8滑动轴承

第十二章滑动轴承 (6学时)

一、摩擦、磨损、润滑概述

两个相对滑动物体接触时必然有摩擦，→（发生）磨损→（考虑）润滑。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学(Tribology)。“摩擦学”已作为一门重要学科分支收到人们普遍重视。这是由于世界性的能源危机引起的。因为有资料表明，世界上使用的能源大约有1/3~1/2 消耗于摩擦。各种机械设备中，零件的主要失效形式是摩擦磨损造成的。连我们日常生活中，衣、鞋等日常用品也会因磨损发生无法使用、当然摩擦又为我们生活带来许多益处，如人靠摩擦行走，汽车靠摩擦力制动等，如果没有摩擦这个世界将会是怎么样呢？摩擦学对人类生活有极为重要的影响，但我们对摩擦磨损的认识却十分肤浅，自今对其产生机理还没弄清楚。

❑摩擦——是相对运动的物体表面间的相互阻碍作用现象；其机理有：“机械说”产生摩擦的原因是表面微凸体的相互阻碍

作用；“分子说”产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸力

作用；

❑磨损——是由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；

润滑——是减轻摩擦和磨损所应采取的措施。

1、摩擦种类及特点

①干摩擦－是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩

擦。特点：摩擦系数大，磨损严重。

②边界摩擦－是指摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，其摩擦性

质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。

物理吸附膜－靠油中极性分子与表面相互吸引而成。该膜极薄，小于表面粗糙度，受温度影响大。

化学吸附膜－靠分子键和金属形成的化学吸附膜。较物理吸附膜强度稳定性高。

化学反应膜－油中加入添加剂后与表面进行化学反应生成的膜。

特点：膜较厚，强度、稳定性高、承载能力强。

③流体摩擦－是指摩擦表面被流体膜隔开的摩擦，摩擦性质取决

于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。特点：流体摩擦时的摩擦系数最小，且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。

④混合摩擦－是指摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状

态。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。

边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为不完全液体摩擦。

2、润滑油的粘度

粘度――表征润滑油流动时的内部阻力，是衡量内摩擦大小指标。

也是是润滑油的主要质量指标，粘度值越高，油越稠，反之越稀；

①动力粘度――牛顿在1687年研究粘性液体流动的摩擦定理中，定义了动力粘度η，见图4－7、4－8所示，油层中的切应力与其速度梯度成（∂u/∂y）正比，即

τ＝－η﹒∂u/∂y

比例常数为流体的（动力）粘度。符合这种粘度规律流体称为牛顿体。

动力粘度η的量纲 N·s/m2或Pa·s 。不便测量，主要用于流体动力学计算。

②运动粘度――动力粘度η与同温度下该液体密度ρ之比值,

υ＝η/ρ（4－7）运动粘度υ的量纲 m2 / s （国际单位）.在C.G.S制中用(物理单位) St（斯）,1 St=1 cm2/s;常用的为cSt(厘斯)， 1 cSt=1 mm2/s 。GB/T314-1994规定采用润滑油在40℃时的运动粘度中心值作为润滑油的牌号。润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系，如：牌号为L-AN10的油在40℃时的运动粘度大约为10 cSt。

3、粘度与温度、压力关系

粘－温特性：随着温度的升高，粘度将变小。其影响程度由粘度指数（VI）表示，VI越大，则粘度随温度的变化越小，即粘－温性能越好。图4－9为几种全损耗系统润滑油的粘－温曲线。

粘－压特性：当应力很高（大于20MPa）时,润滑油的粘度将明显增大。一般，只在高副元件中才有这种现象，如重载齿轮传动中，啮

合处的局部压力可能高达4000MPa，此时润滑油的粘度极大，变得像腊状的固体。

二、径向滑动轴承结构及材料

结构有：（整体式、剖分式、自动调节式）

轴承－支撑轴的零件最简单的结构“坐上钻孔”，由“瓦、衬座组成，有油孔、油塞。

１、轴承材料

轴承材料包括轴瓦和轴承衬的材料，常用轴承材料：见表12－2，其种类和基本要求如下：

基本要求：耐磨、减摩性好、具有一定强度。

其它要求：跑合性、传热性、耐腐蚀性好。

①轴承合金（巴氏合金、白合金）——含锡铅锑铜的合金材

料，耐磨减摩，基体软，适合做轴衬。特点：减摩性好，

但较软，强度低，适合做轴衬。

②铜合金、锡（铅）青铜——耐磨减摩，强度高，适合做轴

瓦

③ 含油轴承（多孔质金属材料）----是一种用金属粉经压制、

烧结成形后得到的末冶金材料，为多孔组织，能蓄油。适

做轴瓦。

④ 非金属材料（轴承塑料）----如：尼龙、工程塑料，可用

水润滑，摩擦系数小，但导热差。

三、 不完全液体摩擦滑动轴承的设计计算

径向轴承：

主要用于工作可靠性要求不高的低速、重载、间歇工作的轴承。 轴承可靠的工作条件是：边界膜不破坏。

1. 验算轴承平均压力(保证边界膜不破裂和轴承强度)：

[]P dB

F p ≤=； （12－1） 2. 验算pv 值：轴承单位面积上的摩擦功为fpv ，限制摩擦功就是限

制轴承温升。（限制轴承的温升，防止边界膜因温度太高而破裂以及防止胶合）

[]pv B

Fn dn Bd F pv ≤=⨯⋅=19100100060π （12－2） 3. 验算滑动速度（考虑磨损）：

[]v v ≤ （12－3） 选取适当的配合。一般可取：f6

H7f7H899、或d H 四、 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算

１、 液体动力润滑的基本方程－雷诺方程

对流体平衡方程（Navier －Stokes 方程）作如下假设，流体为牛顿流体即)(y u ∂∂=ητ，层流，忽略压力对流体粘度等。

在以上假设下，从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的一部分作为单元体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程（推导略）： 雷诺方程：()036h h h

v x p -=∂∂η -η油的动力粘度,ｈ－移动件至静止件的距离,轴颈的圆周速度ｖ 油的压力p, b h 位于横轴0处。

2、油楔承载原理

当0h h >时，22y

v x p ∂∂=∂∂>0， p 沿x 上升；

·当时，0h h =22y

v x p ∂∂=∂∂=0时， max p p =；

·当0h h <时，22y

v x p ∂∂=∂∂<0， p 沿x 下降，

油膜承载力的建立必须满足以下条件

（1）相对运动表面形成收敛的楔形间隙；

（2）被油膜分开的两表面有一定的相对滑动速度，并带着油由大口