19七月2023機(jī)械設(shè)計(jì)第十二章滑動(dòng)軸承第十二章滑動(dòng)軸承基本要求：掌握滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)和材料；掌握非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算；了解液體潤(rùn)滑工作原理；掌握雷諾方程及其求解結(jié)果分析；掌握軸承參數(shù)對(duì)軸承靜動(dòng)特性的影響；理解軸承的設(shè)計(jì)步驟。由于結(jié)構(gòu)與制造的原因，一般說來：滾動(dòng)軸承摩阻小、起動(dòng)靈敏；標(biāo)準(zhǔn)化程度高，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；便于使用與維護(hù)；故廣泛應(yīng)用于一般尺寸、中速、中載的一般工作條件下和運(yùn)動(dòng)機(jī)械中。但是，在下列情況：①載荷特重；②承受巨大沖擊載荷和振動(dòng)載荷；③

回轉(zhuǎn)精度要求特高；④

轉(zhuǎn)速特大；⑤

尺寸很大或很小；⑥

結(jié)構(gòu)上要求軸承剖分時(shí)；⑦

特殊工作條件下（如水、腐蝕介質(zhì)中）?；瑒?dòng)軸承更有優(yōu)勢(shì)?；瑒?dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化一.滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合§12-1概述按承載分按摩擦狀態(tài)分向心滑動(dòng)軸承推力滑動(dòng)軸承液體摩擦滑動(dòng)軸承非液體摩擦滑動(dòng)軸承動(dòng)壓軸承靜壓軸承二.類型三.幾種摩擦狀態(tài)（回顧）相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面就有磨損，要改善磨損，用潤(rùn)滑油。按表面的潤(rùn)滑情況將摩擦分為：1、干摩擦：不加潤(rùn)滑劑時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面直接接觸，這樣產(chǎn)生的摩擦稱為干摩擦(如真空中)。f=0.15～0.32、邊界摩擦：兩表面加入潤(rùn)滑油后，在金屬表面會(huì)形成一層邊界膜，它可能是物理吸附膜，也可能是化學(xué)反應(yīng)膜。不滿足流體動(dòng)壓形成條件，或雖有動(dòng)壓力，但壓力較低，油膜較薄時(shí)，在載荷的作用下，邊界膜互相接觸，橫向剪切力比較弱，這種摩擦狀態(tài)稱為邊界摩擦。f=0.1左右，是軸承的最低要求。3、液體摩擦：當(dāng)兩摩擦表面被流體（液體或氣體）完全隔開時(shí)，摩擦表面不會(huì)產(chǎn)生金屬間的直接摩擦，流體分子層間的粘剪阻力就是摩擦力，這種摩擦稱為流體摩擦。

f=0.001~0.0084、混合摩擦：當(dāng)動(dòng)壓潤(rùn)滑條件不具備，且邊界膜遭破壞時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦同時(shí)存在的現(xiàn)象，這種摩擦狀態(tài)稱為混合摩擦。f=0.008~0.1§12-2滑動(dòng)軸承的的主要結(jié)構(gòu)形式一.整體式徑向滑動(dòng)軸承整體式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝困難間隙不可調(diào)二.剖分式徑向滑動(dòng)軸承剖分式：結(jié)構(gòu)較繁，間隙可調(diào)，廣泛采用結(jié)構(gòu)上可作成水平剖分、傾斜剖分（受力方向與拋分面基本垂直，偏差15內(nèi)）、可調(diào)心的以適合不同的用途。間隙可調(diào)式自動(dòng)調(diào)心式三、止推滑動(dòng)軸承由軸承座和推力軸頸組成d0=(0.4~0.6)d1d=d1+2S

S=(0.1~0.3)d1

d0=1.1d1

S1=(2~3)S§12-3滑動(dòng)軸承的失效型式

及常用材料一.滑動(dòng)軸承的失效形式1.磨粒磨損:

