第11章滑动轴承机械设计课件

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§11-2
滑动轴承的摩擦状态
轴颈与轴承之间没有润滑时则成为干摩擦，摩擦系数 大，一般有：f=0.1～0.5，而且磨损也很快，这是很不利 的。为了减少摩擦与磨损，通常在轴颈与轴承之间必须加 入润滑剂（润滑油或润滑脂等）。加入润滑剂后，轴承中 的摩擦状态可能有两种： 1）非液体润滑摩擦状态； 2）液体润滑摩擦状态。 下面就两种摩擦状态分别予以讨论： 1、边界润滑（非液体润滑摩擦状态） 当轴承中加入润滑油以后 , 由于润滑油有一种特殊的性 能——油性 , 使润滑油能牢固地吸附在金属表面上 , 形成 一层很薄的油膜 ( 只要在接合面间加入润滑油就可形成 ) , 这层油膜 厚度 h<0.1µm；称为边界膜。
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1. 干摩擦 固体表面直接接触，因而 →功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁轴瓦 不用许出现干摩擦！ 2. 边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1 μm的薄油 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。 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， 彼此不直接接触。 摩擦和磨损极轻，f ≈ 0.001 ~ 0.01
第11章
§11-1
滑动轴承
概述
轴承是支承轴的装臵，任何一种轴都要支承起来才能 工作。
轴上被支承部分——轴颈；支承轴颈的部件——轴承。 轴颈 轴承
B F
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一、轴承类型： 一）按轴颈与轴承的相对运动摩擦情况可分为：
1）滑动轴承；
2）滚动轴承。 二）按承载方向可分为： 1）向心轴承——载荷方向与轴的中心线相垂直；
第11章
§11-1
§11-2 §11-3 §11-4 §11-5 §11-6 §11-7 §11-8
滑动轴承
概述
滑动轴承的摩擦状态 润滑油的粘度 动压润滑理论 向心滑动轴承动压润滑的形成和摩擦系数 非液体摩擦向心滑动轴承的设计计算 液体动压润滑向心滑动轴承的计算 向心滑动轴承的结构及润滑
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§11-3
润滑油的粘度
F
V
运动平板 u=V——匀速运动 0
x
y dy
u
du
h
y
固定板u=0
可见：两板之间油的速度将由V逐渐减小到零。也就是 说：两板之间的各层油的速度是不同的。 因为两平板是平行的，故润滑油的速度在y方向的变化 呈直线关系（y=0，u=V；y↑——u↓）。
t1 t t1 t
3
式中：ηt1——在某一温度下的粘度值（在有关手册上可 查出；t1——与ηt1 相应的温度； ηt ——所求温度下的粘 度值；t ——与η t 相应的温度。
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4、大气压力的影响： 润滑油的粘度也随压力而变化，但压力在50at以下时， 润滑油的粘度随压力的变化极小，计算时可不予考虑。高 压时需考虑压力对粘度的影响，计算公式见教材 P55 式 （4—6）。 牛顿流体： 非牛顿流体：
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运动平板 o z AⅠ V CⅠ AⅡ
V（匀速） V CⅡ
x
BⅠ y
BⅡ 固定板u=0
上、下层平 板间油的速度 随着 y 轴呈直 线变化，故上、 下层平板间各 油层的速度图 为一直角三角 形。
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动力粘度的厘米•克•秒制单位是：P（泊）：
dyne S 1PPoise 1 0.1P a S
cm
2
100 CP厘泊
2、工程单位： 1）运动粘度：ν 工程中常给出润滑油的运动粘度ν，ν是动力粘度η与同 温度下该润滑油的密度ρ的比值。 国际单位制： 2
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2、液体静压润滑： 利用油泵产生具 有一定压力的油，将 压力油压进两滑动表 面之间，将两滑动表 面顶开而形成压力油 膜。这种形成油压的 方法称为液体静压润 滑。 注：需油泵、油 箱和节流阀等辅助设 备。
轴颈
F
油膜 n
轴承 高压油入口（一 般均布四个入口）
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3、粘——温曲线 润滑油的粘度随温度的变化而变化，温度升高则粘度 降低；温度降低则粘度增大。润滑油粘度受温度影响的程 度用粘度指数αt 表示。粘度指数值越高，表明粘度随温度 的变化越小，粘——温性能越好。 润滑油的粘度随温度变化的关系可查教材P54图4—7。 如无资料时，可用下式求得在某一温度下的粘度值：
