第十二章滑動(dòng)軸承

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

12.5滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選用12.6不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算12.7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算12.8其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介第十二章滑動(dòng)軸承2/1/20232軸承的功用：用來(lái)支承軸及軸上零件。1．能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度。2．具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)軸承滑動(dòng)軸承優(yōu)點(diǎn)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(chǎng)合。二、軸承的分類按摩擦性質(zhì)分按受載方向分按潤(rùn)滑狀態(tài)分徑向軸承止推軸承液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承§12.1概述按承載機(jī)理2/1/20234干摩擦液體摩擦邊界摩擦對(duì)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(duì)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(dāng)兩者間有運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，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(shí)間里的磨損量稱為磨損率。分述根據(jù)摩擦面間存在潤(rùn)滑劑的情況2/1/202351.干摩擦兩零件表面直接接觸后，因?yàn)槲⒂^局部壓力高而形成許多冷焊點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)時(shí)被剪切。不允許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦滑動(dòng)摩擦狀態(tài)→功耗↑磨損↑溫度↑→燒毀軸瓦運(yùn)動(dòng)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(kāi)，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(kāi)，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)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦?xí)r要小得多。在一般機(jī)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(wú)量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。

η-動(dòng)力粘度，p-壓強(qiáng)，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù)邊界摩擦和混合摩擦在工程實(shí)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(jìn)展：微－納米摩擦學(xué)理論可實(shí)現(xiàn)：f≤0.001----超潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)。2/1/20237液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承按承載機(jī)理不同：1、靜壓軸承2、流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承無(wú)外部壓力源，油膜靠摩擦面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而自動(dòng)形成。外部一定壓力的流體進(jìn)入摩擦面，建立壓力油膜。2/1/20238三、滑動(dòng)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(jī)；2.要求對(duì)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(jī)；4.承受巨大沖擊和振動(dòng)載荷的軸承，如破碎機(jī)；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(jìn)器的軸承；7.軸承處徑向尺寸受到限制時(shí)，可采用滑動(dòng)軸承。如多輥軋鋼機(jī)。

四、滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)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(jì)；潤(rùn)滑劑及其供應(yīng)量的確定；軸承工作能力及熱平衡計(jì)算。缺點(diǎn)：起動(dòng)阻力大，潤(rùn)滑、維護(hù)較滾動(dòng)軸承復(fù)雜。2/1/20239五、潤(rùn)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(biāo)。2、（潤(rùn)滑劑）油性油吸附于摩擦表面的性能，邊界潤(rùn)滑取決于油的吸附能力。3、極壓性4、閃點(diǎn)5、凝點(diǎn)6、氧化穩(wěn)定性2/1/202310A在軸承中，潤(rùn)滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)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(dòng)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(niǎo)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(diǎn)處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。η----液體的動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度量綱：力·時(shí)間/長(zhǎng)度2單位：N·s/m2(Pa·s)?；颍–.G.S制）泊：1P=1dyn·s/cm2實(shí)驗(yàn)結(jié)果：oxyydydu分析位置y處薄層的受力B粘度----重要指標(biāo)，粘度值越高，油越稠，反之越??；

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

=ηρ

單位：m2

/

s（C.G.S制）斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt2)運(yùn)動(dòng)粘度表4-1常用潤(rùn)滑油的主要性質(zhì)名稱全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機(jī)油GB11120-89代號(hào)40℃的粘度mm2/sL-AN76.12~7.48-10110凝點(diǎn)≤C閃點(diǎn)(開(kāi)式)≥C用于高速底負(fù)荷機(jī)械、精密機(jī)床、紡織紗錠的潤(rùn)滑和冷卻。普通機(jī)床的液壓油。用于一般滑動(dòng)軸承、齒輪、蝸輪的潤(rùn)滑用于重型機(jī)床導(dǎo)軌、礦山機(jī)械的潤(rùn)滑。用于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等高速高負(fù)荷軸承和各種小型液體潤(rùn)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(jì)，通過(guò)測(cè)定潤(rùn)滑油穿過(guò)規(guī)定孔道的時(shí)間來(lái)進(jìn)行度量的粘度。常用的有：恩氏度（?Et）----中國(guó)慣用賽氏通用秒（SUS）----美國(guó)慣用雷氏秒----英國(guó)慣用運(yùn)動(dòng)粘度與條件粘度之間的換算關(guān)系：潤(rùn)滑油的牌號(hào)與運(yùn)動(dòng)粘度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如：牌號(hào)為L(zhǎng)-AN10的油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng)阻力，而且對(duì)潤(rùn)滑油膜的形成及承載能力具有決定性的作用。2/1/202314六、潤(rùn)滑脂

◆

特點(diǎn)：無(wú)流動(dòng)性，可在滑動(dòng)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(chǎng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)的