硬顆粒進(jìn)入軸承間隙或嵌入軸承表面…2.刮傷：軸承間隙中的硬顆粒和表面粗糙度的輪廓頂峰…4.疲勞剝落（疲勞磨損）：3.膠合（粘著磨損）：5.腐蝕（化學(xué)磨損）：

潤(rùn)滑劑在使用中不斷氧化，生成酸性物質(zhì)…；氧對(duì)巴氏合金的腐蝕，SnO2、SnO；硫?qū)y或銅軸承材料的腐蝕、潤(rùn)滑油中的水分…。1.對(duì)軸承材料的要求基本要求耐磨性磨損少減摩性摩擦系數(shù)小其他要求：抗膠合性耐腐蝕性強(qiáng)度順應(yīng)性、嵌入性、跑合性導(dǎo)熱性工藝性經(jīng)濟(jì)性2.常用材料軸承合金(白金或巴氏合金)錫基鉛基銻、銅金屬硬粒錫基體或鉛基體軸瓦和軸承襯材料統(tǒng)稱為軸承材料。二.軸瓦及軸承襯承材料錫基軸承合金，如ZSnSb11cu6、ZSnSb8cu4鉛基軸承合金，如ZPbSb16Sn16cu2、ZPbSb15Sn5cu3cd2這兩種軸承合金都有較好的跑合性、耐磨性和抗膠合性但軸承合金強(qiáng)度不高，價(jià)格很貴。在鋼或銅制成的軸瓦內(nèi)表面上澆注一層軸承合金，這層軸承合金稱軸承襯，鋼或銅制成的軸瓦基體稱瓦背。軸承合金(白金或巴氏合金)輕載、低速的軸瓦材料錫青銅

