机械设计基础：第15章滑动轴承

摩擦状态
vv
设计：潘存云
v
设计：潘存云
v
设计：潘存云
在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。 在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。
边界摩擦 f 混合摩擦 液体摩擦
o
摩擦特性曲线
ηn/p
为轴承特性数 称无量纲参数ηn/p为轴承特性数。 η-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数 称无量纲参数 为轴承特性数。
用于汽轮机、 用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承
主要用途
用于高速底负荷机械、 用于高速底负荷机械、 精密机床、 精密机床、纺织纱锭的 润滑和冷却。 润滑和冷却。
全损耗 系统用油 GB443-89
L-AN10 L-AN15 L-AN32 L-AN46 L-AN68 L-AN100
设计：潘存云
宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数 轴瓦宽度与轴径直径之比。 宽径比 轴瓦宽度与轴径直径之比 液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.5~1 液体润滑摩擦的滑动轴承 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=0.8~1.5
二、 推力滑动轴承 作用： 作用：用来承受轴向载荷 结构特点： 在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。 结构特点： 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。 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6~12。 一般为 。 用来承受停 倾角固定， 倾角固定 固定式 ---倾角固定，顶部预留平台， 车后的载荷。 类型 倾角随载荷、 调整，性能好。 倾角随载荷 可倾式 ---倾角随载荷、转速自行 调整，性能好。
第15章 滑动轴承 章
§15-1 §15-2 §15-3 §15-4 摩擦状态 滑动轴承的结构型式 轴瓦及轴承衬材料 润滑剂和润滑装置
§15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 §15-6 动压润滑的基本原理 §15-7 液体动压多油楔轴承简介 §15-8 静压轴承与空气轴承简介
轴承的功用： 轴承的功用： 1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度； ）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度； 2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 ） 分类： 分类： 滚动轴承 滑动轴承 优点多， 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。 构上要求剖分等场合。
3）具有特殊性能的轴承材料 ） 含油轴承： 用粉末冶金法制作的轴承， 含油轴承： 用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组 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。 铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。 铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。
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。
§15-2
滑动轴承的结构型式
螺纹孔 联接螺栓
一、 向心滑动轴承 组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。 组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。
轴承座 轴承 轴承盖 整体式向心滑动轴承 剖分轴瓦 轴承座 剖分式向心滑动轴承 榫口
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体轴套
卷制轴套 薄壁轴瓦 厚壁轴瓦
轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟， 轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分 布在整个轴径上。 布在整个轴径上。
应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、 应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电 水泥搅拌机、滚筒清砂机、 机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用 滑动轴承。 滑动轴承。
§15-1
1. 干摩擦 固体表面直接接触， 固体表面直接接触，因而 烧毁轴瓦 →功耗 磨损 功耗↑ 功耗 磨损↑ 温度 →烧毁轴瓦 温度↑ 不用许出现干摩擦！ 不用许出现干摩擦！ 2. 边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1 运动副表面有一层厚度 µm的薄油 的薄油 不足以将两金属表面分开， 膜，不足以将两金属表面分开，其表 面微观高峰部分仍将相互搓削。 面微观高峰部分仍将相互搓削。 比干摩擦的磨损轻，f ≈ 0.1 ~ 0.3 3. 液体摩擦 有一层压力油膜将两金属表面隔开， 有一层压力油膜将两金属表面隔开， 彼此不直接接触。 彼此不直接接触。 摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01
缺点：价格贵、机械强度较差； 缺点：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：t<120℃ 由于巴式合金熔点低 ℃
2）青铜 ） 优点：青铜强度高、承载能力大、 优点：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250 ℃。 都优于轴承合金。工作温度高达 缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。 缺点：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， 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。 铸铁轴瓦上。 锡青铜 →中速重载 中速重载 中速中载 铅青铜 →中速中载 低速重载 铝青铜 →低速重载
F 进油孔 油沟
油沟形式
B
d
设计：潘存云
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， 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。
45˚
普通机床的液压油。 普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、 用于一般滑动轴承、 齿轮、 齿轮、蜗轮的润滑
