滑动轴承设计与计算

线胀系数α/ 10-6·℃-1
23.1 24.0～28.0
铜基轴承合金 150～700
耐磨铸铁
200～350
75～120 —
7600～9000 —
27～71 —
16～19 —
16
滑动轴承材料
表22-2 各种轴瓦材料的使用性能比较
金属材料
非金属材料
锡(铅)基 铜基轴 铜铅 铸 塑料 木材 橡胶 轴承合金 承合 合金 铁
流体摩擦
混合摩擦（润滑）轴承: 干摩擦、边界摩擦、流体摩擦共有 的摩擦状态
6
滑动轴承的结构
• 径向轴承 1）整体式 2）剖分式 3）调心轴承
滑动轴承的类型与结构
7
•推力轴承结构
a)圆止推面 b)环形止推面 c)单止推环 d)多止推环
滑动轴承的类型与结构
8
轴瓦
滑动轴承的类型与结构
轴瓦包括径向轴承的轴瓦、轴套和推力轴承的推力瓦。
23
•推力轴承
止推环的外径do或外半径ro 止推垫圈的内直径di或内半径ri
轴瓦宽度B、轴颈的直径d、止推环 的外径do、止推垫圈的内直径di需
通过承载能力计算确定，而半径间
隙c或相对间隙ψ则需要根据经验
选取。
滑动轴承的设计计算
24
滑动轴承的设计计算
2.工况参数
载荷F(包括大小、方向和特性)；轴的 转速n(包括大小、方向和特性)。一般
流量；Θo是润滑油出油温度；Θi是润滑油进油温度，
一般取为35-45℃。
轴承工作温度为:Θb =(Θo+Θi)/2,轴承最高工作温度
不得超过100℃。
3)确定轴承的承载能力 油膜压力的合力即为轴承的承载能力。用轴承特
高速主轴轴承一般应选用L-FD油，可根据轴承 间隙按下表选牌号。
主轴油的选用
轴承间隙 /mm
主轴油牌号
0.002~0.006 0.006~0.010 0.010~0.030
L-FD 2
L-FD 3、5、 L-FD 7、10 7
0.030~0.060
L-FD 15、 22
•润滑脂
脂润滑轴承可根据滑动速度参考表22-5选用润滑脂的锥入度， 根据工作温度选取润滑脂品种。
料
炭 3~4
4~5
6~8
石
墨
10~12
—
—
12~18 18~25
29
滑动轴承的设计计算
含油轴承、不充分润滑轴承和固体润滑轴承的计算
1.限制轴承的单位面积载荷p(防止过度塑性变形和磨损)
径向轴承
p F [ p] Bd
推力轴承
p
4F
Z (d02
di2 )
[
p]
2.限制轴承滑动速度v (防止高温下过快磨损 )
[p]、[v]和[pv]数据查阅相关表格。
31
滑动轴承的设计计算
液体动力润滑轴承的计算
液体动力润滑轴承是利用轴颈与轴瓦的相对速度和表面与油 的粘附性能，将润滑油带入轴承间隙，建立起压力油膜而把 轴颈与轴瓦隔开的一种液体摩擦轴承。描述这种润滑状态的 基本方程是雷诺方程。从数学观点看，流体润滑计算的基本 内容就是对雷诺方程的应用和求解。
滑动轴承的类型与应用
径向轴承 • 按能承受的载荷方向 推力轴承
4
§22.1滑动轴承的类型与结构
滑动轴承的类型与应用
径向轴承 • 按能承受的载荷方向 推力轴承
径向推力轴承
5
滑动轴承的类型与结构
• 按摩擦状态
干摩擦轴承
无润滑轴承 固体润滑轴承
流体动压轴承 流体摩擦（润滑）轴承 流体静压轴承
动静压混合润滑轴承
滑油流量。雷诺方程有三个未知量（h、η、p），还需要补
充两个方程。
•膜厚度方程Baidu Nhomakorabeah≈c(1+εcosθ)
• 热平衡方程 1) 令：Fμ/F=μ，为轴承的摩擦因数；μ=μ/ψ，为摩擦
特性数,则摩擦功耗为 Pμ=πμψFdn
2)热平衡计算
37
滑动轴承的设计计算
2)热平衡计算 •对自吸(无压力)供油的轴承,轴承表面散去的热量计算式为:
Pμ= QA=kA(Θb-Θa) k是系数，在自然通风下k=15~20[W/(m2 K)]；A是轴承 座散热面积；Θb是轴承工作温度，最高不得超过90℃；Θa
是环境温度。
•对压力供油的轴承,润滑剂带走的热量计算式为
Pμ= QL=cρq(Θo-Θi)
38
QL=cρq(Θo-Θi)
滑动轴承的设计计算
c是润滑油的比热容；ρ是润滑油密度；q是轴承端泄
飞溅、油环或压 压力供油润滑 力供油润滑
k pv3 p F
Bd
F —轴承的径向载荷,B —是轴承的有效宽度 d —轴颈直径；v —轴颈的圆周速度(m/s)
22
§22.4 滑动轴承的设计计算
滑动轴承的参数
1.几何参数 •径向轴承 轴颈直径d或半径r 轴瓦孔直径D或半径 R
半径间隙c(c=R－r) 相对间隙ψ(ψ=c/r) 轴瓦宽度B