軸承中?！?/p>

性能指標(biāo)：

針入度和滴點(diǎn)。2/1/202315一、向心滑動(dòng)軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦等。§12-2滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)形式油杯孔軸承1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。2)因磨損而造成的間隙無(wú)法調(diào)整。3)只能從沿軸向裝入或拆。1)整體式向心滑動(dòng)軸承軸承座特點(diǎn)：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(dòng)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(dòng)軸承特點(diǎn)：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(lái)承受軸向載荷二、推力滑動(dòng)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(rùn)滑條件比

實(shí)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(jiǎn)單，潤(rùn)滑方便，廣泛用于低速、輕載的場(chǎng)合。多環(huán)式---不僅能承受較大的軸向載荷，有時(shí)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(shí)心式：空心式：實(shí)心式：邊緣v大，磨損快，中間p↑↑，壓力分布不均?？招氖剑簤毫Ψ植季鶆蛐浴?。2/1/202319§12-3滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料一、滑動(dòng)軸承常見(jiàn)失效形式磨粒磨損----進(jìn)入軸承間隙的硬顆粒有的隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)軸承表面起研磨作用。刮傷----進(jìn)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(dāng)瞬時(shí)溫升過(guò)高，載荷過(guò)大，油膜破裂時(shí)或供油不足時(shí)，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(dòng)方向垂直的疲勞裂紋，擴(kuò)展后造成軸承材料剝落。腐蝕----潤(rùn)滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對(duì)軸承材料有腐蝕，材料腐蝕易形成點(diǎn)狀剝落。2/1/202320微動(dòng)磨損----發(fā)生在名義上相對(duì)靜止，實(shí)際上存在循環(huán)的微幅相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)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(jī)械磨損；流體侵蝕---流體沖蝕零件表面引起的機(jī)械磨損；電侵蝕---電化學(xué)或電離作用引起的機(jī)械磨損；軸瓦失效實(shí)例:潘存云教授研制疲勞點(diǎn)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(chē)用滑動(dòng)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(duì)中不良安裝誤差潤(rùn)滑油不足不干凈故障原因二、滑動(dòng)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(guò)表層彈塑性變形來(lái)補(bǔ)償軸承滑動(dòng)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(dòng)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(yùn)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(zhǎng)補(bǔ)短。軸承襯此外還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。能同時(shí)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(dòng)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(diǎn)：f小，抗膠合性能好、對(duì)油的吸附性強(qiáng)、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(diǎn)：價(jià)格貴、機(jī)械強(qiáng)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(diǎn)低2/1/2023242）銅合金優(yōu)點(diǎn)：青銅強(qiáng)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(dá)250℃。缺點(diǎn)：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(dú)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(dāng)好的耐腐蝕合和較高的疲勞強(qiáng)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(chǔ)潤(rùn)滑油。可用于加油不方便的場(chǎng)合。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大，油自動(dòng)進(jìn)入摩擦表面起到潤(rùn)滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長(zhǎng)時(shí)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(dòng)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤(rùn)滑。常用于潛水泵、沙石清洗機(jī)、鉆機(jī)等有泥沙的場(chǎng)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(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：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(jī)電刷常用材料，具有自潤(rùn)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(hào)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(jià)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(rùn)滑充分的低速重載軸承說(shuō)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(qiáng)度注：①[pv]為不完全潤(rùn)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(hào)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(qiáng)度高、耐腐蝕、表面性能好。可用于增壓強(qiáng)化柴油機(jī)軸承宜用于低速、輕載的不重要軸承說(shuō)明[p][v][pv]Mpam/sMpaXm/s抗咬順應(yīng)性耐蝕疲勞粘性嵌入性性強(qiáng)度注：①[pv]為不完全潤(rùn)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(qiáng)度高，嵌入性好鍍銀，上附薄層鉛再鍍銦，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油有軸承2/1/202328§12-4滑動(dòng)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(duì)開(kāi)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(duì)開(kāi)式軸瓦是滑動(dòng)軸承中的重要零件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性對(duì)軸承性能影響很大。2/1/202329§12-4滑動(dòng)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(duì)開(kāi)式節(jié)省材料，但剛度不足，故對(duì)軸承座孔的加工精度要求高。具有足夠的強(qiáng)度和剛度，可降低對(duì)軸承座孔的加工精度要求。2/1/202330§12-4滑動(dòng)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(qiáng)度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強(qiáng)度不足，故采用多材料制作軸瓦。厚壁薄壁整體式對(duì)開(kāi)式2/1/202331§12-4滑動(dòng)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(duì)開(kāi)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(duì)移動(dòng)。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(rùn)滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副表面。進(jìn)油孔油槽F2/1/202334軸瓦上開(kāi)設(shè)油孔和油溝油孔：供應(yīng)潤(rùn)滑油；油槽：輸送和分布潤(rùn)滑油；2/1/202335油槽、油孔：不能開(kāi)在油膜承載區(qū)，否則，承載能力↓油槽長(zhǎng)度≈0.8B（軸瓦寬度），即不能開(kāi)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(rùn)滑摩擦的滑動(dòng)軸承:B/d=0.5~1非液體潤(rùn)滑摩擦的滑動(dòng)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(shí)結(jié)構(gòu)如圖大型液體滑動(dòng)軸承常設(shè)計(jì)成兩邊供油的形式，既有利于形成動(dòng)壓油膜，又起冷卻作用。Bd2/1/202337§12-5滑動(dòng)軸承潤(rùn)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(rùn)滑劑----潤(rùn)滑油半固體潤(rùn)滑劑----潤(rùn)滑脂固體潤(rùn)滑劑二、潤(rùn)滑脂及其選擇特點(diǎn)：無(wú)流動(dòng)性，可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜。適用場(chǎng)合：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軸承中。１．當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，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(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，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(rùn)滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20～30℃，以免工作時(shí)潤(rùn)滑脂過(guò)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(qiáng)的鈣基或鋁基潤(rùn)滑脂。在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂。2/1/202339表12-4滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂的選擇壓力(強(qiáng))p/Mpa軸頸圓周速度v/(m/s)最高工作溫度℃選用的牌號(hào)≤1.0≤1753號(hào)鈣基脂1.0~6.50.5~5552號(hào)鈣基脂≥6.5≤0.5753號(hào)鈣基脂≤6.50.5~51202號(hào)鈣基脂≥6.5≤0.51101號(hào)鈣鈉基脂1.0~6.5≤1-55~110鋰基脂>6.50.5602號(hào)壓延機(jī)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(rùn)滑脂；2)在潮濕環(huán)境，溫度在75以下，沒(méi)有3號(hào)鈣基脂時(shí)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(rùn)滑時(shí)，稠度要小些。2/1/202340但p<10Mpa時(shí)可忽略。變化很小0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃η潤(rùn)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(rùn)滑油及其選擇3)高溫時(shí)，粘度應(yīng)高一些；低溫時(shí)，粘度可低一些。2/1/202341表12-5滑動(dòng)軸承潤(rùn)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(rùn)滑油是以40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為基礎(chǔ)的牌號(hào)2）不完全液體潤(rùn)滑，工作溫度<60℃

