第12章滑動軸承

1、第第12章章 滑動軸承滑動軸承 12.112.1 滑動軸承的特點、類型及應用滑動軸承的特點、類型及應用 12.2 12.2 滑動軸承的材料及潤滑滑動軸承的材料及潤滑 12.4 12.4 液體潤滑滑動軸承簡介液體潤滑滑動軸承簡介 12.3 12.3 非液體摩擦滑動軸承的設計計算計算非液體摩擦滑動軸承的設計計算計算 本章概要：本章主要介紹滑動軸承的類型、特點及本章概要：本章主要介紹滑動軸承的類型、特點及 應用；滑動軸承的材料與潤滑；非液體摩擦滑動軸應用；滑動軸承的材料與潤滑；非液體摩擦滑動軸 承的計算和液體動壓潤滑形成原理等內(nèi)容。承的計算和液體動壓潤滑形成原理等內(nèi)容。 12.1.1 12.112.

2、1 滑動軸承的特點、類型及應用滑動軸承的特點、類型及應用 應用實例：應用實例：汽輪機、離心式壓縮機、內(nèi)燃機、大型電汽輪機、離心式壓縮機、內(nèi)燃機、大型電 機、水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等機械常采用機、水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等機械常采用 滑動軸承?；瑒虞S承。 滑動軸承的特點、應用滑動軸承的特點、應用 滑動軸承的主要優(yōu)點滑動軸承的主要優(yōu)點：1）普通滑動軸承結(jié)構(gòu)簡單，）普通滑動軸承結(jié)構(gòu)簡單， 制造、裝拆方便；制造、裝拆方便；2）具有良好的耐沖擊性和吸振）具有良好的耐沖擊性和吸振 性；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)精度高；性；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)精度高；3）高速時比滾動軸）高速時比滾動軸 承的壽命長；承的壽命長；

3、5）可做成剖分式。）可做成剖分式。 滑動軸承的主要缺點滑動軸承的主要缺點：1）維護復雜；）維護復雜；2）對潤滑）對潤滑 條件要求高；條件要求高；3）邊界潤滑時軸承的摩擦損耗較大。）邊界潤滑時軸承的摩擦損耗較大。 12.1.2 滑動軸承的類型滑動軸承的類型 分分 類類 按受載按受載 方向分方向分 按潤滑按潤滑 狀態(tài)分狀態(tài)分 向心推力(徑向止推)滑動軸承滑動軸承軸承 向心(徑向)滑動軸承滑動軸承軸承 推力(止推)滑動軸承滑動軸承軸承 非液體潤滑滑動軸承非液體潤滑滑動軸承 液體潤滑滑動軸承液體潤滑滑動軸承 干摩擦滑動軸承干摩擦滑動軸承 一、一、 向心滑動軸承向心滑動軸承 組成：組成：軸承座、軸套或軸

4、瓦、聯(lián)接螺栓等。軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。 整體式向心滑動軸承整體式向心滑動軸承 剖分式向心滑動軸承剖分式向心滑動軸承 榫口榫口 螺紋孔螺紋孔 軸承座軸承座 軸承軸承 軸承座軸承座 軸承蓋軸承蓋 聯(lián)接螺栓聯(lián)接螺栓 剖分軸瓦剖分軸瓦 薄壁軸瓦薄壁軸瓦 軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進油口和油溝，以利于潤滑油均勻分軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進油口和油溝，以利于潤滑油均勻分 布在整個軸徑上。布在整個軸徑上。 進油孔進油孔 油溝油溝 F 厚壁軸瓦厚壁軸瓦 整體軸套整體軸套卷制軸套卷制軸套 作用：作用：用來承受軸向載荷用來承受軸向載荷 二、二、 推力滑動軸承推力滑動軸承 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 在軸的端面、軸肩

5、或安裝圓盤做成止推面。在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。 在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量 一般為一般為612。 -傾角固定，頂部預留平臺傾角固定，頂部預留平臺， 類型類型 固定式固定式 可傾式可傾式 用來承受停 車后的載荷。 -傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行 調(diào)整，性能好。調(diào)整，性能好。 FF 巴氏合金巴氏合金 繞此邊線自繞此邊線自 行傾斜行傾斜 F 材材 料料 要要 求：求： 12.2 12.2 滑動軸承的材料及潤滑滑動軸承的材料及潤滑 1）摩擦系數(shù)??；）摩擦系數(shù)??； 2）導熱性好，熱膨脹系數(shù)??；）導熱性好，熱膨