偏位角φ—中心连线O Oj与载荷作用线所夹锐角； 油膜厚度h —圆轴承，从OOj量起，任意θ角处油膜厚度
h≈R-r+ecosθ≈c+ecosθ≈c(1+εcosθ) 最小油膜厚度h2（θ＝180°）是
保证流体动力润滑的最重要的参 数。
h2=dψ(1-ε)/2
36
2.性能计算
滑动轴承的设计计算
即计算液体动力润滑径向圆轴承的承载能力、摩擦功耗、润
0.1
＜3
68, 100
68
46,68
46
32,46
15,22 ,32
7,10
轴 承
10～
工
60℃
载
3～
作
荷
7.5
温
p/M
度
粘
度
150
等
级
100, 150
100
68, 100
68
Pa
7.5～ 30
20～ 80℃
680, 1 000
680
460, 320
150, 220
— —
19
润滑剂与润滑方法的选用
由雷诺方程得出流体动力润滑轴承形成承载油膜的条件：
33
滑动轴承的设计计算
流体动力润滑轴承形成承载油膜的条件： •润滑剂要有粘度，且油膜承载能力随粘度提高而增大； •轴颈要有相对速度，且油膜承载能力随速度提高而增大； •油膜厚度是变量，且沿速度方向逐渐减小方能形成正油膜 压力，即需要轴颈和轴瓦表面形成收敛形间隙，称为油楔； •要供给充足的润滑剂。 （二）油楔形成方法
1)计算出滑动速度 : v=πdn (径向轴承) 2)计算允许的p值
26
滑动轴承的设计计算
3)确定轴承宽度
B F PD
F---轴承所承受的径向载荷 ,D---轴承直径
4）其它参数
•相对间隙（ψ=2c/d） , ψ=0.8×10-3(πdn)1/4
•轴瓦壁厚 推荐值见表22-7
27
滑动轴承的设计计算
15
各种轴瓦材料的性能比较
滑动轴承材料
表22-1 各种轴瓦材料的物理性能
轴瓦材料
抗拉强度σb/ MPa
锡基轴承合金 80～90 铅基轴承合金 60～80
弹性模量 E/
GPa 48～57
密度ρ/ g·cm-3 7300～7380
热导率λ/ W(m·℃)-1 33.5～38.5
29
9300～10200 20.9～25.1
已知。
3.热力学参数
功耗P、散热量、轴承各处温度和润滑剂的温度。
实测值必须在允许的范围内，通过计算在设计 时加以控制。
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无润滑轴承的设计计算
滑动轴承的设计计算
设计已知条件：轴径d、转速n、载荷F、轴瓦材料。
•无润滑轴承的失效形式:磨损
设计准则:轴承的p、v值不要超过轴承材料极限p-v曲线
限定的范围。 •设计步骤
•轴瓦 单层(金属)轴瓦和多层(金属)轴瓦 厚壁轴瓦和薄壁轴瓦 带挡边和不带挡边轴瓦
9
• 轴套 带挡边和不带挡边轴套; 单层和多层轴套
•油孔、油槽和油室
滑动轴承的类型与结构
10
•油孔、油槽和油室
滑动轴承的类型与结构
11
§22.2 滑动轴承材料
对轴瓦材料性能的要求
1．减摩性 成副材料的属性(不是单一材料的属性)
金
承载能力 尚可
良
良 良 尚可 差 差
炭石墨
(含油)粉 末冶金材 料
差
尚可
减摩性
优
耐磨性
尚可
中等 良 中 中等 优 优 等
优
中等 优 中等 尚可 差
良
中等
尚可 中等
顺应性
优
尚可 差 差 优 良 优
中等 差
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§22.3 润滑剂与润滑方法的选用
润滑剂及其选用
滑动轴承常用润滑剂有：润滑油、润滑脂、固体润滑 剂、气体润滑剂、水等。 •润滑油 在一般参数下的大多数滑动轴承使用矿物油，有特殊要 求时使用合成油。
滑动轴承常用的固体润滑剂有炭石墨、二硫化钼、聚四氟 乙烯等。
21
润滑剂与润滑方法的选用
润滑方法的选用
油、脂润滑滑动轴承润滑方法的选取
K/(N·m)1/2·s-3/2 ≤2 000
＞2 000~16 000 ＞16 000~32 000 ＞32 000
润滑剂
润滑脂
润 滑油
润滑方法
旋盖式注油 滴油润滑 杯润滑
径向轴承 推力轴承
v=πdn≤[v] v=π(do+di)n/2≤[v]
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滑动轴承的设计计算
3.限制轴承的pv值(限制轴承发热量)
径向轴承 推力轴承
pv nF [PV]
B
2Fn
pv
[ pv]
z(d0 di )
将对p、pv、v的限制画在对数坐标图上，构成一条折线。
这种计算方法称为条件性计算。
