。粘度 摩擦力发热 动力粘度 Pas（泊P）2、（润滑剂）油性油吸附于摩擦表面的性能，边界润滑取决于油的吸附能力。工业上常用运动粘度：（斯St）P45对于层流（牛顿流体）：机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承6 63、粘度的测定粘度的测定3种方法3种单位动力粘度 (绝对粘度）运动粘度 :流体动力粘度与同温度下流体密度的比值。恩氏粘度 E Et t 相对粘度相对粘度1 Pa.s=1 N.s/m2国际单位制 P(泊泊)物理单位 1 Pa.s=10 P 1P=100 cP =(Pa.s)/(kg/m3)m2/s t t c c=0.0064 E Et t 0.0055/E Et t 常用斯St 1St=1 cm2/s=100 cSt机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承7 7转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。4 4、选择原则、选择原则五、润滑脂 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜，承载能力大，但性能不稳定，摩擦功耗大。适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载、温度变化不大 以及作摆动运动的 轴承中。性能指标：针入度和滴点。机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承8 811.211.2、滑动轴承的典型结构、滑动轴承的典型结构一、一、整体式径向滑动轴承结构简单、磨损后无法调整轴承间隙，装拆不便。用于：低速、轻载的间歇工作场合，无法用于曲轴二、二、剖分式径向滑动轴承 特点于整体式相反。（宽径比）时，采用。三、自动调心轴承三、自动调心轴承机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承9 9整整整整体体体体式式式式轴轴轴轴瓦瓦瓦瓦 剖剖剖剖分分分分式式式式轴轴轴轴瓦瓦瓦瓦自动调心式机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承10 1011.311.3、滑动轴承的材料和轴瓦结构、滑动轴承的材料和轴瓦结构按构造分类整体式对开式减摩材料轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬按材料分类单金属多金属按加工分类铸造轧制一、轴瓦结构一、轴瓦结构机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承11 11轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬整整整整体体体体式式式式轴轴轴轴瓦瓦瓦瓦 剖剖剖剖分分分分式式式式轴轴轴轴瓦瓦瓦瓦机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承12 12轴瓦上开设油孔和油沟油孔：供应润滑油；油沟：输送和分布润滑油；机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承1313油沟、油孔：不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区，否则，承载能力承载能力承载能力承载能力油沟长度0.8B（轴瓦宽度），即不能开通，否则漏油不能开通，否则漏油不能开通，否则漏油不能开通，否则漏油。注意：注意：注意：注意：机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承14 14二、滑动轴承材料二、滑动轴承材料轴承材料轴瓦和轴承衬材料主要失效：磨损，其次强度不足引起的疲劳破坏等。1 1、对材料的要求、对材料的要求1）、良好耐磨性、减摩性及磨合性（跑合性）2）、足够的强度、塑性、嵌藏性、顺应性3）、耐腐蚀性4）、导热性好、线膨胀系数小5）、工艺性好6）、经济性机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承15 152 2、常用材料、常用材料1）、金属材料轴承合金轴承合金轴承合金轴承合金（巴氏合金巴氏合金巴氏合金巴氏合金）、青铜等；3）、非金属材料塑性、橡胶等。11.411.4、滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 强度低，仅用作轴承衬2）、粉末冶金材料含油轴承含油轴承含油轴承含油轴承，低速重载，具有自润滑性能。（多孔结构）一、润滑剂的选择 工作载荷、相对滑动速度、工作温度和特殊工作环境 1、润滑油（1）压力大、温度高、载荷冲击变动大 粘度大的润滑油（2）滑动速度大 粘度较低的润滑油（3）粗糙或未经跑合的表面 粘度较高的润滑油 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承16 162、润滑脂 3、固体润滑剂 二、润滑方法 1、油润滑 连续供油:间歇供油:油壶或油枪1)滴油润滑 2)绳芯润滑3)油环润滑 4)飞溅润滑 5)压力循环润滑 2、脂润滑 旋盖式油脂杯、黄油枪 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承17 17机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承18 