滑动轴承

12-4 轴瓦的结构（续）
不完全液体润滑（摩擦）轴承几种常见 的油沟。
补充：滑动轴承摩擦减阻
1.工程科学计算与数值仿真 ➢ 微造型摩擦减阻
几何及材料参数
表1 轴瓦油膜几何参数及润滑油参数 值/单位
轴瓦内径db
db=20mm
轴颈直径d
D=19.8mm
轴承宽度b
b=25mm
直径间隙cd
cd=200um
2、铜合金 锡青铜、铅青铜和铝青铜三种。
锡青铜减摩耐磨性最好，但跑合性不如轴承合金， 适用于中速重载；铅青铜抗胶合性能好，可用于高速 重载；铝青铜强度硬度高，最适合于低速重载。
（二）轴承(轴瓦和轴承衬）材料（续）
3、铝基轴承合金 铝基轴承合金具有质量轻、强度高、导热性
能好等许多优良的性能，是一类正在迅速发展的 新型轴承合金。 4、灰铸铁及耐磨铸铁
12-2 滑动轴承的主要结构型式
（一）、整体式径向滑动轴承
轴套压装在轴承座中或机 体孔中。润滑油通过轴套上的 油孔和内表面上的油沟进入摩 擦面。
结构简单、制造方便、间 隙无法调整、轴颈只能沿轴向 装入。用于轴不大、低速、轻 载、间歇转动的机械。参考标 准JB/T2560-91进行设计。
油杯孔 轴套
（二）轴承(轴瓦和轴承衬）材料
▪ 对材料的要求：
1、有良好的减摩耐磨性和抗咬 粘性；
2、有良好的顺应性、嵌入性和 跑合性；
3、有足够的强度； 4、有足够的抗腐蚀能力； 5、有良好的导热性、工艺性、
经济性。
（二）轴承(轴瓦和轴承衬）材料（续）
1、轴承合金 又称巴氏合金或白合金，其金相组织是在 锡或铅的软基体中夹着锑、铜等硬合金颗粒。最好的 减摩性、抗胶合性和耐腐蚀性（锡基），也很容易和 轴颈跑合。价贵，用于高速重载下的重要轴承。但强 度比青铜、铸铁等低很多，一般只用作轴承衬的材料。
（一） 流体动力润滑的基本方程（续）
从油膜中取出一微元体dx×dz×dy。 设：单位面积
上的油膜压力为p，p沿x轴方向的变化率为:
。
τ为润滑油的内摩擦力，τ沿y轴方向的变化率为:
/ y ，则微元体x方向的力平衡条件为：
x
z y
（一） 流体动力润滑的基本方程（续）
整理后得:
h
牛顿液体有物理方程：
12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算
液体动力润滑状态
依靠轴颈与轴瓦 的相对运动而建立起 压力油膜将两滑动表 面完全隔开，由油膜 产生的压力来平衡外 载荷。
（一） 流体动力润滑的基本方程
研究采用的力学模型：互不平行的两刚体（平板） 被润滑油隔开，上板以速度v移动，下板静止不 动。上层油随上板发生沿x轴方向的流动。
n=3000r/min
补充：滑动轴承摩擦减阻 h
y
h
1.工程科学计算与数值仿真
➢ 微造型 摩擦减阻——含微造型
o
x
Pmin
h’ Pmax
P=0
P=0
n=3000r/mi
1.油膜压力分布（笛卡尔） n
2.非结构网格，网格节点无序分布，较难提取圆周向油膜压力
分布
h’
n=3000r/mi n
补充：滑动轴承摩擦减阻
（表12-7）
例1：如图所示的车辆的轴颈与滑动轴承轴瓦，已知 径直向径载为荷10为00Fmmaxm=，50求K轴N，承最的大pv车值速。为25m/s，车轮
200
F
v 解：
dn
1000n
601000 601000
120º
n
2560
477.5r
/ min
v
90477.5
601000
2.25m
/
（一） 流体动力润滑的基本方程（续）
形成流体动压润滑油膜的条件：
1）两摩擦表面间具有一定的相对滑动速度； 2）两相对滑动的表面之间具有收敛的楔形间隙
（间隙沿油的流动方向逐渐变小）； 3）流体具有一定的粘度并有充足的供油量 。
（二）径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程
能充分供油、有足够转速和油粘度的径向滑动轴承， 可形成流体动力润滑状态：
1、验算轴承的平均压力p（MPa）
p
F dB
p
2、验算轴承的pv值（MPa·m/s）
pv
F Bd
dn 601000
Fn 19100B
pv
3、验算滑动速度v（m/s）
v v
12-6 不完全液体润滑轴承设计计算（续）
（一）止推滑动轴承的计算 已知：轴向载荷F（N）、轴转速n （r/min）、轴环直径d1、d2（mm）。