1. 为滑动轴承专门研制的‘主轴、轴承和有关离合器 用油’(F组)。
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润滑剂与润滑方法的选用
2.为某些机械研制的润滑油也是用来润滑那些机械中的滑动轴 承的。
•润滑油的选用
轴颈线速度v/m·s－1
＜
0.1~ 0.3
0.3~0 .6
0.6~1 .2
1.2~2 .0
2.0~5 .0
5.0~9 .0
＞9.0
第二十二章 滑动轴承
概述 §22.1 滑动轴承的类型与结构 §22.2 滑动轴承材料 §22.3 润滑剂与润滑方法的选用 §22.4 滑动轴承的设计计算 §22.5 流体静压轴承
1
概述
• 滑动轴承——与轴颈表面形成滑动摩擦副的轴承 • 组成、 特点及应用 • 不同类型、不同应用场合的滑动轴承,其重要程度和运
2．嵌入性 材料允许润滑剂中外来硬质颗粒嵌入而防止刮伤和磨粒磨 损的性能。 3．顺应性
12
滑动轴承材料
3．顺应性 材料靠表层的弹塑性变形补偿滑动摩擦表面初始配合不良 和轴的挠曲的性能。
4．耐磨性 配副材料抵抗磨损的性能。 5．耐气蚀性 材料抵抗气蚀(磨损)的性能。 6．磨合性 在轴颈与轴瓦初始接触的磨合阶段，减小轴颈或轴瓦加工 误差、同轴度误差、表面粗糙度，使接触均匀，从而降低 摩擦力、磨损率的性能。
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润滑剂与润滑方法的选用
表22-5 脂润滑轴承润滑脂的选择
轴承工作温度θ/℃
＜60
60~130
线速度v/m·s-1
＜0.5
＞0.5
＜0.5
＞0.5
＞130 —
润滑脂品种 锥入度/(10 mm)-1
钙基润滑脂
羟基润滑 脂
锂基润滑脂 膨润土基脂
265~340 335~385
220~250
•固体润滑剂
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轴瓦材料的种类
滑动轴承材料
1． 金属材料
•铸造锡基轴承合金: •如铸,造ZS铅nS基b轴12承Pb合1金0C:如u4,Z。PbSb16Sn16Cu2 •铸造铜基轴承合金:如, ZCuSn5Pb5Zn5, ZCuSn10P1 •变形(锻造)铜合金:如, CuSn8P •铸造铝基轴承合金 •耐磨铸铁
2．粉末冶金材料
3.非金属材料:工程塑料、炭石墨、陶瓷、橡胶
14
轴瓦表面涂层材料
滑动轴承材料
•常用的表面涂层材料：PbSn10、PbIn7、PbSn10Cu2
•涂层的功能 使轴瓦表面与轴颈匹配有良好的减摩性；提供一定的嵌入 性；改善轴瓦表面的顺应性；防止含铅衬层材料中的铅腐 蚀轴颈。
•涂层的厚度 一般为0.017 mm～0.075 mm。
34
滑动轴承的设计计算
（二）油楔形成方法 形成油楔是流体动压轴承的最基本条件。不同的油楔形成方 法造就成各种各具特色的动压轴承。
(三) 液体动力润滑径向轴承的计算 1.几何参数
偏心距e—轴瓦几何中心O与轴颈
中心Oj的距离;
偏心率ε—偏心距e与轴颈间隙c之比， (ε =e/c)
35
滑动轴承的设计计算
28
滑动轴承的设计计算
轴瓦孔径
表22-7 工程塑料与炭石墨轴瓦壁厚 10~18 18~30 30~40 40~50 50~65 65~80 80~100 100~150 150~200
轴瓦 工 0.8~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0 2.0~3.0 3.0~3.5 3.5~4.0 —
壁厚 程 塑
（一）雷诺方程
(h3 p) (h3 p) 6u h
x x z z
x
(22-9)
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滑动轴承的设计计算
(h3 p) (h3 p) 6u h
x x z z
x
h---油膜厚度；η---润滑油粘度； P---油膜压力；u---轴颈线速度； X---轴颈线速度方向的坐标； Z---轴瓦表面垂直于轴颈线速度方向的坐标。
转参数差异非常大,结构的复杂程度和价格差异亦极大。 因而，滑动轴承的设计计算，在要求和工作量方面也 有很大的差别。 • 滑动轴承设计计算内容
2
概述
决定轴承的结构型式 ; 选择轴瓦、衬层和涂覆层材料； 确定轴承几何参数； 选择润滑剂和润滑方法； 计算轴承工作能力，确定轴承运转参数。
3
§21.1滑动轴承的类型与结构