1、第第3.3章章 滑動軸承設(shè)計滑動軸承設(shè)計肖麗英肖麗英調(diào)查數(shù)據(jù)全世界工業(yè)能源的1/3被摩擦損耗掉失效零件的80%是由于磨損造成的20世紀80年代，我國在冶金、煤炭、農(nóng)機等五個行業(yè)的調(diào)查表明：由于磨粒磨損縮小好的備件用鋼材達到100萬噸以上，如考慮停機等費用造成的損失每年達到幾億元。摩擦學發(fā)展的重要歷史階段史前人類的鉆木取火西晉時代張華所著博物志最早記載了人類使用礦物油做潤滑劑15世紀，意大利的列奧納多達芬奇才開始把摩擦學引入理論研究的途徑18世紀起摩擦學研究蓬勃興起，到20世紀60年代摩擦學成為一門獨立的交叉學科應(yīng)用及研究的領(lǐng)域不斷擴大：機械、冶金、生物、地質(zhì)、音樂、體育等第第3.3章章 滑動軸

2、承滑動軸承摩擦學基本知識簡介摩擦學基本知識簡介3.3.1滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)3.3.2滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)和材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)和材料3.3.3非液體潤滑滑動軸承的承載能力設(shè)計非液體潤滑滑動軸承的承載能力設(shè)計3.3.4液體動力潤滑滑動軸承的承載能力設(shè)液體動力潤滑滑動軸承的承載能力設(shè)計計 小結(jié)：滑動軸承設(shè)計的內(nèi)容小結(jié)：滑動軸承設(shè)計的內(nèi)容摩擦學基本知識摩擦學基本知識摩擦摩擦定義定義摩擦的類型：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦摩擦的類型：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦摩擦狀態(tài)的判定：摩擦狀態(tài)的判定：磨損磨損定義定義磨損的過程：磨損的過程：磨損的類型：磨損的類型：粘著磨損、磨

3、粒磨損、表面疲勞磨損、摩擦化學磨損粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損、摩擦化學磨損改善摩擦副耐磨性能的措施改善摩擦副耐磨性能的措施 選擇減磨材料、合理選擇潤滑劑和添加劑、控制易損件的工選擇減磨材料、合理選擇潤滑劑和添加劑、控制易損件的工作條件作條件潤滑潤滑潤滑潤滑目的目的潤滑劑分類潤滑劑分類氣體：空氣及其它氣體介質(zhì)。氣體：空氣及其它氣體介質(zhì)。液體：水、礦物油及液態(tài)金屬等。液體：水、礦物油及液態(tài)金屬等。半固體：潤滑脂半固體：潤滑脂固體：石墨、二硫化鉬等固體：石墨、二硫化鉬等主要性能指標主要性能指標潤滑油、潤滑脂潤滑油、潤滑脂1、對于不完全液體潤滑-降低摩擦及減少磨損；2、對于液體動力潤滑-工作介質(zhì)

4、并具有冷卻作用。摩擦學基本知識摩擦學基本知識粘度粘度流體抵抗變形的能力，標志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。平行板間液體的層流流動模型平行板間液體的層流流動模型牛頓定律dzdu剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力動力粘度動力粘度速度梯度速度梯度P269式8-1潤滑油的特性潤滑油的特性1.動力粘度：主要用于流體動力計算中。Pas2.運動粘度：主要用于測量流體粘度。m2/s3.兩種粘度之間的換算關(guān)系：2/11msNsPa/礦物有的密度礦物有的密度 kg/mkg/m3 3潤滑油的特性潤滑油的特性 4.4.潤滑油粘度特性；潤滑油粘度特性；粘溫特性：粘溫特性： 溫度越高、粘度越低，反之亦然。溫度越高、粘度越低，反之亦然。 圖圖8-

5、2 8-2 全損耗系統(tǒng)用油的粘全損耗系統(tǒng)用油的粘-溫曲線溫曲線粘壓特性：粘壓特性： 壓力越高、粘度越高，反之亦然。壓力越高、粘度越高，反之亦然。 式一般在式一般在5MPa5MPa之下影響不大。之下影響不大。 5.5.其它性能指標：油性、極壓性、氧化穩(wěn)定性、其它性能指標：油性、極壓性、氧化穩(wěn)定性、閃點、凝固點等。閃點、凝固點等。P270圖8-2潤滑脂的特性潤滑脂的特性錐入度（稠度）錐入度（稠度）標志著潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強弱。錐入度越大，潤滑脂越??；反之亦然。滴點滴點在規(guī)定的加熱條件下，潤滑脂由標準測量杯的孔口滴下第一滴時的溫度稱為潤滑脂的滴點。滴點標志著潤滑脂耐高溫的能力。一般潤滑脂的