汽轮机油 L-TSA32 28.8~35.2 GB11120-89 L-TSA46 41.4~50.6
润滑油的特性： 润滑油的特性： 粘--温图 温 1）温度 t ↑ → η ↓ ） 时可忽略。 时可忽略 2）压力 ↑ → η ↑ 但p <10 Mpa时可忽略。变化很小 ）压力p η 选用原则： 选用原则： L-TSA32 载荷大、温度高的轴承， 1) 载荷大、温度高的轴承， 0.08 L-TSA32 宜选用粘度大的油； 宜选用粘度大的油； 0.07 2) 载荷小、转速高的轴承， 载荷小、转速高的轴承， 0.06 L-TSA32 宜选用粘度小的油； 宜选用粘度小的油； 0.05 2. 润滑脂 L-TSA32 0.04 ----润滑油与各种稠化剂 润滑油与各种稠化剂 （钙、钠、铝、锂等金属 0.03 混合稠化而成。 皂）混合稠化而成。 0.02 优点：密封简单、 优点：密封简单、不需要经常 0.01 添加、不易流失； 添加、不易流失；对速度和温 度不敏感，适用范围广。 度不敏感，适用范围广。 30 40 50 60 70 80 90
表15-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能 材料及其代号
铸锡锑轴承合金 ZSnSb11Cu6 铸铅锑轴承合金 ZPbSb16Sn16Cu2 铸锡青铜 ZCuSn10P1 铸锡青铜 ZCuSn5Pb5Zn5 铸铝青铜 ZCuAl10Fe3
[p] Mpa
平稳 冲击 15 15 8 15 25 20
[pv] HBS 最高工作 轴径硬度 Mpa.m/s 金属型 砂型 温度℃
设计：潘存云
℃
缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。 缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。 目前使用最多的是钙基脂，有耐水性， 目前使用最多的是钙基脂，有耐水性，常用于60 ℃以 下的各种机械设备的轴承。 下的各种机械设备的轴承。 3. 固体润滑剂 性能稳定、 才开始氧化， 可在水中工作。 石墨 ---性能稳定、t >350 ℃才开始氧化， 可在水中工作。 摩擦系数低， 摩擦系数低 只有石墨的一半。 聚氟乙烯树脂 -----摩擦系数低，只有石墨的一半。 二流化钼（MoS2） 摩擦系数低，使用温度范围广 二流化钼（ -----摩擦系数低 摩擦系数低， (-60~300 ℃)，但遇水性能下降。 ，但遇水性能下降。 用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载。 用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载。 使用方式： 使用方式： 1.调和在润滑油中； 1.调和在润滑油中； 调和在润滑油中 2.涂覆 烧结在摩擦表面形成覆盖膜； 涂覆、 2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜； 3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。 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
巴氏合金
设计：潘存云
F
F
设计：潘存云
绕此边线自 行倾斜
§15-3
轴瓦及轴承衬材料
轴承衬
材料要求： 材料要求： 1）摩擦系数小； ）摩擦系数小； 2）导热性好，热膨胀系数小； ）导热性好，热膨胀系数小； 3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强； ）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强； 4）有足够的机械强度和塑性。 ）有足够的机械强度和塑性。
设计：潘存云
§15-4
润滑剂和润滑装置
我国石油产品是用运动粘度标定的
表15-2 常用常用润滑油的主要性质 名 称 代号
L-AN7 40 ℃的粘度 凝点 闪点 开式 闪点(开式 开式) ≤C mm2/s ≥C 6.12~7.48 9.0~11.0 13.5~16.5 28.8~32.2 41.4~50.6 61.2~74.8 90~110 -10 -10 -10 -10 -10 -10 0 -7 110 125 165 170 180 190 210 180 用于重型机床导轨、 用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑。 矿山机械的润滑。
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。
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。 同的金属组合在一起，性能上取长补短。 轴承合金（白合金、巴氏合金） 一、轴承合金（白合金、巴氏合金） 1）锡锑轴承合金 ） 优点： 抗胶合性能好、对油的吸附性强、 优点： f 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。
橡胶轴承：具有较大的弹性， 橡胶轴承：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 可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、 机等有泥沙的场合。 机等有泥沙的场合。 塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、 塑料轴承：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：导热性差、膨胀系数大、容易变形。 缺点：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。
20 15 10 15 15 12 90 65 110 27 30 150 150 280 280 280 150HBS 150HBS 45HBC 45HBC 45HBC
80 60 100
一、 润滑剂 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。 A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水 液体润滑剂 润滑剂----润滑油 液体润滑剂 润滑油 平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附 作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的 分类 半固体润滑剂 润滑剂----润滑脂 半固体润滑剂 润滑脂 液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。 A 固体润滑剂 固体润滑剂 y 在用的大部分润滑油为矿物油（石油） o x 1. 润滑油 dy 在轴承中，润滑油最重要的物理参数 是粘度，它是选择润滑油的主要依据。 粘度----重要参数 粘度 重要参数粘度表征液体流动的内摩擦特性。 du 液体层与层之间摩擦切应力： 液体层与层之间摩擦切应力： 分析位置y处薄层的受力 B du y ----- 牛顿液体流动定律 实验结果： 实验结果： τ=η dy 时间/ η----液体的动力粘度，简称粘度 量纲：力·时间/长度2 液体的动力粘度 液体的动力粘度，简称粘度 量纲： 时间 单位： 单位：N · s /m2 (Pa ·s) 或泊：1P=1 dyn · s /cm2 s 或泊： η 单位： 或斯St： 单位： m2 / s 或斯 ：cm2 /s 运动粘度： 运动粘度： ν = ρ 或厘斯cSt： 或厘斯 ：1St=100 cSt