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1、第六章 滑动轴承设计 主 讲 吴 昌 林 一、滑动轴承的类型及其结构型式 1. 类型 按承载分 按摩擦状态分 向心滑动轴承 推力滑动轴承 液体摩擦滑动轴承 非液体摩擦滑动轴承 动压轴承 静压轴承 推力轴承 向心轴承 滚动轴承 滑动轴承的摩擦状态 完全液体摩擦 边界摩擦 干摩擦 润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存 在液体分子间的摩擦 润滑油膜部分地将摩擦表面隔开，部 分摩擦表面仍可直接接触 摩擦表面间没有任何物质的摩擦 边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并 存，通称非液体摩擦 2. 结构型式 向心轴承 推力轴承 剖分式 整体式 间隙可调式 自动调心式 实心式空心式单环式多环式 结构简单 安装困难 间
2、隙不可调 结构较繁 间隙可调 广泛采用 中 间 比 压 大 3. 滑动轴承的适用场合 低速低载、精度不高非液体摩擦滑动轴承 高速滚动轴承寿命大为降低 重载滚动轴承造价高 承受巨大冲击和振动载荷油膜的缓冲和阻尼作用 支承精度特别高滑动轴承零件少 某些特殊场合受径向尺寸限制、曲轴轴承等 二、轴瓦的材料和结构 1. 轴瓦的材料 (1) 基本要 求 减磨性磨损少 减摩性摩擦系数小 其他要求：抗胶合性跑合性耐腐蚀性强度 (2) 常用材料 铸铁轻载、低速的轴瓦材料 轴承合金 (巴氏合金) 锡基 铅基 锑、铜硷金属硬粒 锡基体或铅基体 综合性能好 机械强度较低 价昂 轴承合金浇铸在钢或 铸铁的轴瓦基体上 铜
3、合金 锡青铜 中速、中载或重载 铝青铜 低速重载 铅青铜 高速重载 粉末冶金铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成多孔性存油 用于载荷平稳、低速和加油不便场合 非金属材料 塑料、橡胶、尼龙等 摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大 2. 轴瓦的结构 (1) 轴瓦的结构要素 油孔油沟 壁厚定位唇 油室 定位唇：防止轴瓦在轴承中移动 壁厚 油孔和油沟：将油引入轴承 油室：存油 (2) 结构型式 整体式 剖分式 三、滑动轴承的润滑 1. 润滑油 (1) 粘度流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示 平行板间油的层流流动 贴近静止扳的油层速度 各油层以不同速度移动 贴近移动扳的油层速度 油层间剪应
4、力与速度梯度油层成正比 ( 粘性流体粘性定律) 比例常数，即动力粘度 设长宽高各为 1m 的流体，若上下 两面发生 1m/s 的相对滑动，所需 施加的力为 1N 时， 则该流体的 粘度为 1 个国际单位制的动力粘度 记为 Pa.s 动力粘度与同温下该流体密度的比值 ( 用于流体动力学计算 ) (润滑油的粘度) 单位换算 国际单位制 物理单位称为 St (斯) 常用单位cSt(厘斯) 动力粘度 运动粘度 温度 压力粘度 粘度 (2) 常用润滑油 润滑油牌号 一般为40 C 时运动粘度 的平均值 粘度温度曲线 查得运动粘度 再用公式转换为动力粘度 用于流体动力学计算 (3) 润滑油的选择 外载大
5、难形成油膜 选粘度高的油 速度高 摩擦大 选粘度低的油 温度高 油变稀 选粘度高的油 比压大 油易挤出 选粘度高的油 2. 润滑脂 钙基抗水性好、耐热性差、价廉 钠基抗水性差、耐热性好、防腐性较好 锂基抗水性和耐热性好 铝基抗水性好、有防锈作用、耐热性差 主要指标 针入性：表征润滑脂稀稠 润滑脂越稠 滴点：润滑脂受热后开始滴落的温度，表征耐高温的能力 润滑脂工作温度一般应低于滴点20 30 C 针入性 承载 摩擦阻力 四、非液体摩擦滑动轴承的设计 1. 失效形式及计算准则 设计准则失效形式 磨损防止过度磨损 发热引起胶合防止胶合 单位面积摩擦功率 比压小、油难挤出、润滑好 速度大、磨损大 压强
6、 向心轴承 推力轴承 速度 向心轴承 推力轴承 油沟引起接触 面积减小系数 2. 设计步骤 (1) 选择轴承结构型式及材料 (2) 初定轴承基本型式和参数 选择宽径比 承载 散热性油温 (3) 校核计算 (4) 选择轴承的配合 (5) 选择润滑剂和润滑装置 五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计 1. 压力油膜形成的原理 轴颈和轴瓦同心时两平行板的摩擦状况 轴颈和轴瓦偏心时两倾斜板的摩擦状况 (1) 两平行板 (2) 两倾斜板 层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进 油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力 沿方向按线性变化 润滑油不可压缩 “拥挤”形成压力 油的粘性和压力的 作用，改变了油层 速
