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1、第十章 滑动轴承,东北大学国家工科机 械基础课程教学基地,目录,10-1 摩擦磨损润滑基础,10-2 滑动轴承概述,10-4 流体动压润滑的基本理论,10-5 单油楔向心动压轴承设计计算,10-3 非液体摩擦滑动轴承设计,10-1摩擦磨损与润滑基础 一、基本概念,一、基本概念,1、干摩擦 摩擦表面间无润滑介质 摩擦系数在10-1量级,二、摩擦（润滑）状态,干磨擦,边界磨擦,2、边界摩擦 表面间形成较薄边界油膜（吸附、反应）， 有局部表面直接接触 摩擦系数在10-2量级 润滑效果取决于油的油性和极压性 (粘度起次要作用),10-1摩擦磨损与润滑基础 二、摩擦（润滑）状态,液体磨擦,混合磨擦,3、
2、液体摩擦,4、混合摩擦,摩擦表面间有足够的润滑油 摩擦系数很小10-3量级， 摩擦阻力为油膜剪切阻力 润滑效果取决于油的粘度,表面间边界摩擦、液体摩擦状态共存 摩擦系数在10-210-3量级 润滑效果取决于油的粘度和极压性,10-1摩擦磨损与润滑基础 二、摩擦（润滑）状态,三、磨损,1、磨损过程 跑和磨损：表面凸峰磨掉，粗糙度降低，载荷分布趋于均匀 稳定磨损：磨损速度缓慢稳定、决定机械零件的寿命 剧烈磨损：磨损速度急剧增加，(磨损量积累到一定程度， 精度下降，动载增加)使零件报废,磨损曲线,跑和磨损,稳定磨损,剧烈磨损,磨损量,时间,10-1摩擦磨损与润滑基础 三、磨损,2、磨损种类 粘着磨损
3、：表面微凸体接触，“高压、高温”粘着焊合， （胶合） 相对运动撕脱，材料转移。,磨料磨损：表面微凸体脱落、外来硬质颗粒进入摩擦面间， 相对运动时起切削、碾压作用，致表面材料脱落。,疲劳磨损：交变接触应力反复作用、局部微裂纹扩展，材料脱 落形成麻点、微坑。,腐蚀磨损：表面材料与周围环境发生化学或电化学反应， 相对运动时，反应物脱落，表层材料转移。,复合磨损：多种磨损机理共存，磨损接续循环发生。,10-1摩擦磨损与润滑基础 三、磨损,四、润滑油的主要性能指标,1、粘度：液体内摩擦阻力大小的度量（粘性大小）,b.因油性作用，边界处油与板同速,c.油的流动为层流，层间速度梯度du/dy， 相对滑动的剪
4、切阻力为,Newton内摩擦定律：,2、粘度的物理意义-Newton内摩擦定律,a.平行板间充满油，B定，A动（F作用下，速度U）,10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标,动力粘度： 速度梯度du/dy为1时， 液体内摩擦阻力大小,3、粘度的单位,a.动力粘度：,国际单位：,常用单位：,10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标,b.运动粘度：,国际单位：,常用单位：,注：国标规定，润滑油牌号按40 度时运动粘度的平均值确定. 例：N100工业齿轮油，40度时运动粘度的平均值为100cSt.,(2)粘温特性：温度升高、粘度降低,(3)粘压特性：压力升高、粘度增加,(4)
5、油性：油在摩擦表面吸附的能力,(5)极压性：油膜抗压力破坏的能力,10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标,10-2 滑动轴承概述 一、滑动轴承结构特点,一、滑动轴承结构特点,1、滑动轴承结构：轴颈+轴瓦, 轴与瓦面接触，承载大、抗冲击；, 油膜缓冲、减振、降噪；, 液体润滑状态摩擦系数小，寿命长；, 极限转速高；, 特殊结构要求：特大结构，滑动轴承成本低；, 剖分式结构：便于曲轴上安装；, 径向尺寸小；, 适合特殊工况：水、油、腐蚀、无润滑介质条件；,2、特点,10-2 滑动轴承概述 二、滑动轴承分类,1、按承载方式： 向心滑动轴承-承受径向载荷 推力滑动轴承-承受轴向载荷,向心
6、滑动轴承,推力滑动轴承,二、滑动轴承分类,10-2 滑动轴承概述 二、滑动轴承分类, 非液体摩擦滑动轴承（边界、混合摩擦状态） 特点：结构简单、制造方便、成本低廉 应用：低速、一般不重要设备上,静压轴承,动压轴承,2、按摩擦状态：,特点：系统复杂、工作可靠 应用：低速、频繁启动，载荷或转速变化大场合,液动动压润滑轴承：, 液体摩擦滑动轴承（液体润滑状态） 液体静压润滑轴承：,特点：结构简单、要求制造精度高 应用：高速、高旋转精度，高载荷或转速变化小的场合,轴径与轴瓦相对动，形成动压油 膜，使轴径与轴瓦由油膜分开,外界高压油输入轴承间隙， 轴径与轴瓦由油膜分开,10-3 非液体摩擦滑动轴承设计