中速、中載或重載鋁青銅

低速重載鉛青銅

高速重載鐵或銅粉末混入石墨壓制燒結(jié)而成，多孔性存油，用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場(chǎng)合。石墨、塑料、橡膠、尼龍等摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大鑄鐵銅合金粉末冶金非金屬材料強(qiáng)度高，承載能力大，耐磨性和導(dǎo)熱性優(yōu)于軸承合金。但其可塑性差，不易跑合，與之相配的軸徑須淬硬。常用軸瓦及軸承材料的性能見P280表12-2雙金屬軸瓦，三金屬軸瓦，厚瓦，薄瓦?！?2-4軸瓦結(jié)構(gòu)一.軸瓦的形式和構(gòu)造：雙（三）金屬軸瓦：節(jié)省貴重金屬單金屬軸瓦：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低雙金屬軸瓦的瓦背和軸承襯的聯(lián)接形式見下表為了向摩擦表面間加注潤(rùn)滑劑,在軸承上方開設(shè)注油孔軸瓦和軸承座一般采用過盈配合結(jié)構(gòu)型式：整體式剖分式二.軸瓦的結(jié)構(gòu)要素定位唇：防止軸瓦在軸承中移動(dòng)壁厚油孔油槽壁厚定位唇油室油孔和油槽：將油引入軸承油室（腔）：存油油槽的尺寸可查相關(guān)的手冊(cè)油槽的位置：不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的承載能力。§12-5滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選用潤(rùn)滑目的：減小摩擦，降低磨損，冷卻，防銹，防塵和吸振。潤(rùn)滑劑分類：流體（液體為主），脂，固體。潤(rùn)滑油為常用。一.潤(rùn)滑脂的選擇潤(rùn)滑脂的主要指標(biāo)是針入度和滴點(diǎn)。潤(rùn)滑脂是潤(rùn)滑油與金屬皂的混合物，呈半固體形態(tài)。其稠度大，不易流失，無冷卻效果，物化穩(wěn)定性差，摩阻大，有緩沖、吸振作用、承載能力大，故只適合低速（）重載、難以經(jīng)常供油的場(chǎng)合。針入性：重1.5N的錐體，于25°C恒溫下5s后刺入的深度；潤(rùn)滑脂越稠針入性承載摩擦阻力表征潤(rùn)滑脂稀稠滴點(diǎn)：在規(guī)定的加熱條件下，潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔口滴下第一滴時(shí)的溫度。表征耐高溫的能力。潤(rùn)滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點(diǎn)2030°C潤(rùn)滑脂有鈣基、鈉基和鋰基之分，一般說來：鈣基抗水性好、耐熱性差、價(jià)廉鈉基抗水性差、耐熱性好、防腐性較好鋰基抗水性和耐熱性好鋁基抗水性好、有防銹作用、耐熱性差潤(rùn)滑脂選擇參看P284表12-3選擇原則1.壓力高、速度低時(shí)，選針入度小一些的；反之…。2.軸承的工作溫度應(yīng)低于滴點(diǎn)溫度的2030℃。3.鈣基耐水不耐溫，工作溫度低于75℃，鈉基耐溫不耐水，工作溫度低于115145℃，鋰基最好，但價(jià)格稍貴。工作溫度低在-50100℃。潤(rùn)滑油的物理和化學(xué)指標(biāo)主要有：粘度、粘度指數(shù)、油性、凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、酸值和殘?zhí)剂康?。?duì)于大多數(shù)滑動(dòng)軸承來講，粘度是最主要的指標(biāo)，也是選擇軸承用油的主要依據(jù)；對(duì)混合摩擦狀態(tài)的滑動(dòng)軸承來講，則油性也是很重要的指標(biāo)。二.潤(rùn)滑油的選擇油性—潤(rùn)滑油在摩擦表面形成各種吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜的性能。指潤(rùn)滑油對(duì)固體表面的吸附能力，一般來講，潤(rùn)滑油中含極性分子團(tuán)愈多，油性愈好。因此，動(dòng)物油油性最好，植物油油性次之，礦物油油性最差。粘度—流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示。是衡量潤(rùn)滑油易流動(dòng)性的一個(gè)指標(biāo)。粘度愈大，潤(rùn)滑油的內(nèi)摩擦阻力愈大，愈不易流動(dòng)，因而承載能力愈大。動(dòng)力粘度平行板間油的層流流動(dòng)貼近移動(dòng)扳的油層速度貼近靜止扳的油層速度各油層以不同速度移動(dòng)油層間剪應(yīng)力與油層速度梯度成正比(粘性流體粘性定律)比例常數(shù)，即動(dòng)力粘度粘度有三種定量指標(biāo)，即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和條件粘度。