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1、,滑动轴承的失效形式及轴承材料,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,机械滑动轴承的设计,滑动轴承的类型和应用,液体动力径向滑动轴承的设计计算,工程背景,用于支承轴和轴上零件准确地绕固定轴线转动的装置通称为轴承。根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承（滑动轴承）和滚动摩擦轴承（滚动轴承）两大类。滚动轴承的摩擦系数低，启动阻力小，而且已经标准化，对设计、使用、润滑、维护都很方便，因此在一般机器中应用较广。但是在高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合下，滑动轴承就体现出它的优异性能，在某些场合仍占有重要地位。,设计者思维,作为工程师，在设计滚动轴承时，需要考虑以下几个问题： 要如何选择滑
2、动轴承的结构形式？滑动轴承材料的性能有哪几方面的要求，如何选择？传动效率有多少？ 滑动轴承的结构参数如何确定（包括宽径比B/d、相对间 隙、黏度、微观不平度十点平均高度Rz和几何形状 偏差）？滑动轴承的润滑油该如何选择，其供应方式如何？设计不完全液体润滑滑动轴承和液体动力润滑轴承需分 别进行哪些计算？ 如何进行滑动轴承的工作能力及热平衡计算？当设计方案不满足要求时，需要采取什么改进措施？,简单实例,图12-1所示的是发动机活塞连杆组，它由活塞、活塞环、活塞销、连杆等部件组成。连杆杆身、连杆轴承盖、连杆轴瓦和连杆螺栓构成连杆大头，连杆大头与发动机曲轴连接，构成剖分式滑动轴承，将活塞的往复式运动转
3、变成曲轴的旋转运动。,图12-1 发动机活塞连杆组,12.1滑动轴承的类型和应用,特点,滑动轴承结构：轴颈+轴瓦,（1）寿命长，工作转速特别高，如转速可达到每分钟几万转至几 百万转；（2）轴的回转精度高，工作平稳，无噪声；（3）适用于特别重型的、批量小的轴承；（4）能承受很大的振动和冲击载荷；（5）轴承处径向空间尺寸受到限制；（6）在特殊条件下（如水或腐蚀性介质中）工作的轴承；（7）因装配原因而必须做成剖分式轴承（如曲轴的轴承）。,类型,按其承受载荷方向的不同,径向轴承：承受径向载荷，载荷方向与轴中心线垂直,止推轴承：承受轴向载荷，载荷方向与轴中心线平行,径向止推轴承：同时承受径向载荷和轴向载
4、荷,按其滑动表面之间润滑状态的不同,液体润滑轴承：滑动表面之间处于流体润滑状态,不完全液体润滑轴承：滑动表面之间处于边界润滑 或混合润滑状态,自润滑轴承 ：工作时不加润滑剂,按其液体润滑承载机理的不同,液体动力润滑轴承：简称液体动压轴承,液体静压润滑轴承：简称液体静压轴承,1径向滑动轴承的结构形式,整体式,结构简单，成本低廉；轴瓦磨损后，轴承间隙过大时无法调整；只能从轴颈端部装拆，对于质量大的轴或具有中间轴颈的轴，装拆很不方便；这种轴承多用在低速、轻载或间歇性工作的机器中，如某些农业机械、手动机械等,剖分式,结构简单，装拆方便；剖分面之间放调整垫片，磨损后可在一定范围内调整轴承间隙；可承受不大
5、的轴向载荷；轴承剖分面最好与载荷方向近于垂直，有水平剖分面和倾斜剖分面,自动调心式,轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖和轴承座的球状内表面相配合，球面中心通过轴颈的轴线，因此轴瓦可以自动调整以适应轴颈在轴弯曲时产生的偏斜,间隙可调式,轴瓦外表面为锥形，与内锥形表面的轴套相配合；轴瓦上开有一条纵向槽，调整轴套两端的螺母可使轴瓦沿轴向移动，从而可调整轴颈与轴瓦之间的间隙；常用于一般用途的机床主轴上,2止推滑动轴承的结构形式,止推滑动轴承只能承受轴向载荷，与径向轴承联合使用才可同时承受轴向和径向载荷。,实心式,支承面上的压力分布极不均匀，中心处压强最大，线速度为0，对润滑很不利，导致支承面磨损极不均匀
