浙大机械设计考研辅导课件第十三章 滑动轴承解读

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1、第十三章 滑动轴承 13-1 概述 13-2 滑动轴承的结构型式 13-3 轴瓦结构和轴承材料 13-5 混合摩擦润滑滑动轴承的计算 13-4 润滑剂和润滑方法 13-6 液体动压润滑的形成及其基本方程 13-8 液体静压轴承与气体轴承简介 13-7 液体动压向心滑动轴承的计算 1 ）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度； 2 ）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 分类： 滚动轴承 轴承的功用： 滑动轴承 应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电 机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用 滑动轴承。 优点多，应用广 用于高速、高精度、重载、结 构上要求剖分等场合。 13-1 概述 一干

2、摩擦。 固体表面直接接触，因而 不用许出现干摩擦！ 二边界摩擦。 摩擦状态 功耗 磨损温度 烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度1 m 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 0.10.3v 有一层压力油膜将两金属表面隔开， 彼此不直接接触。 三液体摩擦。 摩擦和磨损极轻， f 0.0010.01 v v v f n/p o 在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。 边界摩擦 混合摩擦 液体摩擦 摩擦特性曲线 称无量纲参数 n/p 为轴承特性数-动力粘度， p-压强， n-每秒转数。 一、向心滑动轴承 组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。

3、13-2 滑动轴承的结构形式 整体式向心滑动轴承 剖分式向心滑动轴承 榫口 螺纹孔 轴承座 轴承 轴承座 轴承盖 联接螺栓 剖分轴瓦 调心轴承（自位轴承） 当轴承宽度较 大时，轴的弯 曲变形或轴承 孔倾斜时，都 会造成轴颈与 轴瓦两端的局 部接触（图 13 3 ），从而 引起剧烈的磨 损和发热因。 此，宽径比 B/d?1.5 时， 常采用自动调心式轴承（图 13 4 ）一般 B/d=0.51.5。 作用：用来承受轴向载荷 二、推力滑动轴承 结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面在 止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快其数量一般 为 612 。 -倾角固定，顶部预留平台， 类型 固定式

4、 可倾式 用来承受停 车后的载荷 。 -倾角随载荷、转速自行调整，性能好。 FF 巴氏合金 绕此边线自 行倾斜 F 薄壁轴瓦 轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分 布在整个轴径上。 进油孔 油沟 F 厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套 13-3 轴瓦结构和轴承材 料 轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直载荷倾斜时 结构如图。大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利 于形成动压油膜，又起冷却作用。 45 油沟形式 宽径比 B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比重要参数。 液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.51 非液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.81.5 B d 材料要求： 1

5、）摩擦系数小； 2 ）导热性好，热膨胀系数小； 3 ）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强； 4 ）有足够的机械强度和塑性。 能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。 工程上常用浇铸或压合的方法将两种不 同的金属组合在一起，性能上取长补短 。 轴承衬 一、轴承合金（白合金、巴氏合金） 1 ）锡锑轴承合金 优点： f 小，抗胶合性能好，对油的吸附性强，耐腐 蚀性好，容易跑合，是优良的轴承材料，常用于高速, 重载的轴承。 2 ）青铜 缺点：价格贵、机械强度较差； 只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上 。 工作温度： t120 由于巴式合金熔点低 优点：青铜强度高、承载能力

6、大、耐磨性和导热性 都优于轴承合金工作温度高达 250 。 缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬 。青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或 铸铁轴瓦上。 铝青铜 铅青铜 锡青铜 中速重载 中速中载 低速重载 3 ）具有特殊性能的轴承材料 含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组 织，可存储润滑油可用于加油不方便的场合。 橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平 稳，可用水润滑常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机 等有泥沙的场合。 塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、 耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点 。 运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀 系数比金

7、属大，油自动进入摩擦表面 起到润滑作用含油轴承加一次油，可 使用较长时间。 铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。 缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形为改善此。 缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。 表13-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能 材料及其代号 铸锡锑轴承合金 ZSnSb11Cu6 铸铅锑轴承合金 ZPbSb16Sn16Cu2 铸锡青铜 ZCuSn10P1 铸锡青铜 ZCuSn5Pb5Zn5 铸铝青铜 ZCuAl10Fe3 p Mpa pv Mpa.m/s 平稳 冲击 25 20 20 15 HBS 金属型 砂型 最高工作 温度 轴径硬度 150HBS 150HBS 45HBC 45H

8、BC 45HBC 150 150 280 280 280 27 30 9080 6560 110 100 15 15 8 15 10 15 15 12 13-4 润滑剂和润滑方法 一、润滑剂 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。 分类 液体润滑剂-润滑油 半固体润滑剂-润滑脂 固体润滑剂 1. 润滑油 在用的大部分润滑油为矿物油（石油） 粘度-重要参数 在轴承中，润滑油最重要的物理参数 是粘度，它是选择润滑油的主要依据 粘度表征液体流动的内摩擦特性。 A,B 两板之间充满了液体， B 板静止，一板水 平移动速度为 v 由于液体与金属表面的吸附作 用，一板表面的液体速度为 v ，而