不完全液體潤(rùn)滑軸承潤(rùn)滑油牌號(hào)參看P285表12-4設(shè)長(zhǎng)寬高各為1m的流體，若上下兩面發(fā)生1m/s的相對(duì)滑動(dòng)，所需施加的力為1N時(shí)，則該流體的粘度為1個(gè)國(guó)際單位制的動(dòng)力粘度記為Pa.s運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度與同溫下該流體密度的比值：動(dòng)力粘度經(jīng)常用于滑動(dòng)軸承的分析計(jì)算中，商品油則常用運(yùn)動(dòng)粘度來標(biāo)定。單位換算國(guó)際單位制物理單位稱為St(斯)常用單位cSt(厘斯)液體動(dòng)壓軸承潤(rùn)滑油牌號(hào)參看P53表4-11）外載大—難形成油膜—選粘度高的油2）速度高—摩擦大—選粘度低的油3）溫度高—油變稀—選粘度高的油4）比壓大—油易擠出—選粘度高的油潤(rùn)滑油選擇原則石墨、MoS2、聚四氟乙烯樹脂等。f小，用于特殊場(chǎng)合，如高溫介質(zhì)中、或低速重載條件下。1.水：主要用于橡膠軸承、酚醛膠布軸承的潤(rùn)滑。2.液態(tài)金屬：汞、液態(tài)鈉、鋰、鉀等。主要用于宇宙飛行器中的某些軸承。3.氣體：只能用于特別高速輕載之處。三.固體潤(rùn)滑劑四.其它潤(rùn)滑劑附：潤(rùn)滑方式與潤(rùn)滑裝置非液體摩擦軸承有的用潤(rùn)滑油,有的用潤(rùn)滑脂。這要用系數(shù)K來估計(jì)。當(dāng)時(shí)可選用潤(rùn)滑脂來潤(rùn)滑,時(shí)則需用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。一、潤(rùn)滑劑二、潤(rùn)滑方式1、脂潤(rùn)滑：采用間歇式潤(rùn)滑，旋蓋式油杯。（1）連續(xù)潤(rùn)滑：比較重要的軸承應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)潤(rùn)滑方式2、油潤(rùn)滑：油環(huán)潤(rùn)滑、滴油潤(rùn)滑、浸油潤(rùn)滑、飛濺潤(rùn)滑、壓力循環(huán)潤(rùn)滑油環(huán)潤(rùn)滑油芯式油杯（2）間歇潤(rùn)滑：對(duì)于小型、低速或間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)器可采用間歇式潤(rùn)滑。§12-6不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算滑動(dòng)軸承分液體摩擦和混合摩擦兩大類，除液體靜壓滑動(dòng)軸承外，軸承總是存在摩擦和磨損的，因此，應(yīng)該針對(duì)摩擦和磨損進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，但由于影響摩擦和磨損的因素很多并且有些因素尚未搞清楚，目前采用的是簡(jiǎn)化的條件性計(jì)算。一.徑向滑動(dòng)軸承1.限制平均壓強(qiáng)：是避免壓強(qiáng)過大使邊界膜破裂從而導(dǎo)致金屬直接接觸產(chǎn)生的劇烈磨損。對(duì)于轉(zhuǎn)速很低或間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，只需進(jìn)行這項(xiàng)計(jì)算。軸頸直徑，mm軸承所承受的徑向載荷，N軸承寬度，mm,由B/d定軸瓦材料的許用壓力，見P280表12-2目的考慮到功熱當(dāng)量，值與軸承單位面積的摩擦功耗（）成正比，因此限制值也就是限制軸承的溫升，從而避免溫度過高使?jié)櫥А?duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)軸承，通常都應(yīng)進(jìn)行這項(xiàng)計(jì)算。2.限制值：軸頸的圓周速度，m/s軸承材料的許用值，見P280表12-2軸頸的轉(zhuǎn)速，r/min3.限制速度：當(dāng)過大，即使和值都在允許的范圍內(nèi)，軸承也可能很快磨損，故還必須限制滑動(dòng)速度。見P280表12-2滑動(dòng)軸承常用配合推力軸承止推面多采用環(huán)形止推面（很少用實(shí)心的），采用多環(huán)軸頸可承受較大的載荷，同時(shí)能承受雙向載荷。但這種軸承必須作成沿軸線剖分的。計(jì)算內(nèi)容為：21d1d2dd2d1d1.限制平均壓強(qiáng)：環(huán)的數(shù)目軸環(huán)直徑，mm軸孔直徑，mm二.推力軸承2.限制值：軸承材料的許用值，見P287表12-5d2d1d2）在一定條件下，利用軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)起來后的泵油作用把油帶入摩擦表面，形成壓力油膜將兩摩擦表面分開。這種滑動(dòng)軸承稱為液體動(dòng)壓軸承。