7、一、失效形式与设计准则,一、失效形式与设计准则,1、失效形式：轴瓦的胶合、磨损,2、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：vv-防止边缘局部胶合磨损。,10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 二、非液体摩擦向心滑动轴承设计,2、确定轴的直径d：,二、非液体摩擦向心滑动轴承设计,3、轴承宽度B：,p轴瓦材料的许用压强，Mpa（表10-5、6、7）,1、选择材料,10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 二、非液体摩擦向心滑动轴承设计,
8、4、验算压强：,5、验算pv值：,6、验算速度v：,10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 三、非液体摩擦推力滑动轴承设计,2、根据结构和强度确定d2：,三、非液体摩擦推力滑动轴承设计,1、选择材料,3、d1=0.5d2,4、验算压强：,5、验算pmvm值：,6、验算vm值：,FA-轴向载荷, N dm-轴径平均直径，mm,K-考虑油沟使承载面积减少的系数,10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程,2、假设：,一、流体动压润滑基本方程-雷诺方程,1、模型建立：相互倾斜AB板， B 静止、 A板速度为U,(1)忽略油层的重力和惯性力影响； (2)润滑油不可压缩；忽略粘压效应； (3)油
9、压沿膜厚方向不变； (4) 油为牛顿流体，处于层流状态；,10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程,3、力平衡条件,压力沿方向与速度沿方向的变化关系,整理得：,由牛顿粘性定律知：,10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程,对u两次积分：,利用边界条件：,流速方程：流速沿油膜后方向的分布规律,线性项-剪切流,非线性项-压力流,10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程,4、流量连续条件：x方向单位宽度流量为常数（无端泄）,对qx求导：,整理得：,一维雷诺方程：,对x积分:,10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程,雷诺方程的意义：,1
10、0-4 流体动压润滑基本理论 二、油楔承载机理,二、油楔承载机理,1、分析,2、形成流体动压润滑必要条件 两摩擦表面间必须有楔形间隙; 两摩擦表面间必须有相对速度，且相对速度方向 使润滑油从大截面入从小截面出; 润滑油有一定的粘度，且供油充分;,10-4 流体动压润滑基本理论 三、滑动轴承形成动压油膜过程,三、滑动轴承形成动压油膜过程,1、n=0时，轴颈处于最低位置，轴与瓦间形成楔形间隙；,2、n0时，轴径旋转将油带入间隙 当n很小时：带入油量少，轴颈沿孔壁向上爬行； 当n增大时：带油量增加，楔形油膜产生动压力把轴径托起,3、n=nw时：轴颈稳定在一个偏心位置上，油膜压力与外载荷平衡,4、轴心
11、的位置是外载荷、转速、润滑油粘度的函数。,动压演示,n=0,n0,n=nw,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 一、向心动压轴承几何参数,一、向心动压轴承几何参数,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数,二、承载能力与轴承特性系数S,1、一维雷诺方程的基座标形式,2、承载区任意点 处的油膜压力,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数,3、 在外载荷方向分量,4、无限宽轴承单位宽度油膜承载能力,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数,5、有限宽轴承单位宽度油膜承载能力,6、有限宽轴承总承载能力
12、,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 三、最小油膜厚度,三、最小油膜厚度hmin,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 三、最小油膜厚度,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算,四、轴承温升t,2、非压力供油轴承温升计算,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 五、轴承参数选择,五、轴承参数选择,10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 五、轴承参数选择,五、轴承参数选择,3、滑油黏度 低速重在高黏油、高速清载低黏油。,本章结束,