6、脹系數(shù)小； 3）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強；）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強； 4）有足夠的機械強度和塑性。）有足夠的機械強度和塑性。 能同時滿足這些要求的材料是難找的，但應根據(jù)具體情況主要的使用要求。 工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不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。同的金屬組合在一起，性能上取長補短。 軸承襯軸承襯 一、軸承合金（白合金、巴氏合金）一、軸承合金（白合金、巴氏合金） 1）錫銻軸承合金）錫銻軸承合金 優(yōu)點：優(yōu)點： f 小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐小，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、

7、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。重載的軸承。 12.2.1 12.2.1 滑動軸承的材料滑動軸承的材料 2）青銅）青銅 缺點：缺點：價格貴、機械強度較差；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。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：工作溫度：t120 由于巴式合金熔點低 優(yōu)點：優(yōu)點：青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性 都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達250 。 缺點：缺點：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬?？伤苄圆?、不易跑合、與之相配的

8、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。鑄鐵軸瓦上。 鋁青銅鋁青銅 鉛青銅鉛青銅 錫青銅錫青銅 中速重載中速重載 中速中載中速中載 低速重載低速重載 3）具有特殊性能的軸承材料）具有特殊性能的軸承材料 含油軸承：含油軸承： 用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組 織，可存儲潤滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱龊??？?，可存儲潤滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱龊?。 橡膠軸承：橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平具有較大的彈性，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

9、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。機等有泥沙的場合。 塑料軸承：塑料軸承：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、 耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學溶液等潤滑的優(yōu)點。耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學溶液等潤滑的優(yōu)點。 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。 鑄鐵：鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。用于不重要、低速輕載軸承。 缺點：缺點：導熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此導熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此 缺陷，可作為軸承襯粘復在金屬軸瓦上使用。缺

10、陷，可作為軸承襯粘復在金屬軸瓦上使用。 常用軸瓦及軸承襯材料的性能常用軸瓦及軸承襯材料的性能 材料及其代號材料及其代號 鑄錫銻軸承合金鑄錫銻軸承合金 ZSnSb11Cu6 鑄鉛銻軸承合金鑄鉛銻軸承合金 ZPbSb16Sn16Cu2 鑄錫青銅鑄錫青銅 ZCuSn10P1 鑄錫青銅鑄錫青銅 ZCuSn5Pb5Zn5 鑄鋁青銅鑄鋁青銅 ZCuAl10Fe3 p Mpa pv Mpa.m/s 平穩(wěn)平穩(wěn) 沖擊沖擊 25 20 20 15 HBS 金屬型金屬型 砂型砂型 最高工作最高工作 溫度溫度 軸徑硬度軸徑硬度 150HBS150HBS 150HBS150HBS 45HBC45HBC 45HBC45H

11、BC 45HBC45HBC 150150 150150 280280 280280 280280 2727 3030 90908080 65656060 110110 100100 1515 1515 8 8 1515 1010 1515 1515 1212 12.2.2 12.2.2 滑動軸承的潤滑滑動軸承的潤滑 一、一、 潤滑劑潤滑劑 作用：作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。 分類分類 液體液體潤滑劑潤滑劑-潤滑油潤滑油 半固體半固體潤滑劑潤滑劑-潤滑脂潤滑脂 固體固體潤滑劑潤滑劑 1. 潤滑油潤滑油 在用的大部分潤滑油為礦物油（

12、石油） 粘度粘度-重要參數(shù)重要參數(shù) 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力：液體層與層之間摩擦切應力： = du dy - 牛頓液體流動定律牛頓液體流動定律 -液體的液體的動力粘度，動力粘度，簡稱簡稱粘度粘度量綱：量綱：力力時間時間/ /長度長度2 單位：單位：N s /m/m2 (Pa ss) 或泊：或泊：1P=1 dyn s /cm/

13、cm2 運動粘度：運動粘度： = 單位：單位： m m2 / / s 或斯或斯St：cmcm2 / /s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt 實驗結(jié)果：實驗結(jié)果： ox y y dy du 分析位置y處薄層的受力 A B 我國石油產(chǎn)品是用運動粘度標定的 常用常用潤滑油的主要性質(zhì)常用常用潤滑油的主要性質(zhì) 名名 稱稱 全損耗全損耗 系統(tǒng)用油系統(tǒng)用油 GB443-89 汽輪機油汽輪機油 GB11120-89 代代 號號 40 的粘度的粘度 mm2/s L- -AN7 6.127.48 - -10 110 凝點凝點 C 閃點閃點(開式開式) C 用于高速底負荷機械、用于高

