第十二章 滑动轴承

◆ 失效形式：边界油膜破裂。 ◆ 设计准则：保证边界膜不破裂，维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在。
边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、 润滑油供给量等有关，目前尚无精确的计算方法，但一般可作 条件性计算。 ◆ 校核内容： １．验算平均压力 p ≤[p]，避免过度磨损，以保证强度要求。
２．验算pv≤[pv]，fpv（摩擦功耗）∝发热量，限制pv即间接限制摩擦 发热，防止过热胶合。 ３．验算滑动速度v≤[v] ，p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心， 受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应 校核滑动速度v ，防止过度磨损和过热胶合。
润滑油牌号表
3）固体润滑剂及其选择
◆
特
点：可在滑动表面形成固体膜。
◆
◆ ◆
适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中或高温中。
常用类型：二硫化钼，碳―石墨，聚四氟乙烯等。 使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自
身的润滑性能形成润滑膜。
3. 润滑方法 1）人工加油
2）滴油润滑
§12-1 滑动轴承概述
一、轴承的功用
滑动轴承概述1 支承轴及轴上零件，减少摩擦，减轻磨损。轴在工作时
可以是旋转的，也可以是静止的。 二、轴承应满足如下基本要求 1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。 2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。 3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。 三、轴承的分类 按摩擦的性质：滑动轴承和滚动轴承。 按能承受载荷的方向：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。 (或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。 按润滑状态：非全液体润滑滑动轴承、液体润滑滑动轴承、 自润滑轴承 按承载机理，滑动轴承分为：液体动压轴承、液体静压轴承
3 2 4 5
R (球 )
1
1
1-轴瓦；2-轴；3、5-螺母；4-轴承座
用于支承挠度较大 或多指点的长轴
用于磨损严重、对间 隙要求严格的轴系
滑动轴承的典型结构
二、止推滑动轴承的结构 止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有： Fa Fa Fa Fa
空心式
◆
◆
单环式
多环式
空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。
F
y=0，u=v;
y=h，u=0
p v C1 2h x h
C2 v
x
c
b ho
v
o
y
a
u
v ( h y ) h

y ( h y ) 2

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p x
2）一维雷诺方程
无侧漏时，单位时间内润滑油流经垂直于x轴方向任意剖面上单位宽 度（dz=1）面积的流量为
q
udy
◆
流体中的压力在各流体层之间保持为常数。
2.雷诺流体动压方程 1）油膜速度沿油膜厚度分布表达式
Fx 0
p pdydzdxdz ( p dx ) dydz ( x y dy)dxdz 0
p x
y
u
边界条件：
1 2
p 2 ( ) y C1 y C2 x
0
h
q
p x
vh 2