▪ 滑动轴承：工作在滑动摩 擦状态下的轴承。
▪ 基本结构：钢或铸铁轴承 座+减摩耐磨材料的轴瓦 （整体或剖分）+轴颈。
轴瓦
独特的优点和应用：
▪ 工作转速特高的轴承。 ▪ 要求对轴的支承位置特别精确的轴承。 ▪ 特重型的轴承。 ▪ 承受巨大的冲击和振动载荷的轴承。 ▪ 装配要求做成剖分式的轴承（如曲轴的轴承）。 ▪ 特殊条件下（如水或腐蚀性介质中）工作的轴承。 ▪ 径向空间尺寸受限制的轴承。 ▪ 简单和成本低的回转支承
12-4 轴瓦的结构（续）
轴向油槽 单轴向油槽 液体动压径向轴承 周向油槽 双轴向油槽
1、润滑油应从油膜压力最小处输入轴承； 2、油槽开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力； 3、油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失； 4、水平安装轴承油槽开半周，不要延伸到承载区，全周油槽应开在靠近 轴承端部处。
生产成本低，石墨有自润作用，不耐冲击。
（二）轴承(轴瓦和轴承衬）材料（续）
5、多孔质金属材料 将不同的金属粉末经压制烧结而成的多孔结构材料，称为粉末
冶金材料，其孔隙约占体积的10 % ～35%，可贮存润滑油，故 又称为含油轴承。运转时，轴瓦温度升高，因油的膨胀系数比金属 大，从而自动进入摩擦表面润滑轴承。停车时，因毛细管作用润滑 油又被吸回孔隙中。含油轴承不补充油便可工作相当长时间，若能 定期加油，则效果更好。韧性差，宜用于载荷平稳、中低速场合。
注：这里，横坐标X是序列点的序号 系列1表示：各序列点所对应的X坐标值 系列2表示：各序列点所对应的压力值
雷诺边界条件下计算的压力分布[1]
系列2和系列1一一对应
h’
Ref：[1] Bharat Bhushan. Introduction to Tribology (ISBN 0-471-15893-3), 2002, New York
12-6 不完全液体润滑轴承的设计计算
采用条件性计算方法，保证三个条件满足： P≤[P]——防止边界膜破裂 Pv≤[Pv]——限制温升 V≤[V]——限制边缘磨损和温升 从而控制磨损和维持边界膜润滑状态。
12-6 不完全液体润滑轴承的设计计算（续）
（一）径向滑动轴承的计算
已知：径向载荷F（N）、轴转速n （r/min）、轴颈直径d（mm）。
结果对比：
Micro-texture sculpt Normal
中截面油膜压力分布
tt
4 P cp
(r c) f Q(1 0.5Qs /
Q)
随转速变化的油膜压力峰值分布
ft
2 2S
(1
2
)
1 2
(c) r
随转速变化的摩擦因子变化
1.摩擦因子数值计算 与理论计算平均误差 ζ=6.4%
2.数值计算的含微造 型平均摩擦因子降低 了35.5%
s
p 3.21MPa F
2
d 2
sin
60200
50000
2
90 2
sin
60200
pv 3.21 2.25 7.22MPa M / s
解：
例2：有一电动机的转子，用滑动轴承支承，已知额定转速
n=970 r/min，额定功率P=13kW，转子重量W=3000N，皮带 的压轴力Q=6000N，轴的材料为45号钢，轴承材料为 ZCuSn10P1，润滑油摩擦系数f=0.006。试确定轴径尺寸，并计 算消耗的功率。
在航空发动机附件、仪表、金属切削机床、内燃 机、铁路机车及车辆、轧钢机、雷达、卫星通信地面 站及天文望远镜等方面的应用很广泛。
类型：
F
一、按承载方向不同分类 1、径向滑动轴承 承受径向载荷； 2、止推滑动轴承 承受轴向载荷。 二、按轴承工作时的润滑（摩擦）状态分类
1、液体润滑（摩擦）滑动轴承
2、不完全液体润滑（摩擦）滑动轴承 3、无润滑滑动轴承 三、按润滑油膜形成原理的不同分类 1、流体动力润滑滑动轴承（简称动压轴承） 2、流体静力润滑滑动轴承（简称静压轴承）
整理后得：
wenku.baidu.com
而若设： 常数，可得：
=0时，油膜的厚度h=h0，则根据q为
（一） 流体动力润滑的基本方程（续）
一 维 雷 诺 方 程 若油大口流向小口（收敛油 楔） ，能建立起大于大气压的 油膜压力； 若油小口流向大口（发散油 楔） ，建立的是负油压； 当油从平行间隙流过时（平行 油楔） ，油压等于大气压，即 不能建立起油膜压力；