14、速底負荷機械、 精密機床、紡織紗錠的精密機床、紡織紗錠的 潤滑和冷卻。潤滑和冷卻。 普通機床的液壓油。普通機床的液壓油。 用于一般滑動軸承、用于一般滑動軸承、 齒輪、蝸輪的潤滑齒輪、蝸輪的潤滑 用于重型機床導軌、用于重型機床導軌、 礦山機械的潤滑。礦山機械的潤滑。 用于汽輪機、發(fā)電機等用于汽輪機、發(fā)電機等 高速高負荷軸承和各種高速高負荷軸承和各種 小型液體潤滑軸承小型液體潤滑軸承 L-AN100 90110 0 210 L- -AN10 9.011.0 - -10 125 L- -AN15 13.516.5 - -10 165 L- -AN32 28.832.2 - -10 170 L- -A

15、N46 41.450.6 - -10 180 L- -AN68 61.274.8 - -10 190 L-TSA32 28.835.2 - -7 180 L-TSA46 41.450.6 主要用途主要用途 0.080.08 0.070.07 0.060.06 0.050.05 0.040.04 0.030.03 0.020.02 0.010.01 3030 4040 50506060 7070 8080 9090 2.2. 潤滑脂潤滑脂 潤滑油的特性：潤滑油的特性： 1）溫度）溫度 t 2）壓力）壓力p 選用原則：選用原則： 1) 載荷大、溫度高的軸承，載荷大、溫度高的軸承， 宜選用粘度大的油

16、；宜選用粘度大的油； 2) 載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承， 宜選用粘度小的油；宜選用粘度小的油； -潤滑油與各種稠化劑潤滑油與各種稠化劑 （鈣、鈉、鋁、鋰等金屬（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬 皂）混合稠化而成。皂）混合稠化而成。 優(yōu)點：優(yōu)點：密封簡單、不需要經(jīng)密封簡單、不需要經(jīng) 常添加、不易流失；對速度常添加、不易流失；對速度 和溫度不敏感，適用范圍廣。和溫度不敏感，適用范圍廣。 但但p 350 才開始氧化，才開始氧化， 可在水中工作?？稍谒泄ぷ?。 -摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (- -60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。 -摩擦系數(shù)低，只有石墨

17、的一半。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。 使用方式：使用方式： 1.1.調(diào)和在潤滑油中；調(diào)和在潤滑油中； 2.2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜； 3.3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型?；烊虢饘倩蛩芰戏勰┲袩Y(jié)成型。 其應用日漸廣泛 二、潤滑裝置二、潤滑裝置 1. 油杯油杯 針閥針閥 式油式油 杯杯 旋蓋式油杯旋蓋式油杯 脂用 壓注式油杯壓注式油杯 彈簧彈簧 蓋油蓋油 杯杯 2. 油環(huán)油環(huán) 一、一、 向心軸承向心軸承 在在油、脂油、脂中加入少量中加入少量石墨石墨或或二流化鉬二流化鉬粉末，形成邊界粉末，形成邊界 油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。油膜，填

18、平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。 1. 軸承的壓強軸承的壓強p F-徑向載荷，徑向載荷，B-軸瓦寬度，軸瓦寬度，d-軸徑，軸徑，p-許用壓強。許用壓強。 12.3 12.3 非液體摩擦滑動軸承的設計計算計算非液體摩擦滑動軸承的設計計算計算 限制軸承壓強p，以保證潤滑油不被過大的壓 力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)生過渡的磨損。 p= p F Bd 常用軸瓦及軸承襯材料的性能常用軸瓦及軸承襯材料的性能 材料及其代號材料及其代號 鑄錫銻軸承合金鑄錫銻軸承合金 ZSnSb11Cu6 鑄鉛銻軸承合金鑄鉛銻軸承合金 ZPbSb16Sn16Cu2 鑄錫青銅鑄錫青銅 ZCuSn10P1 鑄錫青銅鑄錫青銅 ZC

