1、,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-1 概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)形式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),12-5 滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選擇,12-6 不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算,了解滑動(dòng)軸承的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用；,了解滑動(dòng)軸承的失效、常用軸瓦材料、結(jié)構(gòu)；,掌握液體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本概念、基本方程、油楔承載機(jī)理、軸承設(shè)計(jì)計(jì)算。,了解滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選用及潤(rùn)滑裝置；,掌握不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算；,通過本章學(xué)習(xí)：,第十二章 滑動(dòng)軸承,分 類,滾動(dòng)軸承, 軸承的功用：,滑動(dòng)軸承,標(biāo)準(zhǔn)件，優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣,用于高速、高精度、重

2、載、結(jié)構(gòu)上要 求剖分等場(chǎng)合。,12-1 概述, 軸承的分類,按摩擦性質(zhì)分,按受載方向分,按潤(rùn)滑狀態(tài)分,徑向止推軸承,徑向軸承,止推軸承,不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承,完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承,1）支承軸和軸上的零件，并保證軸的旋轉(zhuǎn)精度。 2）減小轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損。,第十二章 滑動(dòng)軸承,組成：軸承座、整體軸套、油孔。,12-2 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式,1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。,應(yīng)用： 低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。,2) 因磨損而造成的間隙無法調(diào)整。,3) 只能從沿軸向裝入或拆卸軸。,（一） 整體式徑向滑動(dòng)軸承,特點(diǎn)：,第十二章 滑動(dòng)軸承,（二） 剖分式向心滑動(dòng)軸承,特點(diǎn)：,應(yīng)用： 低速、輕載或

3、間歇性工作的機(jī)器。,組成：軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦、油孔、螺栓等。,1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝拆軸方便；,2）軸承蓋與座靠階梯定位；,3）可調(diào)整因磨損而造成的間隙。,第十二章 滑動(dòng)軸承,空心式-實(shí)心式軸頸端面中心處壓力很高，對(duì)潤(rùn)滑極為不利。 空心克服了該缺點(diǎn)；,單環(huán)式-利用軸頸的環(huán)形端面止推，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑方便。 廣泛用于低速、輕載的場(chǎng)合。,多環(huán)式-不僅能承受較大的軸向載荷，有時(shí)還可承受雙向軸向載荷。 各環(huán)間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環(huán)式低50%。,（三）止推滑動(dòng)軸承,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,（一）滑動(dòng)軸承常見失效形式,1.磨粒磨損：進(jìn)入軸承間隙的硬顆粒

4、，隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)軸承 表面起研磨作用。,2.刮傷：進(jìn)入軸承間隙的硬顆粒，或軸徑表面粗糙的微觀輪廓 尖峰，在軸承表面劃出線狀傷痕。,3.膠合：當(dāng)瞬時(shí)溫升過高、載荷過大而油膜破裂，或供油不足 時(shí)，軸承表面材料發(fā)生粘附和遷移。,4.疲勞剝落：在載荷得反復(fù)作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動(dòng)方向 垂直的疲勞裂紋，擴(kuò)展后造成軸承材料剝落。,5.腐蝕：潤(rùn)滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對(duì)軸承 材料有腐蝕，材料腐蝕易形成點(diǎn)狀剝落。,第十二章 滑動(dòng)軸承,（二）軸承材料, 對(duì)軸承材料性能的要求：,1、減摩性-材料副具有較低的摩擦系數(shù)。,2、耐磨性-材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。,3、抗膠合-材料的耐熱性與抗粘

5、附性。,4、順應(yīng)性-材料通過表層彈塑性變形來補(bǔ)償軸承 滑動(dòng)表面初始配合不良的能力。,5、嵌入性-材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承 滑動(dòng)表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。,6、磨合性-軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運(yùn)行后，形成 相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力。,軸瓦與軸承襯統(tǒng)稱軸承材料。,沒有一種軸承材料能滿足上述全部性能。,此外：足夠的強(qiáng)度、抗腐蝕能力；良好的導(dǎo)熱性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性。,工程上常用澆鑄或壓合的方法，將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短。,第十二章 滑動(dòng)軸承,材料,1）金屬材料,3）非金屬材料,軸承合金,銅合金,鋁基軸承合金,鑄鐵,2）多孔質(zhì)材料,工程塑料,碳石墨,橡膠, 常用軸承