9、 B 板表面 的液体速度为 0 两板之间的速度呈线性分布。 。 液体层与层之间摩擦切应力： = du dy - 牛顿液体流动定律 -液体的动力粘度，简称粘度量纲：力时间/长度 2 单位： N s/m2(Pa s)或泊： 1P=1 dyn s/cm2 运动粘度： = 单位： m2/s 或斯圣： cm2/s 或厘斯 cSt ： 1St=100 cSt 实验结果： ox y y dy du 分析位置 y 处薄层的受力 A B 我国石油产品是用运动粘度标定的 长、宽、高各，所需的切应力。 表13-2 常用常用润滑油的主要性质 名 称 全损耗 系统用油 GB443-89 汽轮机油 GB11120-89

10、代 号 40 的粘度 mm2/s L-AN7 6.127.48 -10 110 凝点 C 闪点(开式) C 用于高速底负荷机械、 精密机床、纺织纱锭的 润滑和冷却。 普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、 齿轮、蜗轮的润滑 用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑。 用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承 L-AN100 90110 0 210 L-AN10 9.011.0 -10 125 L-AN15 13.516.5 -10 165 L-AN32 28.832.2 -10 170 L-AN46 41.450.6 -10 180 L-AN68 61.274.8 -10 190

11、 L-TSA32 28.835.2 -7 180 L-TSA46 41.450.6 主要用途 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 30 40 5060 70 80 90 2. 润滑脂 润滑油的特性： 1 ）温度 t 2 ）压力 p 选用原则： 1) 载荷大、温度高的轴承 ，宜选用粘度大的油； 2) 载荷小、转速高的轴承 ，宜选用粘度小的油； -润滑油与各种稠化剂 （钙、钠、铝、锂等金属 皂）混合稠化而成。 优点：密封简单、不需要经 常添加、不易流失；对速度 和温度不敏感，适用范围广 。 但 p350 才开始氧化，可在水中工作。 -摩擦系数低，使用温度

12、范围广 (-60300 )，但遇水性能下降。 -摩擦系数低，只有石墨的一半。 使用方式： 1.调和在润滑油中； 2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜； 3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。 其应用日渐广泛 二、润滑方法 1. 油杯 针阀 式油 杯 旋盖式油杯脂用 压注式油杯 弹簧 盖油 杯 2. 油环 一、向心滑动轴承 在油、脂中加入少量石墨或二流化钼粉末，形成边界 油膜，填平粗糙表面而减少磨损不能完全排除磨损。 1. 轴承的压强 p F-径向载荷， B-轴瓦宽度， d-轴径，-许用压强。 13-5 混合摩擦润滑滑动轴承计算 限制轴承压强 p ，以保证润滑油不被过大的压 力挤出，从而避免轴瓦产生过

13、渡的磨损。 p= p F Bd 2. 轴承的 pv 值 压强限制 p 以保证润滑剂不被挤出 n-转速，-许用值。 pv = F Bd dn 60 1000 3. 限制滑动速度 V 压强限制 p 以保证润滑剂不被挤出 v-速度，-许用值。v pv 与功耗成正比，它表征了轴承的发热因素， pv 越大，温升越高，越容易引起油膜的破裂 二、推力轴承 z-轴环数, pvm=pv 考虑承载的不均匀性， ,应降低 2040% F d1 d2 F d1 d2 一、液体动压润滑的形成 13-6 液体动压润滑的形成及其基本方程 F F F F 两平形板之间不能形成压力油膜！ v vv h1 a a h2 c c

14、动压油膜-因运动而产生的压力油膜。 v vv h0 b b F F 形成动压油膜的必要条件： 1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙； 2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体； 3.两工件表面必须有相对滑动速度其运动芳方向必须 保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。 Fy=F Fx 0 Fy=F Fx=0 向心轴承动压油膜的形成过程： 静止 爬升 将轴起抬 转速继续升高 质心左移 稳定运转达到工作转速 e-偏心距 e B 二、流体动压润滑的基本方程 假设条件： 1.Z向无限长，润滑油在Z向没有流动； 2.压力 p 不随 y 值的大小而变化； 3.润滑油粘度不随压力而变化； 4.润滑油处于层

15、流状态。 取微单元进行受力分析: +d p+dp p A x z y pdydz+(+d )dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0 = d d ydx dp dy du = 整理后得： 又有： = dx dp d2u d y2 得： 任意一点的油膜压力 p 沿 x 方向的变化 率，与该点 y 向的速度梯度的导数有关 。 对 y 积分得： u= y2+C1y+C2 2 1 dx dp 边界条件：当 y=0 时， u=- v C2=-v 当 y=h 时， u=0 C1= h + 2 1 dx dp h v vv F a a c c x z y 代入得： u= (y2- hy) + 2 1 dx dp v h y-h 任意截面内的流量： 依据流体的连续性原理，通过 不同截面的流量是相等的 b- b 截面内的流量： 该处速度呈三角形分布，间隙厚度为 h0 负号表示流速的方向与 x 方向相反， 因流经两个截面的流量相等，故有： =6v dx dph