12-4 轴瓦的结构 （一）轴瓦的型式和构造
轴瓦型式
整体式轴瓦 对开式轴瓦
整体轴套
单、双或多层材 料的卷制轴套。
轴承衬
厚壁轴瓦
薄壁轴瓦
12-4 轴瓦的结构（续）
（二）轴瓦的定位 凸缘、销子、紧定螺钉
12-4 轴瓦的结构（续）
（三）油孔及油槽（沟） 油孔用于供应润滑油 油沟用于输送和分布润滑油。
轴承间隙c
C=100um
姿态角φ
φ=45°
偏心率ε
ε=0.7
润滑油密度ρ
Ρ=880kg/m^3
润滑油动力粘度η0 η0=0.04Pa·s
比定压热容C
C=1.88J/g·k
流体动压径向轴承（有限宽、光滑；n=1000~5000r/min）
无微造型+含微造型
含微造型轴承
几何结构参数 宽度W 长度L 深度H 单位个数N 覆盖角度Δθ 起始角θi 角间距θA
补充：摩擦与润滑
摩擦分类
补充：摩擦与润滑
摩擦分类
补充：摩擦与润滑
流体不同的润滑机制
补充：摩擦与润滑
流体动压润滑、静压润滑机制
第四篇 轴系零、部件 ——轴及其相关的轴承、联轴器等 第十二章 滑动轴承(Slinding Bearings)
12-1 概述 ▪ 轴承的功用：支撑、保证
精度、减摩耐磨、承载。
（二）轴承(轴瓦和轴承衬）材料（续）
6、非金属轴瓦材料 以塑料用得最多，其优点是
摩擦系数小，耐腐性、耐磨性、 抗胶合性等都较好，但导热性不 好，吸水性大，线膨胀系数大， 易变形，尺寸稳定性不好，适用 于速度不高或散热条件好的地方。
橡胶轴承弹性大，能减轻振 动，使运转平稳，可以用水润滑， 常用于离心水泵，水轮机等场合。
剖分轴瓦 轴承座
榫口
12-2 滑动轴承的主要结构型式（续）
自动调心式滑动轴承 轴瓦可在轴承座
的球面内摆动，自动 适应轴的偏斜，避免 边缘接触。
12-2 滑动轴承的主要结构型式（续）
（三）止推滑动轴承 由止推轴瓦和轴承座组成。
12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料
（一）滑动轴承的失效形式
1、磨粒磨损；2、刮伤；3、咬粘（胶 合）；4、疲劳剥落；5、腐蚀。
故：
油膜内任意点在x方向上的流速
对y积分得：
根据边界条件：y=h,u=0；y=0,u=v， 得积分常数：
（一） 流体动力润滑的基本方程（续） 即油膜内任意点在x方向上的流速为：
润滑油在单位时间内沿x方向流过任意截 面(单位宽度)的流量为：
uh
（一） 流体动力润滑的基本方程（续）
当无侧漏（z方向无流动），且假设流体不可压缩， 流量连续 ，则任何截面上的q都是常数，即：
值/单位 W=200um L=15mm H=50um N=30个 Δθ=68.4° θi=225° θA=2.28°
补充：滑动轴承摩擦减阻
1.工程科学计算与数值仿真
h
➢ 微造型hmin摩擦减阻——无微造型
n=3000r/min
可见，收敛区（液膜最薄点至高压半区）液膜压力产生正 压力，而发散区（液膜最薄点至低压半区）的液膜压力产 生负压，压力分布呈斜对称
轴静止时
轴起动时 正常工作时
（三）径向滑动轴承的几何关系和承载量系数(续)
▪ 轴承孔半径和轴颈半径： R、 r
▪ 半径间隙 δ= R - r
▪ 相对间隙 ψ= δ/ r
▪ 偏心距 e oo1
▪
偏心率
e
e Rr
▪ 最小油膜厚度
hmin e r 1
一般 : 0.5 ~ 0.95
（三）径向滑动轴承几何关系和承载量系数(续)
径向载荷
F
dB 2
Cp
承载量系数Cp含三重积分，用数值计算方法计 算，并做成表。
（1）油的粘度 η 增加，承载力增加； （2）相对速度 ω 增加，承载力增加； （3）相对间隙 ψ 减小，承载力增加； （4）承载量系数Cp增加，承载力增加。
Cp (,B /d)
（三）径向滑动轴承几何关系和承载量系数(续)
轴承座 油沟
12-2 滑动轴承的联主接要螺结柱 构型式（续油）杯螺孔
（二）对开式径向滑动
轴承
由轴承盖、底座、剖 轴承盖 分轴瓦、双头螺柱等组成。
盖和座的剖分面上作 出阶梯形的榫口，保证准 确定位。润滑油通过油孔 和油沟润滑摩擦面。轴安 装方便、间隙可调整。多 数轴承为水平剖分，也可 斜剖分以适应载荷方向。