6、材料,錫、鉛、銻、銅等金屬的合金，錫或鉛為基體。 優(yōu)點(diǎn)： f 小、抗膠合性能好、對(duì)油的吸附 性強(qiáng)、耐腐蝕性好、容易跑合。 優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。 缺點(diǎn)：價(jià)格貴、機(jī)械強(qiáng)度較差； 只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。,種類：錫青銅、鉛青銅、鋁青銅 優(yōu)點(diǎn)： 強(qiáng)度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金，工作溫度高達(dá)250 。 缺點(diǎn)： 可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。 應(yīng)用： 青銅可以單獨(dú)制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。 錫青銅中速重載 鉛青銅中速中載 鋁青銅低速重載,特點(diǎn)： 有相當(dāng)好的耐腐蝕性； 較高的疲勞強(qiáng)度； 摩擦性能也較好。 在部分

7、領(lǐng)域取代了較貴的軸承合金與青銅。, 種類： 普通灰鑄鐵、耐磨灰鑄鐵（加有鎳、鈦等合金）、球墨鑄鐵 特點(diǎn)： 材料中的片狀或球狀石墨在其它金屬表面上覆蓋后，其石墨層具有減摩耐磨作用。 應(yīng)用： 用于不重要、低速、輕載軸承中, 不同金屬粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成 特點(diǎn)： 具有多孔組織，可存儲(chǔ)潤(rùn)滑油。 應(yīng)用： 用于加油不方便的場(chǎng)合。, 優(yōu)點(diǎn)： 摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學(xué)溶液潤(rùn)滑。 缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形、蠕變。 為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用。 應(yīng)用： 載荷不大、間隙要求不嚴(yán)格的軸承中。,是電機(jī)電刷常用材料，具有自潤(rùn)滑性，用于不良環(huán)境（如高溫）

8、中。,具有較大的彈性，能減輕振動(dòng)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤(rùn)滑。常用于潛水泵、沙石清洗機(jī)、鉆機(jī)等有泥沙的場(chǎng)合。,第十二章 滑動(dòng)軸承,（一）軸瓦的形式和結(jié)構(gòu),軸瓦的類型,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),軸瓦,軸承中的重要零件。,為節(jié)約貴重金屬，或結(jié)構(gòu)上的需要，在其內(nèi)表面澆注或軋制一層軸承合金，稱軸承襯。,：裝拆較難，可修復(fù)性差。,：裝拆較易、可修復(fù)。,：省材，但剛度不足，對(duì)軸承座孔加工要求高 。,：強(qiáng)度剛度高，可降低對(duì)軸承座孔的加工要求。,：強(qiáng)度足夠的材料可直接作成軸瓦,：軸瓦襯強(qiáng)度不足，故采用多材料制作。,：鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可（軸瓦內(nèi) 表面有凹溝、螺紋等增加結(jié)合力）,：用雙金屬板連續(xù)軋制，質(zhì)量穩(wěn)定，

9、成本低。 剛性小，受載后能與座孔形狀吻合。,第十二章 滑動(dòng)軸承,凸緣,（二）軸瓦的定位,軸向定位,凸耳(定位唇),目的：防止軸瓦與軸承座之間產(chǎn)生軸向和周向的相對(duì)移動(dòng)。,緊定螺釘,周向定位,銷釘,第十二章 滑動(dòng)軸承,（三）油孔和油槽,油孔：供應(yīng)潤(rùn)滑油。,油槽：輸送分布潤(rùn)滑油。,注意： 油孔油槽不能開在油膜承載區(qū)。 油溝長(zhǎng)度0.8B（軸瓦寬度）。,軸向油槽,：?jiǎn)蜗蜻\(yùn)轉(zhuǎn)的軸，開在最大油膜厚度處,：雙向運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，開在水平剖分面處,周向油槽,：載荷變動(dòng)范圍超過180時(shí)采用。,不完全液體潤(rùn)滑徑向軸承的油槽形式：,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-5、滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選擇,作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、

10、防銹等。,分類,液體潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑油,半固體潤(rùn)滑劑-潤(rùn)滑脂,固體潤(rùn)滑劑,（一）潤(rùn)滑脂及其選擇,特點(diǎn)：可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜；無流動(dòng)性，無冷卻效果 。,應(yīng)用 ：要求不高、難以經(jīng)常供油、低速重載、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸承中。,）當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小一些的品種；,選擇原則：,）潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約2030，以免工作時(shí)潤(rùn)滑脂過多地流失。,）在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應(yīng)選擇防水性能強(qiáng)的鈣基或鋁基潤(rùn)滑脂。在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂。,第十二章 滑動(dòng)軸承,第十二章 滑動(dòng)軸承,但p 10 Mpa時(shí)可忽略。,潤(rùn)滑油的特性：,1）溫度： t ,2）壓力：p ,選用原則：,1) 載

