滑动轴承

机械设计
第十章 滑动轴承 第九章
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四、承载能力和索氏数S0
β— 轴承包角，轴瓦连续包围轴颈所对应的角度。(P221)
φ— 从 OO 起至任意 膜厚处的油膜角。
α1+α2— 承载油膜角
φ1— 油膜起始角 φ2— 油膜终止角 p=pmax处：h=h0，φ=φ0
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第十章 滑动轴承 第九章
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（P222 式10-19）
流出 流入
Δt— 油温升 Δt = t2－t1
1 1 t m (t 1 t 2 ) t 1 t 75C 平均温度： 2 2
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积分一次得任意φ处的油膜压力pφ：
p dp
1
6
2


1
(cos cos0 ) d 3 (1 cos )
在φ1至φ2区间内，沿外载荷方向单位宽度的油膜力为：
F1 p cos[180 ( )]rd
1 2
对有限宽轴承，若不计端泄，油膜承载力F为：
p 0 x
，油压为增函数；
可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大
于入口、出口处油压→正压力→承载。
e e
e e
e e
h>h0 p>0 x
p x =0
h<h0 p x <0
p 静止件 x =0 p=0
e e
机械设计 ※若二板平行：
p x
第十章 滑动轴承 第九章
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任何截面处h=h0， =0 ，不能产生高于出口、入口处的 油压→不能承载。 v
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2、推力轴承（方法同径向轴承）（自学） 结构：空心、实心、单环、多环
实心式：
空心式：
实心式：边缘v大，磨损快，中间p↑↑，压力分布不均。 空心式：压力分布均匀性↑。
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3、轴瓦结构 按构造 分 类 整体式 对开式 铸造 轧制
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按材料 分 类
单金属
多金属
按加工 分 类
减摩材料——轴承衬
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（二）常用材料
第十章 滑动轴承 第九章 强度低，仅用作轴承衬
5
1、金属材料——轴承合金（巴氏合金）、青铜等； 2、粉末冶金材料——含油轴承，低速重载，具 （多孔结构） 有自润滑性能。 3、非金属材料——塑性、橡胶等。
机械设计 二、滑动轴承的结构
1、径向滑动轴承 结构 (1) 整体式径向滑动轴承 如图，由轴承座、整体轴 套、油孔等组成
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第十章 滑动轴承 第九章
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§1、滑动轴承的常用材料和结构 一、滑动轴承的常用材料
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。 （一）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
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第十章 滑动轴承 第九章
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2、求解 针对“连续介质”，通过取“微单元体”手段：
X
0:
pdydz ( p p dx)dydz dxdy ( dz)dxdy 0 x y
p 2u 2 x z
p x z
由于：
第十章 滑动轴承
§1 滑动轴承的常用材料和结构
§2 混合润滑滑动轴承的工作能力设计
§3 流体动滑动轴承的工作能力设计
§4 滑动轴承和滚动轴承的比较
第十章 滑动轴承
• 本章的学习要点
– 滑动轴承的常用材料和结构 – 径向滑动轴承的条件性计算 – 滑动轴承的润滑和形成流体动力润滑的条件 – 向心滑动轴承形成流体动压润滑的过程
F F F
机械设计 2、几何关系
第十章 滑动轴承 第九章
O
θ
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F
（1）固定参数 R——轴承孔半径（D）； r——轴颈半径（d）；
φ
M
O' φ s o ec φ
ω
R
e
M
β
O
O'
h
r
hm
半径间隙： R r （直径间隙 D d ）； 2 r d ；宽径比：B/d。 相对间隙：
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第九章 滑动轴承
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• 如何根据工作条件选用合适的滑动轴承材料和结 构？ • 如何结合滑动轴承可能的失效形式进行工作能力 设计计算？ • 产生液体动压润滑形成的必要条件和充分条件是 什么？ • 如何进行热平衡计算？ • 分析相对间隙、偏心率 、索氏数S0、最小油膜 厚度hmin、油粘度η和宽径比B/d等对承载能力的影 响。
第十章 滑动轴承 第九章
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1）忽略p-η效应（压粘效应）
一般情况适用，对高副不适用（如齿轮） p 0 2）油沿y方向无流动，即无限宽轴承 y B B→≦（无限宽）：一维方程
B为有限宽时：二维方程
端泄 端泄 3）层流（一般中高速情况；特高速“湍流”、“紊流”） 4）油与表面吸附，一起运动或静止 z=0，u=v(板速) 即：油层流速 z=h，u=0(静止板) 5）不计油的惯性力和重力 6）油不可压缩：ρ=const