19、uSn5Pb5Zn5 鑄鋁青銅鑄鋁青銅 ZCuAl10Fe3 p Mpa pv Mpa.m/s 平穩(wěn)平穩(wěn) 沖擊沖擊 25 20 20 15 HBS 金屬型金屬型 砂型砂型 最高工作最高工作 溫度溫度 軸徑硬度軸徑硬度 150HBS150HBS 150HBS150HBS 45HBC45HBC 45HBC45HBC 45HBC45HBC 150150 150150 280280 280280 280280 2727 3030 90908080 65656060 110110 100100 1515 1515 8 8 1515 1010 1515 1515 1212 2. 軸承的軸承的pv值值 壓強

20、限制p以保證潤滑劑不被擠出 n-轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，pv-許用值。許用值。 pv = F Bd dn 60 1000 pv pv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素， pv越大，溫升越高，越容易引起油膜的破裂 二、二、 推力軸承推力軸承 z-軸環(huán)數(shù)軸環(huán)數(shù), pvm=pv zdd F p )( 4 2 1 2 2 p 考慮承載的不均勻性，考慮承載的不均勻性， p、pv應降低應降低2040% F d1 d2 F d1 d2 12.4.1 動壓潤滑的形成和原理和條件動壓潤滑的形成和原理和條件 12.4 12.4 液體潤滑滑動軸承簡介液體潤滑滑動軸承簡介 F F F F 先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速

21、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，近油量與處油量 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。 兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ v vv h1 a a h2 c c 如兩板不平行板。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

22、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。 動壓油膜動壓油膜-因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。 v vv h0 b b F F 形成動壓油膜的必要條件：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；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；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

23、來。須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0 向心軸承動壓油膜的形成過程：向心軸承動壓油膜的形成過程： 靜止靜止 爬升爬升 將軸起抬將軸起抬 轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高 質(zhì)心質(zhì)心左移左移 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達到工作轉(zhuǎn)速 e -偏心距偏心距 e B 流體動壓潤滑的基本方程流體動壓潤滑的基本方程 假設條件：假設條件： 1.Z向無限長，潤滑油在向無限長，潤滑油在Z向沒有流動；向沒有流動； 2.壓力壓力 p 不隨不隨 y 值的大小而變化；值的大小而變化； 3.潤滑油粘度潤滑油粘度 不隨壓力而變化；不隨壓力而變化； 4.潤滑油處于層流狀態(tài)。潤滑油處于層流狀態(tài)。 取微單元進

24、行受力分析取微單元進行受力分析: +d p+dp p A x z y pdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0 = d d ydx dp dy du = 整理后得：整理后得： 又有：又有： = dx dp d2u d y2 得：得： 任意一點的油膜壓力p沿x方向的變化率， 與該點y向的速度梯度的導數(shù)有關(guān)。 對對y積分得：積分得： u= y2+C1y+C2 2 1 dx dp 邊界條件：邊界條件：當當y=0時，時，u=- -v C2 = - -v 當當y=h時，時，u=0 0 C1= h +h + 2 1 dx dp h v vv F a a c c x z y 代入得：

25、代入得： u= (y2- - hy) + 2 1 dx dp v v h y- -h 212 1 3 0 hv h dx dp udyq h x 任意截面內(nèi)的流量：任意截面內(nèi)的流量： 依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過 不同截面的流量是相等的 0 2 1 vhq x b- -b截面內(nèi)的流量：截面內(nèi)的流量： 該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0 負號表示流速的方向與x方向相反， 因流經(jīng)兩個截面的流量相等，故有： =6v dx dph0- -h h3 得：得：- 一維雷諾方程一維雷諾方程 由上式可得壓力分布曲線由上式可得壓力分布曲線: p=f(x) 在在b-b處：處：h=h0， p=pmax 速度梯度速度

26、梯度du/dy呈線性分布，其余呈線性分布，其余 位置呈非線性分布。位置呈非線性分布。流量相等，陰影面積相等。 液體動壓潤滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動力粘度、相對 滑動速度及油膜厚度h之間的關(guān)系。 pmax x p h0 b b 液體動壓多油楔軸承簡介液體動壓多油楔軸承簡介 將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個動壓油膜，提將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個動壓油膜，提 高軸承的高軸承的工作穩(wěn)定性工作穩(wěn)定性和和旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度。 一、橢圓軸承一、橢圓軸承 特點：特點：形成兩個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加形成兩個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加 大、供油量增大、承載能力降低。大、供油量增大、承載能力降低。矢量之合 二、三油楔軸承二、三油楔軸承 特點：特點：形成三個動壓油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。形成三個動壓油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。 摩擦