滑动轴承计算

第十七章滑动轴承基本要求及重点、难点滑动轴承的结构、类型、特点及轴瓦材料与结构。

非液体摩擦轴承的计算。

液体动压形成原理及基本方程，液体动压径向滑动轴承的计算要点。

多油楔动压轴承简介。

润滑剂与润滑装置。

基本要求:1) 了解滑动轴承的类型、特点及其应用。

2) 掌握各类滑动轴承的结构特点。

3) 了解对轴瓦材料的基本要求和常用轴瓦材料，了解轴瓦结构。

4) 掌握非液体摩擦轴承的设计计算准则及其物理意义。

5) 掌握液体动压润滑的基本概念、基本方程和油楔承载机理。

6) 了解液体摩擦动压径向润滑轴承的计算要点（工作过程、压力曲线及需要进行哪些计算）。

7) 了解多油楔轴承等其他动压轴承的工作原理、特点及应用。

8) 了解滑动轴承采用的润滑剂与润滑装置。

重点：1) 轴瓦材料及其应用。

2) 非液体摩擦滑动轴承的设计准则与方法。

3) 液体动压润滑的基本方程及形成液体动压润滑的必要条件。

难点：液体动压润滑的基本方程及形成液体动压润滑的必要条件。

主要内容：一：非液体润滑轴承的设计计算。

二：形成动压油膜的必要条件。

三：流体动压向心滑动轴承的设计计算方法，参数选择§17-1概述：滑动轴承是支撑轴承的零件或部件，轴颈与轴瓦面接触，属滑动摩擦。

一 分类：1. 按承载方向 径向轴承（向心轴承。

普通轴承）只受.推力轴承： 只受组合轴承：,. 2. 按润滑状态 液体润滑： 摩擦表面被一流体膜分开（1.5—2.0以上）表面间摩擦为液体分子间的摩擦 。

例如汽轮机的主轴。

非液体润滑：处于边界摩擦及混合摩擦状态下工作的轴承为非液体润滑轴承。

关于摩擦 干： 不加任何润滑剂。

边界：表面被吸附的边界膜隔开，摩擦性质不取决于流体粘度，与边界膜的表面的吸附性质有关。

液体：表面被液体隔开,摩擦性质取决于流体内分子间粘性阻力。

混合：处于上述的混合状态.相应的润滑状态称边界、液体、混合、 润滑。

r F a F a F r F m3.液体润滑按流体膜形成原理分：1）流体动压润滑轴承：靠摩擦表面几何形状相对运动并借助粘性流体动力学作用产生力。

平衡外载。

2）流体静压润滑轴承：靠外部提供压力流体，借助流体静压力平衡外载荷。

但开始启动时处于干摩擦，逐渐转换的，表明滑动轴承摩擦状态转化过程滑动轴承摩擦特性曲线。

由德国科学家Stribeck通过实验做出的。

3.按润滑材料分液体润滑轴承（油、水）气体润滑轴承（空气、氦、氮）塑料体润滑轴承（脂、半夜体金属、、） 固体润滑轴承 （、、石墨，玻璃）自润滑轴承（粉末冶金）二 ：主要特点：1.平稳， 可靠， 噪音小，高旋转精度2.承载力大，耐冲击（油膜缓冲阻尼作用），用于高速3.启动阻力大。

§17--2 径向滑动轴承的主要类型整体式:结构简单，低速、载荷不大 , 间歇机器无法调间隙，轴颈只能从端部装入。

剖分式 : 见教材P334图17.1-17.2。

§17—3滑动轴承材料：即轴瓦与轴承衬材料。

一：对材料要求：1. 强度塑性 顺应性 嵌藏性2. 磨合性减摩性 耐磨性磨合性 材料消除表面不平度而使轴瓦表面和轴颈表面相互吻合的性质减摩性：材料具有较低摩擦阻力的性质。

耐磨性：材料具有抵抗磨粒磨损和胶合磨损的性质。

3.良好的导热性、工艺性 、经济性。

b P n S n I b P n S s m v /30二：常用材料：1. 材料分类：金属材料粉末冶金材料非金属材料2. 常用材料简介：1） 巴氏合金（轴承合金）、、、合金 ，以、为基础，悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒，均匀的分布于基体内，硬晶粒起抗磨作用软基体则增加材料的塑性。