6、工作溫度應(yīng)低于滴點20-30C。為改善潤滑油或潤滑脂的性能，以適應(yīng)某些特殊的需要，在潤滑油或潤滑脂中加入一些物質(zhì)，稱為添加劑。教材p270p271相關(guān)內(nèi)容滑動軸承的分類滑動軸承的分類滑動軸承滑動軸承（面接觸）（面接觸）不完全液體潤滑不完全液體潤滑流體潤滑流體潤滑無潤滑軸承無潤滑軸承邊界潤滑邊界潤滑混合潤滑混合潤滑流體靜壓軸承流體靜壓軸承流體動壓軸承流體動壓軸承3.3.1 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)（徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)（p137-138）整體式（圖整體式（圖3-15）、剖分式（圖）、剖分式（圖3-13）圖圖3-15整體式滑動軸承結(jié)構(gòu)整體式滑動軸承結(jié)構(gòu)3.3.1

7、 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)1.徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)圖圖3-13剖分式滑動軸承結(jié)構(gòu)剖分式滑動軸承結(jié)構(gòu)3.3.1 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)1.徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)圖3-14斜剖分式滑動軸承剖分式滑動軸承3.3.1 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)1.徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)圖圖3-16 3-16 調(diào)心滑動軸承調(diào)心滑動軸承3.3.1 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)1.徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)2.推力滑動軸承結(jié)構(gòu)V圖3-18 動壓推力滑動軸承簡圖3.3.1 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)a單向旋轉(zhuǎn) b雙向旋轉(zhuǎn) c可傾瓦推力軸承 軸承表面由多組斜面軸承表面由多組斜面平面組成，當軸低

8、平面組成，當軸低速旋轉(zhuǎn)時依靠平面接觸承載，當以工作速速旋轉(zhuǎn)時依靠平面接觸承載，當以工作速度旋轉(zhuǎn)時依靠斜面形成液體動壓潤滑。度旋轉(zhuǎn)時依靠斜面形成液體動壓潤滑。2 . 推力滑動軸承結(jié)構(gòu)3.3.1 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料 1.滑動軸瓦的結(jié)構(gòu)滑動軸瓦的結(jié)構(gòu)滑動軸承工作時滑動軸承工作時 與軸頸直接接觸的與軸頸直接接觸的 部分稱為軸瓦或軸套部分稱為軸瓦或軸套軸瓦的形式和構(gòu)造軸瓦的形式和構(gòu)造-整體鑄造、對開式整體鑄造、對開式油孔及油槽（油孔及油槽（p140，圖，圖3-20，3-23）軸瓦的定位軸瓦的定位-保證軸瓦與軸承座之間無軸向、周

9、保證軸瓦與軸承座之間無軸向、周向的相對移動向的相對移動 （圖（圖3-21）1).軸瓦結(jié)構(gòu)圖圖3-20整體式軸瓦整體式軸瓦3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料1).軸瓦結(jié)構(gòu)圖圖3-21 軸瓦的固定軸瓦的固定3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料1).軸瓦結(jié)構(gòu)軸瓦結(jié)構(gòu)：由軸瓦結(jié)構(gòu)：由13層材料制成層材料制成圖3-22軸瓦內(nèi)表面結(jié)構(gòu)3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料2). 油溝與油槽的位置油溝與油槽的位置 3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料2).油溝與油槽的位置油溝與油槽的位置 不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，

10、否則將急劇降不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的承載能力低軸承的承載能力3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料油孔與油槽的位置油孔與油槽的位置不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的承載能力（承的承載能力（圖圖3-23）油槽的剖面形狀應(yīng)避免邊緣有銳邊或棱角，保油槽的剖面形狀應(yīng)避免邊緣有銳邊或棱角，保證潤滑油能順暢地流入潤滑表面之間。證潤滑油能順暢地流入潤滑表面之間。油槽的尺寸可查相關(guān)的手冊。2).油溝與油槽的位置油溝與油槽的位置 圖3-24 多油楔軸承3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料2).油溝