h3 12
p x
流量连续性定理得：
0 q vh 2

6v h3
(h h0 )
3.形成流体动压润滑的必要条件
1）两滑动表面间必须形成收敛的楔形间隙； 2）被油膜隔开的两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须 使润滑油从大口流进，从小口流出； 3）润滑油应具有一定的粘度，且供油充分。
F dn Fn pv [ pv] Bd 60 1000 19100 B
v—轴颈圆周速度，m/s； [pv]—轴承材料的pv许用值，MPa· m/s
３．验算滑动速度v (m/s)
v [v ]
４．选择配合
[v]—材料的许用滑动速度 一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6
止推轴承设计计算
定位唇
定位唇（凸耳）
凸缘
对于周向定位有： 紧定螺钉 （也可做轴向定位）
销 钉 （也可做轴向定位）
轴 瓦 圆柱销 轴承座
紧定螺钉
滑动轴承的轴瓦结构
三、轴瓦的油孔及油槽
◆ ◆
滑动轴承的轴瓦结构4
目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。 原则：尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载 能力；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。
润滑脂牌号表
2）润滑油及其选择
◆ ◆ ◆
滑动轴承润滑剂的选择2
特
点： 有良好的流动性，可形成动压、静压或边界润滑膜。
适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。 选择原则：主要考虑润滑油的粘度。 转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。 高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。
3）油环润滑
K pv 3 ，K≤2，旋盖式油杯脂润滑；K＞2～16，针阀式 4.润滑方法选择 油杯润滑；K＞16～32，油环、飞溅润滑；K＞32时，压力润滑。
§12-5 非全液体摩擦滑动轴承的设计
一、失效形式与设计准则
◆
不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1
工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载油 膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。
第十二章
滑动轴承
1.教学基本要求 ⑴了解滑动轴承的特点和应用场合 ⑵了解滑动轴承的典型结构、轴瓦材料及其选用原则 ⑶掌握不完全液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则、 设计原理及设计方法 ⑷掌握流体动力润滑的基本方程--雷诺方程 ⑸掌握流体动力润滑径向轴承的设计原理及设计方法 2.重点 （1）不完全液体摩擦滑动轴承的设计准则；（2）流体动力 润滑的基本方程 3.难点 流体动力润滑径向轴承的设计方法
对开式
薄壁
可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复
单材料、整体式 厚壁铸造轴瓦
按尺寸 分 类
节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔 的加工精度要求高。 具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座 孔的加工精度要求。
多材料、对开式厚壁铸造轴瓦
厚壁
单材料
按材料 分 类
强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如 黄铜，灰铸铁。 轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。 多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦
滑动轴承概述
四、滑动轴承的特点
滑动轴承概述2
滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合， 则主要使用滑动轴承：
１．工作转速很高，如汽轮发电机。
２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。 ３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。
４．特重型的载荷，如水轮发电机。
５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。 ６．在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。 ７．径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。 五、滑动轴承设计内容 选择和确定轴承的类型及结构型式；选择和确定轴瓦的材料和结构；选择
流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换； 忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加；
略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直 线 运动，且只有表面力作用于单元体上； 流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流质（忽略流体的体 积变形和接触变形）；
◆
◆ 液体沿z方向无流动
非全液体润滑滑动轴承的设计
二、径向滑动轴承的设计计算
◆ 已知条件：外加径向载荷F ◆ 验算及设计
不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2
(N)、轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d (mm)
： １．验算轴承的平均压力p (MPa)
２．验算摩擦热
B—轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定） F p [ p ] [p]—轴瓦材料的许用压力，MPa。 dB
本章知识点框图
结 构 类 型 滑 动 轴 承 推力滑动轴承 整体式 对开式 向心滑动轴承 轴瓦 组 成 轴颈 润滑 非液体 摩 擦 状 态 液体 气体 磁轴承 调心式 材料（表12-2） 润滑方式（p56-57） 润滑剂（表12-3、4） 维持边界油膜 静压 动压
p [ p] pv [ pv] v [v ]
◆
形式：按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。
按油槽数量分——单油槽、多油槽等。
F
单轴向油槽开在非承载区 （在最大油膜厚度处）
双轴向油槽开在非承载区 （在轴承剖分面上）
双斜向油槽 （用于不完全液体润滑轴承）
四、材料
直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。 1.轴承材料性能应满足的要求 1）减磨性； 2）耐磨性； 3）抗咬粘性； 4）摩擦顺应性； 5）嵌入性； 6）磨合性。 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺 性和经济性。 2.常用轴承材料及性能（表12-2） 金属材料： 1）铸铁； 2）轴承合金； 3）铜合金； 4）铝基合金 5）多孔质金属材料（粉末冶金）
轴 瓦 结 构
油孔
轴向 周向 斜向 螺旋
油槽
起、制动，润滑不良 雷诺方程 动压油膜形成条件 轴颈运行状况
§12-1 概述 §12-2 滑动轴承的典型结构 §12-3 轴瓦的结构及材料 §12-4 滑动轴承的失效形式和润滑 §12-5 非全液体摩擦滑动轴承的设计 §12-6 液体摩擦动压径向滑动轴承的设计 §12-7 其它形式滑动轴承简介
非金属材料：塑料、橡胶
§12-4 滑动轴承的失效形式和润滑
滑动轴承的失效形式及常用材料1
一、滑动轴承常见失效形式
轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。 滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。 汽车用滑动轴承故障原因的平均比率
故障原因 比率／％ 故障原因 比率／％ 不干净 38.3 腐 蚀 5.6 润滑油不足 11.1 制造精度低 5.5 安装误差 15.9 气 蚀 2.8 对中不良 8.1 其 它 6.7 超 载 6.0
润滑剂和润滑方法；计算轴承的工作能力。 六、应用 高速、重载、高精度、剖分场合。如内燃机、轧钢机、大电机、 机床、雷达、天文望远镜等
§12-2 滑动轴承的典型结构
一、径向滑动轴承的结构 １．整体式径向滑动轴承 螺纹孔
轴承座 整体轴套
油杯孔
径向滑动轴承的典型结构1
特点：结构简单，成本低廉；
因磨损而造成的间隙无法调 整；只能从沿轴向装入或拆 出。
[p]、[v]、[ pv ]的选择
§12-6 液体摩擦动压径向滑动轴承设计
一、粘性定律 1687，牛顿。流体作层流运动时，油层间的 u 剪切力与其速度梯度成正比，即 y 二、流体动力润滑基本方程的建立 1.基本假设 u )。 ◆ 流体为牛顿流体，即 (
y
◆ ◆ ◆
多材料
铸造 轧制
按加工 分 类
铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适 用于厚壁轴瓦。 只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。 多材料、对开式薄壁轧制轴瓦
滑动轴承的轴瓦结构
二、轴瓦的定位
◆ ◆
滑动轴承的轴瓦结构3
目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。 方法：对于轴向定位有： 轴瓦一端或两端做凸缘
二、润滑
1.功用 降低摩擦功耗，减小磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈、 传递动力和密封等作用 2.润滑剂分类 按物态的不同，润滑剂可分为液体、气体、半固体（润滑脂）和固体 润滑剂。为提高润滑剂的使用性能，常在润滑油和润滑脂中加入各种添 加剂。下面
1）润滑脂及其选择
◆特
点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的 轴承中。
◆ 适用场合
◆ 选择原则：
１．当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择 针入度大一些的品种。 ２．所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20～30℃，以免
工作时润滑脂过多地流失。
３．在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。
在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。
应用：低速、轻载或间歇性
工作的机器中。
２．剖分式径向滑动轴承
油杯座孔 螺栓 螺母 套管 上轴瓦 轴承盖 轴承座
特点：结构复杂、 可以调整磨损而 造成的间隙、安
下轴瓦
装方便。
应用：中低速、 中轻载、连续工 作的机器中。
剖分式轴承(剖分轴套)
滑动轴承的典型结构
3、调心式滑动轴承 4.间隙可调整的滑动轴承
单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用 于低速、轻载的场合。 多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。 由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。
◆
§12-3 轴瓦结构和材料
一、轴瓦的形式和结构 按构造 分 类 整体式
滑动轴承的轴瓦结构1 需从轴端安装和拆卸，可修复性差。