2）轴承青铜：粉末冶金：金属粉末加石墨高压成型再经高温烧制而成的多空隙结构材料。

孔隙率占总体积的15-35%，可预先浸满油或脂，又称含油轴承。

3）塑料：耐水耐酸耐碱，但导热性差耐塑性差。

详见p355表17.1§17—7 滑动轴承的条件性计算用于低速轻载不重要轴承，也用于流体润滑的初算。

非液体润滑轴承计算缺乏系统理论，用一些条件性的验算来进行计算。

失效形式：磨损（主要）无合适公式胶合（次要）点蚀（更次要）一、径向轴承。

1. 限制平均压强P 即限制磨损失效。

u C n S b P b S n S b P 110P ZCuSn(17.2)F------ 轴承径向载荷----轴颈直径及有效宽mm----许用比压Mpa 表17.4 P342 2.限制值即限制胶合因发热量有摩擦功率损失而来，与功率损失成正比，因而限制值就可以限制发热量，进而限制了胶合。

发热量式中f —摩擦系数； F —力（）； —速度上式中B 、d 一定，f 一定，为变值、可控制此项即可限制胶合失效。

（17-3）3.限制滑动速度：有时由于安装误差或轴的弹性变形，使轴径与轴承局部接触，此时即使平均比压较小，及皆小于许用值，但也可能由于轴颈圆周速度较高，而使轴承局部过度磨损或胶合。

因此安装精度较差、轴的弹性变形较大和轴承宽径比较大时，还需验算轴径的圆周速度。

（17-4）材料的pv 及v 见教材表17.4[]P B d F P ≤⋅=N dB []P pv pv pv v p d B f s m v F f H ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=)/(N v pv []s m Mp pv B n F dn Bd F pv a /2000100060⋅≤⋅⋅=⨯⋅=πv p p pv v []s m v dnv /100060≤⨯=π二、推力轴承（见教材P342页，略）§17—8液体动压润滑的基本方程用润滑油把摩擦表面完全分割开的摩擦成为液体摩擦，此时摩擦性质取决于润获的黏度，而与两摩擦表面间的材料无关。

一：润滑油粘度1.润滑油在运动过程中产生内部摩擦阻力的性质叫粘性，粘性大小称粘度。

粘度是表征流体流动中内摩擦性能的。

2.内摩擦阻力的计算：图是为两块平行平板被一层不可压缩的润滑油隔开，下板静止加压力拖动上板，润滑油做层流流动。

沿y 坐标轴油层将以不同速度u 在移动。

流动时内摩擦阻力阻止层流流动，此力称流体内摩擦阻力。

关于内摩擦阻力的大小：速度位置速度梯度，即速度在垂直方向上的变化率。

由理论分析及试验结果剪应力与速度梯度成正比。

因方向取负，负号表示随的增大而减小，当温度、压力一定时，为一常数称为动力粘度。

上述方程称牛顿方程或流体内摩擦定律2. 粘度单位τv τy u ∂∂∝τy u ∂∂=ητy u y η1） 动力粘度（绝对粘度）：单位为动力学单位，称动力粘度。

国际单位（工程单位）：巴斯（）长宽高各为1m 的液体如使两平行面a .b 发生1m/s 相对滑动速度所需的力为1N.这样的液体粘度为物理单位 泊或2） 运动粘度动力粘度与同温度下该液体的密度的比值称运动粘度。

国际单位：物理单位：斯（Stock ）,蒸馏水在20.3摄氏度时运动粘度为1新标准规定机械油牌号为40摄氏度时运动粘度的厘斯数，温度上升，粘度下降;压力升高，粘度上升，超过100Mpa 时压力升高，粘度明显增加。

二：流体动压润滑的形成（润滑油是怎样起作用的，压力如何产生的）s Pa ⋅2/1m s N ⋅)(poise P s Pa cP P cm s dyn ⋅===⋅1.0(1001/12厘泊）cP P s Pa 1000101==⋅s m m Kg m ss m Kg m Kg m s N s m /)/(/(2322322=⋅⋅=⋅==ρηγcSt s cm cm g s s cm g cm g cm s dyn St 100/1/)/(/1/123222==⋅⋅=⋅==ρηcSt（a）如图17.14.b所示：板b静止，板a以速度v向右移动，板上无载荷，液体速度图呈三角形分布，板ab间带进油量等于带出油量，板间油量保持不变，板a不会下沉。

（b）板a承载，油向两侧溢出，于是板a下沉，不能承载。

（c）如图17.14 a所示，ab板不平行，板间隙沿运动方向由大到小呈收敛的楔形，板a 承受载荷P。

板a运动使两端流体速度图似乎应如虚线所示的三角形分布。

如此进油多出油少，由于实际上液体不可压缩，必将在间隙内拥挤形成压力，迫使进口端的速度图向内凹，出口端速度图形向外凸，使进口油量等与出口带出的油量。

间隙内液体形成压力，即由向上的压力与外载荷平衡，说明在间隙内形成了动压油膜。

归纳起来：获得流体动压润滑的必要条件是：1）相对运动两表面间，必须有沿运动方向由大变小的楔形间隙；2）两表面必须有一定的相对速度3）润滑油有一定粘度，且供油充足。