11、與油槽的位置油溝與油槽的位置 多油楔軸承多油楔軸承可傾瓦式多油楔軸承可傾瓦式多油楔軸承3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料2.滑動軸承的材料滑動軸承的材料 滑動軸承的失效形式滑動軸承的失效形式材料選用原則材料選用原則常用的軸瓦材料（常用的軸瓦材料（p142，表，表3-16）3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料軸承材料的選用原則軸承材料的選用原則滑動軸承的失效形式滑動軸承的失效形式* 磨粒磨損磨粒磨損* 刮傷刮傷* 咬粘（膠合）咬粘（膠合）* 疲勞剝落疲勞剝落* 腐蝕腐蝕對材料性能的要求對材料性能的要求* 良好的減摩性、耐磨性良好的減摩性、耐磨性和

12、抗咬粘性和抗咬粘性* 良好的摩擦順應(yīng)性、嵌良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性入性和磨合性* 足夠的強度和抗腐蝕能足夠的強度和抗腐蝕能力力* 良好的導(dǎo)熱性、工藝性良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟性等和經(jīng)濟性等軸瓦的材料軸瓦的材料常用的軸瓦材料（表常用的軸瓦材料（表3-16）F金屬材料：軸承合金巴士合金金屬材料：軸承合金巴士合金F粉末冶金材料粉末冶金材料 （多孔質(zhì)金屬材料）（多孔質(zhì)金屬材料）F非金屬材料非金屬材料3.3.2 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)與材料3.3.3 非液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算非液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算失效形式失效形式磨粒磨損與粘著磨損為主、多種失效形式并存磨粒磨損與粘著磨

13、損為主、多種失效形式并存的情況的情況設(shè)計準則設(shè)計準則邊界膜不遭破壞，維持粗糙表面微腔內(nèi)有液體邊界膜不遭破壞，維持粗糙表面微腔內(nèi)有液體潤滑存在潤滑存在徑向滑動軸承的計算徑向滑動軸承的計算推力滑動軸承的設(shè)計計算推力滑動軸承的設(shè)計計算（自學）（自學）1.1.非液體潤滑徑向滑動軸承設(shè)計算典型問題非液體潤滑徑向滑動軸承設(shè)計算典型問題1.1.已知條件：已知條件：軸頸的直徑軸頸的直徑d d（mmmm）軸轉(zhuǎn)速軸轉(zhuǎn)速n n（r/minr/min）軸承的徑向外載荷軸承的徑向外載荷F F（N N）2.設(shè)計的目的：確定軸承的材料與寬度B1.1.非液體潤滑徑向滑動軸承設(shè)計算典型問題非液體潤滑徑向滑動軸承設(shè)計算典型問題2

14、.設(shè)計的目的：確定軸承的材料與寬度B驗算軸承的平均壓力p-防止磨損驗算軸承的pV值-限制溫升驗算滑動速度V-防止磨損MPapBdFp式（3-24）smMPapvpv/式（式（3-253-25） smvv/式（式（3-263-26）見表見表3-163-16 vpvp、3.3.43.3.4液體動壓滑動軸承的承載能力設(shè)計液體動壓滑動軸承的承載能力設(shè)計一一. 流體動壓的基本理論流體動壓的基本理論雷諾方程雷諾方程二二.流體動壓徑向滑動軸承的設(shè)計計算流體動壓徑向滑動軸承的設(shè)計計算 三三.徑向滑動軸承的幾何參數(shù)徑向滑動軸承的幾何參數(shù)四四.液體動力潤滑徑向滑動軸承的工作能力計液體動力潤滑徑向滑動軸承的工作能力

15、計算算五五.軸承參數(shù)的選擇軸承參數(shù)的選擇一一.流體動壓的基本理論流體動壓的基本理論雷諾方程雷諾方程1.假設(shè)條件：1)忽略重力、磁力、慣性力的影響；2）流體在界面上無滑動，即貼于界面的油層速度與界面速度相同；3）沿油膜厚度方向上，不計油膜壓力的變化；4)潤滑油沿膜厚方向沒有流動；0yp一一.流體動壓的基本理論流體動壓的基本理論雷諾方程雷諾方程1.假設(shè)條件：5）流體為牛頓流體；6）潤滑油流動為層流；7）潤滑油不可壓縮。zu一一.流體動壓的基本理論流體動壓的基本理論雷諾方程雷諾方程dxdydzzdydzdxxppdxdypdydz)()(zxpzu22zuxp一一.流體動壓的基本理論流體動壓的基本理