6、，使用较少,d由轴的结构确定,空心式,支承面上压强分布较均匀，润滑条件有所改善,d由轴的结构确定d0 = (0.40.6) d,单环式,利用轴环的端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合,d由轴的结构确定d1 = 1.1 dd2 = (1.21.6) dh = (0.120.15) d,多环式,特点同单环式，可承受较单环式更大的载荷，也可承受双向轴向载荷,d由轴的结构确定d1 = 1.1 dd2 = (1.21.6) dh = (0.120.15) dh0 = (23) h,3关节轴承,关节轴承是一种特殊结构的滑动轴承。它的结构简单，其主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外
7、圈组成。关节轴承一般用于速度较低的摆动运动。按ISO规定，关节轴承属于滚动轴承，可查机械设计手册选用。,图12-2 关节轴承,12.2滑动轴承的失效形式及轴承材料,主要失效形式,磨粒磨损、刮伤、胶合（咬黏磨损）、疲劳剥落、腐蚀,针对上述失效形式，轴承材料应满足下列要求：,（1）良好的减摩性和耐磨性，即要求摩擦系数小，磨损小； （2）良好的抗胶合性，以防止因摩擦生热使油膜破裂后造成胶合（咬黏磨损） （3）足够的疲劳强度，以保证轴瓦在变载荷作用下有足够的寿命； （4）足够的抗压强度，以防止产生过大的塑性变形；,（5）较好的吸附润滑油的能力，易于形成抗剪切能力较强的边界膜 （6）较好的摩擦顺应性和嵌
8、入性，顺应性好的材料跑合性能好，嵌入性好的材料可容纳润滑油中微小的固体颗粒，从而减小轴瓦和轴颈的刮伤或磨粒磨损； （7）良好的导热性、加工工艺性和经济性等。,常用的轴承材料可分三大类：,金属材料，如轴承合金、铜合金、铝基合金 和铸铁,多孔质金属材料 如粉末冶金材料,非金属材料，如塑料、橡胶和碳石墨,1轴承合金,轴承合金又称为白合金或巴氏合金，是锡、铅、锑、铜的合金，分为锡基轴承合金和铅基轴承合金两类，它们分别以锡或铅作为基体，其内含有锑锡（SbSn）或铜锡（CuSn）的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，软基体则增加材料的嵌入性。,锡基轴承合金的热膨胀性比铅基轴承合金好，所以前者更适合于高速轴承，但价格
9、较贵。锡基轴承合金主要用于高、中速和重载下工作的重要场合，如汽轮机、内燃机中的滑动轴承。 铅基轴承合金较脆，不宜用于承受显著的冲击载荷，常用于中速、中载的场合。,2铜合金,铜合金是铜与锡、铅、锌或铝的合金，是传统的轴承材料，具有广泛的应用。铜合金可分为青铜和黄铜两类，其中青铜最为常用。,青铜的强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。,青铜有锡青铜、铅青铜和铝青铜等几种，其中锡青铜的减摩性和耐磨性最好，应用较广。 但锡青铜比轴承合金硬度高，摩擦顺应性及嵌入性差，适用于重载及中速场合。铅青铜抗黏附能力强，适用于高速、重载场合。铝青铜的强度及硬度较高，抗胶合能力较差，适用于低速、重载场合。