1811.511.5、非完全液体润滑滑动轴承的计算非完全液体润滑滑动轴承的计算 一、径向滑动轴承 1、限制平均比压P 目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出 2、限制轴承的p、v值 目的：限制pv是控制轴承温升，避免边界膜的破裂 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承19 193、限制滑动速度v 目的：当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损 二、推力滑动轴承 限制轴承平均比压p和pvm值 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承202011.6 液体动压径向滑动轴承的设计计算液体动压径向滑动轴承的设计计算 一、流体动力润滑基本方程 前后向压力上下面剪切应力机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承21 21由x方向的力平衡条件，得 代入牛顿粘性流体定律：y=0 时，u=v ；y=h 时，u=0，得积分常数c1、c2 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承2222不计侧漏，沿x方向，任一截面单位宽度的流量为 p=pmax处油膜厚度为h0，流量：一维雷诺流体动力润滑方程对x取偏导数：考虑沿Z方向的流动：二维雷诺流体动力润滑方程：机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承2323二、油楔承载机理 油压的变化：润滑油的粘度、表面滑动速度、油膜厚度全部油膜压力之和即为油膜的承载能力两滑动表面平行。平行油膜各处油压与入口、出口处相等，不能产生高于外面压力的油压支承外载。油膜呈收敛楔形，油楔内各处油压都大于入口和出口处的压力，产生正压力以支承外载机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承2424形成流体动力润滑的必要条件是（1）相对运动两表面必须形成一个收敛楔形（2）被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度vs，其运动方向必须使润滑从大口流进，小口流出。（3）润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。三、液体动力润滑状态的建立过程 1、起动时2、不稳定运转阶段 3、稳定运转阶段 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承2525四、径向滑动轴承的几何关系和承载能力 1、几何关系 直径间隙：半径间隙：相对间隙：偏心距：偏心率：根据余弦定律可得 任意位置的油膜厚度 1）压力最大处油膜厚度2）油膜最小厚度hmin 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承26262、油膜承载能力 极坐标形式的雷诺方程从压力区起始角 至任意角 进行积分，得任意角处的压力 再求压力在外载荷方向上的分量 将上式在压力区内积分（求和），得到轴承单位宽度上的油膜承载能力 引入修正系数A，考虑端泄的影响 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承2727油膜能承受的载荷 Cp承载量系数 表9.9hmin越小（x越大），B/d越大，CF越大，轴承的承载能力F越大。机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承28283、最小油膜厚度hmin hmin不能小于轴颈与轴瓦表面微观不平度之和 上式与流体动力润滑的三个基本条件 流体动力润滑的充分必要条件五、轴承的热平衡计算1、轴承中的摩擦与功耗 由牛顿粘性定律可得油层中摩擦力 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承2929摩擦系数：摩擦功耗引起轴承单位时间内的发热量 H=f FV 2、轴承耗油量=承载区端泄流量Q1 +非承载区端泄流量Q2 +轴瓦供油槽两端流出的附加流量 Q3进入轴承的润滑油总流量Q Q13、轴承温升（1）粘度间隙改变，使轴承的承载能力下降（2）会使金属软化发生抱轴事故摩擦产生的热量H=端泄润滑油所带走热量H1+轴承散发热量H2热平衡条件：单位时间内机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承3030润滑油平均温度tm为保证承载要求tm(3545),热平衡易建立，则应降低tm，再行计算。b)若t180易过热失效，改变相对间隙和油的粘度重新计算机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承3131六、轴承参数选择 1、轴承的平均比压 表12-1、表12-22、宽径比B/d B/d小 端泄Q1 摩擦功耗和温升 减轻轴颈与轴瓦边缘接触但承载能力 高速重载轴承 B/d应取小值低速重载轴承 B/d应取大值3、相对间隙 机械设计机械设计第第第第1111章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承3232大Qb大 温升小 但承载能力和运转精度低 小易形成流体膜承载能力和运转精度 一般机器中常用 见书本