d B F ...... 2
F 2 ... S0 f ( , ) S0— 索氏数，无量纲 Bd
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第九章 滑动轴承
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ε↑——S0 ↑
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第九章 滑动轴承
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第十章 滑动轴承 第九章
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单位：F— N，B、d— m，η— Pa· s，ω— rad/s S 0 Bd ↓，η↑— 承载能力↑ F 2 轴承实际承载能力小于上式（端泄）
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§2、混合润滑滑动轴承的工作能力设计 一、混合摩擦滑动轴承失效形式 胶合、磨损等
设计准则：至少保持在边界润滑状态，
即维持边界油膜不破裂。 复杂 计算方法：简化计算（条件性计算）
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第十章 滑动轴承 第九章
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失效形式图例
磨损及胶合
点蚀及金属剥落
机械设计 二、径向轴承
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油沟、油孔：不能开在油膜承载区，否则，承载能力↓
油沟长度≈0.8B（轴瓦宽度），即不能开通，否则漏油。
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三、液体润滑滑动轴承按油膜形成原理 1、静压轴承 外部一定压力的流体进入摩擦面，建立压力油膜。
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。
第十章 滑动轴承 第九章
F p Bd
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1、限制轴承平均压强
p
F— 径向载荷, N； B— 轴瓦有效宽度,mm； [p]— 许用压强,Mpa。 d— 轴颈直径, mm；
目的：防止p过高，油被挤出，产生 “过度磨损”。
2、限制pv值 ≧ 轴承发热量∝单位面积摩擦功耗μpv ≨ pv↑→摩擦功耗↑→发热量↑→易胶合
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特点：1）结构简单、成本低 2）轴套磨损后，间隙无法调整 3）装拆不便（只能从轴端装拆） 适于低速、轻载或间隙工作的机器。
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(2) 剖分式径向滑动轴承 由轴承座、轴承盖、剖分轴 瓦、轴承盖螺柱等组成
第十章 滑动轴承 第九章 (3) 自动调心式
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第十章 滑动轴承 第九章
( h h0 ) p 6v x h3
一维雷诺方程（R· E）
机械设计 二、油楔承载机理
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pmax
υ 移动件
h0
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由R· E
油压变化与η、v、h有关 p →积分→油膜承载能力 →平衡外载
x O
y
移动件
υ
静止件
h=h0
当h＞h0时，
p 0 ，p=pmax； 当 h=h0时， x p 当h＜h0时， 0 ，油压为减函数。 x
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连续流动方程：任何截面沿x方向单位宽度流量qx相等
qx
h 0
Uh 1 p 3 u dz h h 2 12 x
p 设在最大油压Pmax处，h=h0(即 0时，h=h0)，此时： x
Uh qx h0 2
≨
1 1 1 p 3 U h h0 U h h h 2 2 12 x
u z
机械设计 二次积分
u
第十章 滑动轴承 第九章
1 p 2 z C1 z C，u=Uh；z=h，u=0
U 1 p 流速方程： u h (h z ) ( z h) z h 2 x
剪切流(直线分布) 压力流(抛物线分布)
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[ p]
Fn pv [ pv] k 30000 (d d 0 )
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§3、流体动压滑动轴承的工作能力设计
一、流体动压润滑的机理——雷诺方程 1、建模 研究对象：被润滑油隔开作相对运动的两刚
体，一个以v运动，一个静止。
为方便研究，作如下假设：
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当B=≦，即无限宽轴承时，油沿轴向无流动，一维R· E
h h0 dp 6v dx h3
转换为极坐标：
dx rd
h (1 cos )
v r
得：
6 (cos cos0 ) dp 2 d 3 (1 cos )
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第十章 滑动轴承 第九章
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第十章 滑动轴承 第九章
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整 体 式 轴 瓦
轴承衬
剖 分 式 轴 瓦