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润滑油的性质对滑动轴承的影响很大，表示润滑油的质 量的指标很多，其中在设计轴承时要着重考虑的是油性和 粘度。 油性——润滑油吸附在金属表面形成边界油膜的能力。 吸附能力越强，油性越好。 粘度——流体流动时内部的摩擦阻力大小的表示。 1、动力粘度： 设有两块被不可压缩的润滑油完全隔开的水平板，下面 一块固定不动，上面一块板上施加一个水平载荷F，使其 以速度V沿x方向等速（匀速）运动。见下图所示： 和上板相接触的一层油层，由于其油性而吸附在上板 上 , 和上板一起以速度V移动 ; 而和下板相接触的一层油层 也吸附在下板上 , 而下板是固定不动的 , 因此其速度为零。
u y
u y
本课程研究的是牛顿流体。
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§11-4
动压润滑理论
1、动压油膜形成条件：
要使两个作相对滑动的表面完全被润滑油隔开，就必 须使滑动表面之间的润滑油膜具有足够的油压和厚度，可 以支承住作用在某一面上的载荷而不致在载荷作用下被挤 出而使两滑动表面直接接触。这种油膜称为动压油膜。
油层单位面积上作用的粘切阻力称为粘切应力，用τ表 示：
F A
(11 1)
式中：A——油层面积（也是上平板的面积）。
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润滑油沿油层垂直方向（y方向）的速度变化率称为速 度梯度，用∂u/∂y表示。 根据牛顿1687年提出的粘性定律：大多数润滑油的粘切 应力与其速度梯度成正比关系，即：
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为便于观察，将油层分为若干层，这些油层作相互滑 动，就象一迭纸牌（这就是17世纪牛顿给出的流体的流动 模型假设）。 根据上面油层的速度分析可知：第二层的速度要比第 一层的速度低一些，所以第二层的油要通过层与层之间的 粘力（油分子之间的引力）阻止第一层油向前运动。因此 要使上板以匀速V前进，必须加上一个外力F以克服油层与 油层之间的粘切阻力——润滑油的内摩擦阻力。
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vv
v
v
边界润滑
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边界膜在金属表面吸附得很牢，用压力很难去除掉。 滑动轴承的滑动表面是凹凸不平的，如精车：表面加 工粗糙度为6～16µ m；精磨也有1µ m。凹凸不平的高度大 于边界油膜的厚度，因此边界油膜不可能把滑动表面完全 分隔开。因此在相对运动时，两表面的波峰将相互搓削（ 油膜隔开部分粗糙峰，只有部分粗糙峰在摩擦剪切）。 边界膜不可能消除滑动表面的磨损，而只能减轻磨损 和减小摩擦系数。 这种不能把两滑动表面的金属表面接触完全由润滑油 所隔开，还有一部分金属表面在直接接触的摩擦状态称为 非液体润滑的摩擦状态。其摩擦系数的大小随轴承载荷的 大小及供油情况不同，可在较大范围内变化，一般约为： f=0.01～0.15
3、混合润滑： 实际在机械摩擦副中，常常是干摩擦、边界摩擦和液 体摩擦的混合状态，称做混合摩擦（混合润滑）。
油润滑
干摩擦
边界润滑
如上图所示：仍然有微凸体的直接接触，但摩擦系数比 边界润滑时要小得多。
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4、固体膜润滑 当工作转速很高，温升很高时，矿物油会变得很稀或 可能会燃烧，此时应当采用耐高温的固体润滑剂（如二硫 化钼掺入黄油中）吸附在金属表面。 5、弹性流体动压润滑： 两个作旋转运动的物体在油进入时将形成弹性变形下的 流体润滑。 F 特点：点、线 F F 接触。如齿轮啮 油 合；滚动轴承的 滚动体与内、外 滚道之间在一定 F F F 条件下可形成弹 性流体动压润滑。
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2、流体润滑 当滑动表面间的油膜达到一定的厚度，而把两个滑动表 面完全隔开，轴承运转时，没有金属与金属之间的直接接 触与摩擦，而只有润滑油的分子之间的摩擦。这种状态称 为流体润滑状态。 轴颈
润滑油
轴承
但形成一定厚度的油膜得有一定的条件。 液体润滑摩擦的摩擦系数很小，一般为： f=0.001～0.008
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液体润滑的摩擦系数比非液体润滑的摩擦系数小得多； 另外，由于两滑动表面间的非直接接触，因此磨损大大地 减少。 要获得液体润滑摩擦，通常有两种方法： 1、液体动压润滑： 油入口 油膜 利用轴颈的高速旋转，将 油带到轴承中去，形成具有 压力的油膜，把两滑动表面 顶开。这种形成油压的方法 F 称为液体动压润滑。 n 注：必须有油源源不断的 进入。当油的粘度、轴的转 轴承 速、载荷三者达到一定关系 时，才能将轴浮起来，形成 液体动压润滑。
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六种不同性质的润滑形式： 1、边界润滑； 2、流体动压润滑； 3、流体静压润滑； 4、混合润滑； 5、固体润滑（脂润滑）； 6、弹性流体动压润滑（相对点、线接触的滚动物体 而言）。 自学教材P275～P285 §12—1～§12—5。 注意：1）整体式轴承及剖分式轴承的各自特点； 2）各种轴瓦的特性及运用场合，油槽形状及其 正确位臵； 3）润滑脂和润滑油的应用场合和选用条件； 4、轴承材料、轴承的失效形式。
故有：
F V F h A V A h
上式中，如果取：A=1m2；V=1m/Sec；h=1m；F=1N。 则称η的数值为1PaS，称为一个国际单位的动力粘度。
N S 1Pa S 1 m2