7、度变化规律 2. 液体动压润滑的基本方程 假设油层在 Z 方向无流动 对 y 积分： 边界条件： 任意截面上单位宽度( z方向)的流量 设油膜压力最大处( 此截面 )的间隙为 则 流体是连续的 一维雷诺方程 讨论之一： 由 油膜压力沿 x 方向变化规律 对平行板 对倾斜板 平行板间油膜压力沿 x 方向无变化， 等于入口处压力 (压力为 0) 入口处速度图形为凹形 出口处速度图形为凸形 在处 油膜厚度为 u 沿 y 方向线性分布 油膜压力达 讨论之二： 液体摩擦形成的条件 由 (1) 两工作表面必须形成收敛的楔形间隙 (2) 两工作表面必须有一定的相对运动， 且 v 方向是从大口道小口 (3)
8、间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油 若则 无粘度各油层无速度两板间油无流动 不能形成油膜压力 讨论之三： 向心滑动轴承动压油膜形成过程 (1) 停车(2) 启动 金属直接 接触 摩擦力使 轴颈右移 油膜压力将轴 颈托起 其合力将轴颈 左推 (3) 随着 油膜压力将轴 颈完全托起 其合力与外载 平衡 (4)为工作转速 油膜压力 偏心距 e 3. 承载能力计算 (1) 转换为极坐标系 取连线为极坐标轴 偏心距间隙 相对间隙偏心率 任意处( M 点 )的油膜厚度 最小油膜厚度 最大油膜压力处的厚度 (2) 承载能力的推导过程 代入雷诺方程 承载区任意点 M 的油膜压力 沿 y 方向的分压力 沿
9、z 方向单位宽度上油膜压力的合力 考虑端泄 油膜总压力与外载 F 平衡 研究点 M 承载量系数 采用国际单位： 当轴承结构确定 由 则可计算承受多大的 径向载荷 F 计算 由 承载量系数 公式的用途 则可计算承受外载 F 时要多大的 动压润滑条件： 轴瓦表面粗糙度 轴颈表面粗糙度 4. 主要参数的选择 (1) 相对间隙 (2) 宽径比 承载回转精度 摩擦阻力温度 的选择：载荷大、 应取小一些，提高承载能力 轴承宽度 油膜压力 速度大、 应取大一些，减少发热 承载 散热温升 承载 端泄温升 经验公式 选轴承配合计算 轴颈中心与轴承中心接近重合 反之，接近于 1 受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形
10、、安装误 差 等的限制 轴承表面粗糙度 轴颈表面粗糙度 (3) 偏心率 值越趋向于 0 一般： (4) 最小油膜厚度 一般： 转速 载荷 油膜压力承载 不可能无限小 （即) 动压润滑条件 5. 热平衡计算 (1) 温升公式 摩擦发热量 流动油带走的热量 轴承散热量 温升 比热 密度 散热系数 摩擦特性系数 流量系数 (2) 热平衡计算 初定 计算 左右 初定值与计算值相差 大于 5C 时， 必须改 变参数重新计算 不得超过 30C 定得过高、粘度下降 定得过低、外部冷却难 左右 设计动压向心滑动轴承 已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求轴承剖分、L-AN32润滑
11、油 1 选结构型式 正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为 180 2 选取宽径比 0.8 1.0 3 轴承宽度(m) 0.16 0.2 4 压强(MPa) 2.03 1.625 5 速度(m/s) 31.4 6 pv值(Mpa.m/s) 63.74 51.03 7 选轴瓦材料 ZSnSb11Ch6 8 已知润滑油牌号 L-AN32 9 初定平均温度(C) 50 设计项目方案 1方案 2方案 3序号 设计项目方案 1方案 2方案 3序号 10 查运动粘度(mm2/s) 20 11 动力粘度(Pa.s) 0.018 12 选择相对间隙 0.00145 0.0019 0.0023 13 选择轴颈表面粗
12、糙度(m) 1.6 14 选择轴瓦表面粗糙度(m) 3.2 15 承载量系数 0.756 1.297 1.52 16 查偏心率 0.5 0.66 0.625 17 最小油膜厚度(mm) 0.0725 0.0646 0.08625 18 计算(23)(Rz1+Rz2)值 0.00960.0144 20 查摩擦特性系数 3.5 2.3 2.0 21 查流量系数 0.138 0.165 0.138 19 最小油膜厚度是否足够 足够 设计项目方案 1方案 2方案 3序号 22 润滑油温升(C) 32.8 18.2 15.2 23 取入口温度(C) 40 24 计算平均温度(C) 56.4 49.1 47.6 25 平均温度初定值与 计算值误差(C) 6.4 -0.9 -2.4 26 热平衡计算是否合格 超过 5 C 合格 合格 结束 请批评指正!