16、論雷諾方程雷諾方程2.根據(jù)層流運動的流體膜中一微元體的受力平衡、流量連續(xù)的分析，并利用假設(shè)條件及必要的邊界條件，可得到如下的流體膜壓力分布方程，即：一維雷諾方程一維雷諾方程。油膜的壓力變化與潤滑油的黏度、表面相對滑動速度、油膜的厚度變化有關(guān))(U603hhhxph式（式（3-373-37）最大壓力處對應(yīng)最大壓力處對應(yīng)的油膜厚度。的油膜厚度。圖圖3-273-27兩相對運動平板間油層的速度和壓力分布兩相對運動平板間油層的速度和壓力分布一一.流體動壓的基本理論流體動壓的基本理論雷諾方程雷諾方程一一.流體動壓的基本理論流體動壓的基本理論雷諾方程雷諾方程3.3.形成液體動力潤滑的條件形成液體動力潤滑的條

17、件 （圖（圖3-273-27）潤滑油要有一定的粘度，且其它條件不變時，粘度越高，承載能力越高。兩相對運動表面要有相當?shù)南鄬瑒铀俣?。相對滑動表面形成收斂的油楔。有充足的供油。一?流體動壓的基本理論流體動壓的基本理論雷諾方程雷諾方程判斷下圖中有沒有收斂的油楔判斷下圖中有沒有收斂的油楔1、流體動力潤滑的形成過程、流體動力潤滑的形成過程二二.流體動壓徑向滑動軸承的設(shè)計計算流體動壓徑向滑動軸承的設(shè)計計算 2.2.穩(wěn)定狀態(tài)下徑向滑動軸承的幾何參數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)下徑向滑動軸承的幾何參數(shù)1.1.直徑間隙直徑間隙dD 2.2.半徑間隙半徑間隙rR3.3.相對間隙相對間隙rd4.4.偏心距偏心距e5.5.偏心率偏心

18、率e6.6.最小油膜厚度最小油膜厚度)1 ()1 (minreh7.7.偏位角偏位角8.8.任意位置的油膜厚度任意位置的油膜厚度h h)cos1 ()cos1 (rh空氣潤滑油油楔油膜壓力二二.流體動壓徑向滑動軸承的設(shè)計計算流體動壓徑向滑動軸承的設(shè)計計算 3、穩(wěn)定狀態(tài)下滑動軸承的承載能力、穩(wěn)定狀態(tài)下滑動軸承的承載能力 承載量計算承載量計算 熱平衡計算熱平衡計算 最小油膜厚度的計算最小油膜厚度的計算 流體動壓潤滑徑向軸承的參數(shù)選擇流體動壓潤滑徑向軸承的參數(shù)選擇 軸承的承載量計算軸承的承載量計算總承載量計算的無量綱參數(shù)總承載量計算的無量綱參數(shù)-索氏數(shù)定義：索氏數(shù)定義：式（3-25）),(0dBS圖

19、3-30P14920BdSF 其中：為潤滑油在軸承平均工作溫度下的動力粘度，Ns/m2為軸頸的轉(zhuǎn)速，rad/sB為軸承的寬度，m；d為軸頸的直徑，m。BdFS20熱平衡計算熱平衡計算定義：軸承的摩擦特性系數(shù)定義：軸承的摩擦特性系數(shù)圖3-31 FFvFvFP摩擦力：摩擦力：摩擦功耗：摩擦功耗：根據(jù)能量守恒：每秒產(chǎn)生的熱量根據(jù)能量守恒：每秒產(chǎn)生的熱量 帶走熱量帶走熱量1H2H達到熱平衡時的潤滑油溫度差達到熱平衡時的潤滑油溫度差式(3-45)為保證軸承的正常工作，一般要求平均工作為保證軸承的正常工作，一般要求平均工作溫度溫度不超過不超過7575。vBdcqpvcBdvQpdBcQBdpvtspvspsp210)(10)(10666熱平衡計算熱平衡計算P1H6210QtdBcHsp）（流量BdpvuFvuPH1平均工作溫度平均工作溫度2入出平均ttt入口油溫入口油溫t入入一般為一般為3045C熱平衡計算熱平衡計算 最小油膜厚度的計算最小油膜厚度的計算 軸承中的最小油膜厚度，不