11、荷大、轉(zhuǎn)速低的軸承，宜選用粘度大的油；,2) 載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；, , ,（二）潤(rùn)滑油及其選擇,3) 高溫時(shí)，粘度應(yīng)高一些；低溫時(shí)，粘度可低一些。,不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑油 表12-4,選用：,液體動(dòng)壓潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑油 表4-1,第十二章 滑動(dòng)軸承,第十二章 滑動(dòng)軸承, 聚氟乙烯樹脂,適用場(chǎng)合： 用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)合：如高溫、低速重載、 有環(huán)境清潔要求。, 石墨, 二流化鉬,性能穩(wěn)定、t 350 才開始氧化， 可在水中工作。,摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣(-60300 )，遇水性能下降。,摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。,使用方式：,1）調(diào)和在潤(rùn)滑油中；,2）

12、涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；,3）混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。,（三）固體潤(rùn)滑劑及其選擇,特點(diǎn)：可在滑動(dòng)表面形成固體膜。,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-6 、不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算, 滑動(dòng)軸承的工作狀態(tài)：, 失效形式：邊界油膜破裂。, 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證邊界膜不破裂。, 簡(jiǎn)化的條件性計(jì)算內(nèi)容：,驗(yàn)算pvpv （摩擦發(fā)熱指標(biāo)）,驗(yàn)算vv （加速磨損指標(biāo)）,驗(yàn)算 p p （過度磨損指標(biāo)）,當(dāng)采用潤(rùn)滑脂、油繩或滴油潤(rùn)滑，由于軸承得不到足夠的潤(rùn)滑劑，無法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為混合摩擦潤(rùn)滑。,干 摩 擦 邊界摩擦 流體摩擦 混合摩擦,目的：防止p過高，油被擠出，產(chǎn)生 “過度磨損”。,目的

13、：限制pv是為了限制軸承溫升、防止膠合。,目的：防止v過高而加速磨損。,第十二章 滑動(dòng)軸承,（一）徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算,已知：外加徑向載荷F (N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm)、軸頸直徑d (mm),. 驗(yàn)算軸承的平均壓力p,. 驗(yàn)算壓力速度積,軸承材料的許用值見表12-2。,3. 驗(yàn)算速度,選擇配合,一般可選: H9/d9、H8/f7、H7/f6,第十二章 滑動(dòng)軸承,第十二章 滑動(dòng)軸承,（一）流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本方程,12-7、 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算,描述流體膜壓力分布的微分方程,：該微分方程基于流體動(dòng)力學(xué)基本方程，并作如下假設(shè)推出。, 流體的流動(dòng)是層流;, 忽略壓力對(duì)流體粘度的影

14、響;, 略去慣性力及重力的影響；, 流體是不可壓縮的；, 流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù)。, 流體滿足牛頓定律；,第十二章 滑動(dòng)軸承,取微單元進(jìn)行受力分析:,p隨x變化與u/y隨y變化的關(guān)系。,牛頓定律,下面研究p隨x變化、u/y隨y變化規(guī)律。,第十二章 滑動(dòng)軸承,下面研究p/x的具體表達(dá)式,第十二章 滑動(dòng)軸承,無側(cè)泄，單位時(shí)間流經(jīng)任意截面單位寬內(nèi)的流量：,等于特定截面的流量(u呈直線分布,h=h0, =0）：,一維雷諾方程,(二)油楔承載機(jī)理,p 積分油膜承載能力 平衡外載,可見，對(duì)收斂形油楔，油楔內(nèi)各處油壓大于入口、出口處油壓正壓力承載。,進(jìn)口小、出口大，油壓p低于出口、入口壓力（負(fù)