2/1/202342聚氟乙烯樹(shù)脂適用場(chǎng)合：用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)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(kāi)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(rùn)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(rùn)滑劑及其選擇特點(diǎn)：可在滑動(dòng)表面形成固體膜。2/1/202343§12-6不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則工作狀態(tài)：因采用潤(rùn)滑脂、油繩或滴油潤(rùn)滑，由于軸承的不到足夠的潤(rùn)滑劑，故無(wú)法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為邊界潤(rùn)滑或混合摩擦潤(rùn)滑。因邊界膜強(qiáng)度與溫度、軸承材料、軸頸和軸承表面粗糙度、潤(rùn)滑油供給等有關(guān)，目前尚無(wú)精確的計(jì)算方法，但一般可作條件性計(jì)算。校核內(nèi)容：２．驗(yàn)算摩擦發(fā)熱pv≤[pv]；３．驗(yàn)算滑動(dòng)速度v≤[v]。p，pv的驗(yàn)算都是平均值?？紤]到軸瓦不同心，受載時(shí)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(dòng)速度v。fpv是摩擦功耗，限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。１．驗(yàn)算平均壓力p≤[p]，以保證強(qiáng)度要求；失效形式：膠合、磨損等設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：至少保持在邊界潤(rùn)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(qiáng)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(qiáng),Mpa。目的：防止p過(guò)高，油被擠出，產(chǎn)生“過(guò)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(dòng)速度v目的：防止v過(guò)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(rùn)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(shí)心、單環(huán)、多環(huán)實(shí)心式：空心式：2/1/202347§12-7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一、動(dòng)力潤(rùn)滑的形成原理和條件二、流體動(dòng)力潤(rùn)滑基本方程——雷諾方程三、徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程四、徑向滑動(dòng)軸承主要幾何關(guān)系五、徑向滑動(dòng)軸承工作能力計(jì)算簡(jiǎn)介六、軸承參數(shù)的選擇七、液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)過(guò)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(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無(wú)載荷時(shí)，液體各層的速度呈三角形分布，進(jìn)油量與出油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。vF流體動(dòng)力潤(rùn)滑是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，借助于相對(duì)速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開(kāi)，由流體膜產(chǎn)生的壓力來(lái)平衡外載荷。動(dòng)壓油膜----因運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷，當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)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(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)下沉。這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過(guò)渡到凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。Fpmax§12-7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一、動(dòng)力潤(rùn)滑的形成原理和條件2/1/202349形成動(dòng)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(rùn)滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)芳方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來(lái)。2/1/202350二、流體動(dòng)力潤(rùn)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(duì)象：被潤(rùn)滑油隔開(kāi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩剛體，一個(gè)以v運(yùn)動(dòng)，一個(gè)靜止。2/1/2023511）忽略p-η效應(yīng)（壓粘效應(yīng)）一般情況適用，對(duì)高副不適用（如齒輪）2）油沿z方向無(wú)流動(dòng)，即無(wú)限寬軸承B→∞（無(wú)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(yùn)動(dòng)或靜止即：油層流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(靜止板)5）不計(jì)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(shí)：二維方程即層與層之間沒(méi)有物質(zhì)和能量的交換；2/1/2023522、油層的速度分布針對(duì)“連續(xù)介質(zhì)”，通過(guò)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(dòng)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(shí)，h=h0)，此時(shí)：∴一維雷諾方程（R·E）3、潤(rùn)滑油流量2/1/2023554、油楔承載機(jī)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(dāng)h＞h0時(shí)，，油壓為增函數(shù)；當(dāng)h=h0時(shí)，，p=pmax；當(dāng)h＜h0時(shí)，，油壓為減函數(shù)。