§12-7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算潤(rùn)滑油把兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面完全分隔開時(shí)的摩擦稱為液體摩擦，由于兩固體表面并不接觸，因此理論上不存在磨損，摩擦阻力的大小也僅僅取決于潤(rùn)滑油的性質(zhì)（主要是粘度）。1）輸入壓力油以平衡載荷，由于可在軸承未工作時(shí)就將兩表面分開，故稱為靜壓軸承。靜壓軸承本身價(jià)廉，但附屬液壓系統(tǒng)昂貴，故應(yīng)用受限；液體動(dòng)壓軸承應(yīng)用要廣泛的多，但應(yīng)注意，由于存在起動(dòng)和停車，所以液體動(dòng)壓軸承還是存在固體間的摩擦和磨損的。實(shí)現(xiàn)液體摩擦有兩種方法：軸頸和軸瓦同心時(shí)兩平行板的摩擦狀況軸頸和軸瓦偏心時(shí)兩傾斜板的摩擦狀況層與層間靠?jī)?nèi)摩擦阻力(粘性)帶動(dòng)前進(jìn)油層間壓力無變化，平行板間潤(rùn)滑油不產(chǎn)生壓力沿方向按線性變化潤(rùn)滑油不可壓縮“擁擠”形成壓力一.壓力油膜形成的原理abcdy靜止板B0移動(dòng)板Ah二.流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程——雷諾方程：假設(shè)：1）粘度與壓力和Y值無關(guān)。2）潤(rùn)滑油沿Z向無流動(dòng)。4）潤(rùn)滑油是牛頓流體。5）潤(rùn)滑油無質(zhì)量。6）潤(rùn)滑油不可壓縮。取截面x處的一個(gè)單元體分析，存在如下靜力平衡條件：3）潤(rùn)滑油油性良好，與固體表面吸附牢固。y0靜止板B移動(dòng)板Ahb化簡(jiǎn)后得：考慮到假設(shè)4）有：于是：帶入邊界條件：解得：即：1.油層的速度分布積分得：2.潤(rùn)滑油的流量假設(shè)：無側(cè)漏，z方向尺寸無限大，則通過間隙高度為的任意截面上單位寬度(z方向)的流量為：流體是連續(xù)的一維雷諾方程當(dāng)時(shí)，p有極大值，此時(shí)，該截面的流量為：靜止板移動(dòng)板討論對(duì)平行板平行板間油膜壓力沿x方向無變化，等于入口處壓力()對(duì)傾斜板入口處速度圖形為凹形在處油膜厚度為u沿y方向線性分布油膜壓力達(dá)出口處速度圖形為凸形由1）油膜壓力沿x方向變化規(guī)律y0靜止板B移動(dòng)板A討論由1）兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙；2）形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的必要條件若則2）兩工作表面必須有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且v方向是從大口到小口；無粘度各油層無速度兩板間油無流動(dòng)不能形成油膜壓力3）間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤(rùn)滑油。(1)停車(2)啟動(dòng)金屬直接接觸摩擦力使軸頸左移油膜壓力將軸頸托起，其合力將軸頸右推(3)隨著油膜壓力將軸頸完全托起其合力與外載平衡(4)為工作轉(zhuǎn)速油膜壓力偏心距e三.徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜形成過程1.轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系取連線為極坐標(biāo)軸偏心距直徑間隙相對(duì)間隙偏心率半徑間隙任意處(A點(diǎn))的油膜厚度：四.徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)的幾何關(guān)系和承載量系數(shù)最小油膜厚度最大油膜壓力處的厚度2.承載能力的推導(dǎo)過程代入雷諾方程承載區(qū)任意點(diǎn)A的油膜壓力沿y方向的分壓力沿z方向單位寬度上油膜壓力的合力考慮端泄油膜總壓力與外載F平衡采用國(guó)際單位：承載量系數(shù)當(dāng)軸承結(jié)構(gòu)確定由則可計(jì)算承受多大的徑向載荷F計(jì)算由則可計(jì)算承受外載

F時(shí)要多大的公式的用途：軸頸表面粗糙度軸承表面粗糙度（動(dòng)壓潤(rùn)滑條件）安全系數(shù)，S=23五.最小油膜厚度1）2）3）4）5）表12-6P293討論各參數(shù)的關(guān)系單位時(shí)間軸承所產(chǎn)生的熱量流出的油帶走的熱量軸承散發(fā)的熱量比容密度出口溫度入口溫度耗油量，按耗油