15、壓）,不能承載，相反使兩表面相吸。,A,B,C,D,E,v1,v2,1、潤(rùn)滑油有一定粘度。,2、有一定相對(duì)滑動(dòng)速度v。承載能力v；,3、相對(duì)滑動(dòng)面之間必須形成收斂形間隙， 即：油從大口流進(jìn)，小口流出。 （入口、出口處p油楔內(nèi)p）,4、有足夠充分的供油量。,第十二章 滑動(dòng)軸承,(三)徑向滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的過程：,滑動(dòng)軸承具備形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的必要條件。,兩表面間自然形成 一收斂的楔形空間,第十二章 滑動(dòng)軸承,(四)徑向滑動(dòng)軸承的主要幾何關(guān)系：,偏 心 率： e / ,直徑間隙： D d,半徑間隙： R r / 2,相對(duì)間隙： / r / d,孔和軸的直徑、半徑為：,軸穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)偏位角和偏

16、心距為：,定義：,第十二章 滑動(dòng)軸承,最小油膜厚度hmin： hmin= -e =(1-)= r(1-),在三角形 中OO1A： R2 e2+ （r+h)2 2e(r+h)cos , R r / r e / ,任意位置油膜厚度h：,采用極坐標(biāo)：O為極點(diǎn)， O O1為極軸,略去二次微量，并取根號(hào)為正號(hào)，得：,壓力最大處油膜厚度h0：,第十二章 滑動(dòng)軸承,(五)徑向滑動(dòng)軸承的工作能力計(jì)算：,1.承載能力計(jì)算,假設(shè)：軸承為無限寬潤(rùn)滑油在軸向無 流動(dòng)，可用一維雷諾方程。,第十二章 滑動(dòng)軸承,積分得任意位置處的壓力：,積分可得軸承單位寬度上的油膜承載力：,壓力在外載荷方向的分量：,理論上，油 膜總承載力

17、F: F=pyB,第十二章 滑動(dòng)軸承,實(shí)際上，考慮兩端泄漏，應(yīng)對(duì)py修正。,由于端泄，壓力沿軸向呈拋物線分布.,距中線z處，修正后油膜壓力表達(dá)式：,C取決于寬徑比和偏心率的系數(shù);,對(duì)于有限寬度軸承，油膜的總承載能力為,式中Cp為承載量系數(shù)，計(jì)算很困難，可查表12-6確定。,或,Cp（B/d, ）,第十二章 滑動(dòng)軸承,2.最小油膜厚度,為確保液體摩擦狀態(tài)：hminh,h=S(Rz1+Rz2),Rz1、Rz2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度。,hmin= r(1-)：,hmin 承載能力,但hmin不能無限縮?。?受粗糙度、軸剛性、軸頸形狀誤差制約,S 安全系數(shù)，常取S2。,一般軸承： Rz

18、1=3.2m、Rz2=6.3m； 或 1.6 m、 3.2m。,重要軸承： Rz1=0.8m、Rz2=1.6m； 或 0.2 m、 0.4m。,第十二章 滑動(dòng)軸承,3.軸承的熱平衡計(jì)算,摩擦功耗將轉(zhuǎn)換為熱量，使?jié)櫥蜏囟壬?，軸承承載能力降低,摩 擦 熱： Q=fFv,式中: q 潤(rùn)滑油流量 m3/s； 滑油密度 kg/m3； c 潤(rùn)滑油的比熱容 J/(kg. )； ti 油入口溫度 ； to 油出口溫度 ； s 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) W/(m2. )。,滑油帶走的熱： Q1 = qc(to-ti) 軸承散發(fā)的熱： Q2 =sdB (to-ti),熱平衡條件是單位時(shí)間內(nèi)：產(chǎn)生的熱量=散失的熱量,Q=Q1+Q2,第十二章 滑動(dòng)軸承,由于軸承內(nèi)部各處溫度不同，計(jì)算時(shí)采用平均溫度:,為保證軸承承載能力，建議 tm 7080,摩擦系數(shù),與寬徑比有關(guān)： 若B/d 1， =(B/d)1.5 若B/d 1， =1,設(shè)計(jì)時(shí)，先定出平均溫度tm，然后求出溫差t，再求出ti：,第十二章 滑動(dòng)軸承,措施： 增大表面粗糙度，以降低成本； 減小間隙，提高旋轉(zhuǎn)精度； 加寬軸承，充分利用軸承的承載能力。,若ti 40,：表明進(jìn)口的油溫可以較高,意味著熱平衡易于建立，軸承承載能力富裕；,若ti 35,：表明進(jìn)口的油溫不能較高,意味著熱平衡不易于建立，軸承承載能力不足；,措施： 加散熱片，以增大散熱面積； 增加冷卻裝置：