进一步观察径向轴承形成动压油膜的过程：（1）如图17.16 a所示，制造时轴承孔直径D大于轴径d，二者之差称直径间隙。

静止时轴处于轴承孔最下方稳定位置。

（2）轴径开始转动时，轴承与轴径为金属相接触，为金属间直接相摩擦。

轴承对轴径的摩擦力方向与轴径表面圆周速度方向相反，迫使轴径向左移动而偏移。

如图17.16 b 所示（3）当轴径速度继续增加时，楔形间隙内形成的油膜将轴径推开而与轴承脱离接触，但此情况不持久，因为油膜内各点内压力的合力有向右推动轴径的分力存在，因而轴径向右移动。

（4）随转速的增大，轴径表面圆周速度增大，带入油楔内油量逐渐加多，则金属接触面被润滑油分隔开的面积增大，因而摩擦阻力下降。

于是轴径又向右下方移动（油膜内各点压力的合力有向右推动轴径的分力存在）。

当转速增加到一定大小达到工作转速时，已形成足够油量将金属接触面分开，轴承开始按液体摩擦状态工作。

油压如何计算？通过雷诺方程解决。

三：流体动压润滑的基本方程------雷诺方程如图17.13所示两刚体被润滑油分开，移动件以速度v沿x方向移动，另一刚体静止不动。

假设：1. z 方向无穷大，（润滑油在此方向不流动）；2. 润滑油做层流流动，油不可压缩；3. 润滑油粘度不随温度压力变化；4. 忽略油层重力和惯性；5. 由于工作表面吸附牢固，表面油分子随工作表面一同运动或静止。

取单元微体分析，p 为单位压力。

因沿z 方向不流动，因而前后面压强相等。

作用于微元体两侧压力及作用于微元体上下两面压力为及分析x 方向受力，因为等速运动，所以受力平衡：dz pdy ⋅dz dy dx x pp ⋅∂∂+）（dz dx ⋅⋅τdz dx dy dy dp⋅+)(τ∑=0x 0)()(=⋅∂∂+-⋅⋅+⋅∂∂+-⋅⋅dz dx dy ydz dx dz dy dx x p p dz dy p τττ代入牛顿定律得：得 反过来分析一下平行板的情况：如图，速度分布为三角形 ，即不能产生压力来支撑外载荷（平行油膜各处油压差等于入口及出口的油压）。

上式积分：再积分：利用边界条件，当y=0时（移动件）得=当时（静止件）得导出：将、代入原式得0=∂∂-∂∂-dydxdz y dxdydz x p τy x p ∂∂-=∂∂∴τy u∂∂=ητ22y u xp ∂∂=∂∂η常数=∂∂∴y u0022=∂∂∴=∂∂x pyu ∴111C y dx dp dy x l y u +=∂∂=∂∂⎰ηη212121)1(C y C y x p dy C y x p u ++∂∂=+∂∂=⎰ηηv u =2C v h y =0=u h vh x p C -∂∂-=211ηhv h dx dp h vh x p C vh C h x p u C y C y x p u --=-∂∂-=∴++∂∂=∴++⋅∂∂=212121212112212ηηηη1C 2C利用润滑油连续流动的关系得出任一剖面沿x 方向单位宽度流量：[导出：=u （速度）x 截面积=dz=udy （因为单位宽，所以dz=1）==Vh（a ）设以表示油膜中油压最大处的间隙（=0）此截面上（b ）而式（a ）应等于式（b ） （因为流量必相等）== (7—7）)(21)()21(21)21)1(22121h y y xpy h h v v y h vy h x p y x p C y C y x p dy C y x p u -∂∂+-=+-∂∂-⋅∂∂=++⋅∂∂=+⋅∂∂=⎰ηηηηη⎰=hx udyq 0xq udy ⎰-∂∂+-hdy h y y x p y h h V 0)](21)([η2213212232h h x p h x p h h V ∂∂-∂∂+-ηη31212h x p V ∂∂-=ηη0hx p ∂∂=x q 021vh ∴31212h x P V ∂∂-ηη021vh ∴x P ∂∂30003230)(62166121212h h h vvh h h v h v hvh vh -==-=-ηηηη此为一维雷诺流体动压润滑方程，是计算流体动压润滑的基本方程，从公式可看出油压变化与粘度、速度、间隙有关，利用此公式可求出油膜上各点压力P ，根据油压分布可算出油膜承载能力。