可見(jiàn)，對(duì)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(jìn)口小、出口大，油壓p低于出口、入口壓力（負(fù)壓）→不能承載，相反使兩表面相吸?！舳迤叫校簐※若二滑動(dòng)表面為擴(kuò)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(méi)有變化，則因油楔進(jìn)口和出口處p＝0，所以油膜壓力皆為零，此時(shí)油楔就沒(méi)有承載能力。2/1/2023571、潤(rùn)滑油有一定粘度η。2、有一定相對(duì)滑動(dòng)速度v。承載能力∝v；3、相對(duì)滑動(dòng)面之間必須形成收斂形間隙，即：油從大口流進(jìn)，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(dòng)壓潤(rùn)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(lái)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(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)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(duì)間隙：；寬徑比：B/d。四、徑向滑動(dòng)軸承主要幾何關(guān)系Dd2/1/2023602、動(dòng)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(biāo)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(dòng)軸承工作能力計(jì)算簡(jiǎn)介α—軸承包角，軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對(duì)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(jì)算和承載量系數(shù)2/1/202362當(dāng)B=∞，即無(wú)限寬軸承時(shí)，油沿軸向無(wú)流動(dòng)，一維R·E轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)：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(shí)際軸承中，由于油可能從軸承兩端泄漏出來(lái)，考慮這一影響時(shí)，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(shí)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(dá)式為：py為無(wú)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(duì)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(jì)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(shí)際承載能力小于上式（端泄）計(jì)入端泄時(shí)：B/d↓—端泄↑—Cp↓其它參數(shù)相同時(shí)，Cp↓—F↓，承載力↓B/d一定：χ↑—Cp↑—F↑，∴hmin↓但保證流體動(dòng)力潤(rùn)滑：↓，η↑—承載能力↑∵2/1/202367表12-8有限寬度滑動(dòng)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(duì)偏心率χB/dχ↑——Cp↑2/1/2023682、最小油膜厚度hmin的確定動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)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(diǎn)高度。考慮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(diǎn)高度Rz加工方法表面粗糙度代號(hào)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(gè)點(diǎn))精車(chē)或精鏜，中等磨光，刮(每平方厘米1.5~個(gè)點(diǎn))3.21.60.80.40.20.10.050.0250.0122/1/2023693、軸承的熱平衡計(jì)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(rùn)滑油流量m3/s；ρ----滑油密度kg/m3；c

----潤(rùn)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(rùn)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(jì)算時(shí)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(jì)時(shí)，應(yīng)使進(jìn)油溫度:ti=tm-?t/2≤35~40℃

當(dāng)ti>35~40℃時(shí)，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(dāng)t1>35~40℃時(shí)，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(dāng)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(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、離心機(jī)、齒輪變速器;1、寬徑比B/d

應(yīng)用:B/d=

0.3~1.0----汽輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī);0.8~1.2----機(jī)車(chē)、拖拉機(jī);0.6~0.9----軋鋼機(jī)。2、相對(duì)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(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、齒輪變速器;0.0002~0.0015----軋鋼機(jī)鐵路機(jī)車(chē)輛；0.0002~0.00125----機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)。0.0002~0.00125----鼓風(fēng)機(jī)、離心機(jī)。一般軸承，按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：高速：發(fā)熱嚴(yán)重—使ψ↑—q↑—端泄↑，溫升↓重載：↑承載能力—選ψ↓2/1/2023753、潤(rùn)滑油粘度η

▲η對(duì)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(rùn)滑油粘度；▲設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)，tm=50~75℃，計(jì)算所得應(yīng)在：ti=35~40℃；▲初始計(jì)算時(shí)，可?。害恰狥↑—承載能力