10、,3具有特殊性能的轴承材料,多孔质金属材料是用粉末冶金法（经制粉、成形、烧结等工艺）做成的轴承，具有多孔性组织，孔隙内可以储存润滑油，常称为含油轴承。,工作时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入滑动表面以润滑轴承； 不工作时，因毛细管作用，油便被吸回到轴承内部，故含油轴承加一次油可以使用较长时间，常用于加油不方便的场合。,在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。,12.3不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,失效形式,在工程中，不完全液体润滑滑动轴承一般是指采用润滑脂、油绳或滴油润滑的径向滑动轴承。,主要失效形式是轴承工作表面的磨损，边界润滑膜破裂导致
11、的工作表面胶合或烧瓦。,设计准则： 要求边界油膜具有足够的强度， 保证油膜存在， 减少轴瓦材料的磨损,（1）限制平均压强：pmp-防止油膜破坏，金属直接接触。,（2）限制pmv值：pmvpv-限制摩擦发热过大，防止胶合。,（3）限制滑动速度：v1.51.75，应改善润滑条件，并采用自动调心轴承。,（3）验算轴承表面的压强p、滑动速度v和pv值。, 校核轴承的压强p（单位为MPa）防止油膜 破坏, 校核轴承的pv值（单位为MPam/s）防止摩 擦发热过大, 校核滑动速度v（单位为m/s）防止过渡磨损,当以上验算结果不能满足要求时，可以考虑改用较好的轴承材料或重新确定轴承尺寸B和d的值。,附表12
12、-1 常用轴承材料及性能,（4）确定轴颈与轴瓦间的配合。,根据不同的使用要求，为了保证一定的旋转精度，必须合理地选择轴颈与轴瓦之间的配合，以保证一定的间隙。 轴承间隙主要由轴的转速确定，转速越高，间隙应越大。在相同转速下，载荷越大，间隙应越小。尺寸具体选择可参考附表12-2。,附表12-2 轴颈与轴瓦之间的配合,2止推滑动轴承的设计计算,已知条件,轴颈所受的轴向载荷Fa、轴的转速n、轴颈的直径d（由轴的强度计算和结构设计确定）和轴承的工作条件。,设计步骤,（1）选择轴承材料、确定轴承的形式及尺寸。,根据工作条件和使用要求，确定轴承的结构形式，并按附表12-1选定轴瓦材料。,（2）校核轴承的压强
13、p（单位为MPa）,（3）校核轴承的pv值（单位为MPam/s）,支承面的平均圆周速度为,支承面的平均压强为,pv值应满足,【工程实例12-1】卷筒轴滑动轴承的设计计算,设计一个起重卷筒轴的滑动轴承。已知轴承的径向载荷F = 100 kN，卷筒转速n = 100 r/min，轴颈直径d = 90 mm。,解： （1）选择轴承的类型和轴瓦材料。 由于卷筒转速低，工作要求不高，故采用不完全液体润滑滑动轴承。为了装拆方便，轴承采用剖分式结构。 由于轴承载荷大、速度低，选用铝青铜（ZCuAl10Fe3）作为轴瓦材料，查附表12-1得，p = 15 MPa，pv = 12 MPam/s，v = 4 m/
14、s。,附表12-1 常用轴承材料及性能,（2）确定轴承的工作宽度B。 对于起重装置，轴承的宽径比可适当取大些，取宽径比B/d = 1.5，则轴承宽度为 B = (B/d) d = 1.5 90 = 135 mm,（3）验算轴承表面的压强p、滑动速度v和pv值。由式(12-1)得,由式(12-2)得,由式(12-3)得,根据以上验算可知，所选材料满足要求。（4）确定轴承配合 查附表12-2，选取轴承的配合为H9/f9。,附表12-2 轴颈与轴瓦之间的配合,12.4液体动力径向滑动轴承的设计计算,利用流体动力润滑理论的基本方程（即雷诺方程）进行液体动力润滑径向滑动轴承的设计。这种轴承的特点是轴颈和轴承两个相对运动表面之间完全被一层油膜分开，这层油膜的形成必须满足一定条件。,液体动力润滑的过程,液体动力润滑的工作过程要经过启动、不稳定运转、稳定运转三个阶段,
