滑动轴承知识大全.doc

第十二章 滑动轴承
滑动轴承概述
滑动轴承的典型结构
滑动轴承的失效形式及常用材料
滑动轴承轴瓦结构
滑动轴承润滑剂的选择
不完全液体润滑滑动轴承的设计计算
液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算
其它形式滑动轴承简介
幻灯片2

§1　概述

主要承受径向载荷的轴承

按照承受载荷方向分类

径向（向心）轴承

主要承受轴向载荷的轴承

滑动轴承的类型

止推轴承

　　依靠一套完整的供油系统供给的压力油而形成承载油膜的液体润滑的滑动轴承

混合摩擦(润滑)轴承

按照摩擦（润滑）状态分类

液体静压滑动轴承

液体摩擦(润滑)轴承

液体动压滑动轴承

　　依靠轴承自身的几何、运动及润滑油的动力学特性等条件形成承载油膜的液体润滑的滑动轴承

幻灯片3
★滑动轴承的特点（与滚动轴承比较）:
　　⑴滑动轴承可制成剖分式结构，装拆、调整方便，还是某些类型的轴（如曲轴等）及大型设备选择支承的唯一可行途径；
　　⑵混合摩擦滑动轴承结构简单、加工制造简便，价格低廉，但摩擦阻力与起动力矩较大、磨损大，只是用于轻载、速度较低、不太重要的场合；
　　⑶自润滑轴承结构简单、成本低廉、可长期运转而无须加注润滑剂，适用于低速轻载及不允许油污染的场合；www.tj
　　⑷液体摩擦滑动轴承摩擦阻力、起动力矩小，承载能力大、运转精度高，同时承载油膜还可缓和冲击振动。但结构复杂、尤其是静压滑动轴承还须一套要求较高的供油系统，价格较高。适用于高速、重载、运转精度要求较高的场合；

幻灯片4

§2　滑动轴承的结构

滑动轴承的结构形式

一、径向轴承

二、止推轴承

整体式

剖分式

调心式

多止推环式

端面轴颈

单止推环式

环形轴端

圆形轴端

幻灯片5
三、轴瓦
　　轴瓦的结构有整体式和剖分式两种。某些大型设备的轴承为提高其耐磨性和减摩性，采用双金属材料，即用钢、铸铁或青铜制作以提高轴瓦强度，并在轴瓦内表面浇铸一薄层轴承合金，称为轴承衬。为使轴承衬贴附牢固，常在瓦背上制出各种形式的沟槽(参见右下图）。

轴瓦与轴承衬的结合

幻灯片6
★油孔、油槽和油室的开设

　　油孔、油沟和油室开设位置应注意：①不能与端面开通，以防止加大端泻；②油孔与油沟应开在非承载区，以便润滑油顺利进入和避免降低油膜承载能力。

幻灯片7
§3　滑动轴承的材料
一、对轴承材料性能的要求
　　①足够的强度，包括疲劳和抗压强度、冲击韧度以及足够的硬度和塑性。；
②良好的减摩性、耐磨性、耐蚀性和抗胶合性。
③良好的适应性，包括顺应性（顺应轴的变形及几何误差的能力）、嵌入性（嵌藏外来微粒、污物以减轻刮伤和磨损的能力）和磨合性（经短期轻载运转后减小表面粗糙度而使轴瓦与轴颈表面良好贴合的能力）。
④良好的导热性、热膨胀系数小。
⑤良好的加工工艺性。
⑥材料容易获得、价格比较低廉。

幻灯片8
§3　滑动轴承的材料
二、常用的轴承材料

青铜分为锡青铜、铅青铜和铝铁青铜三种。
锡青铜（ZCuSn10P1）强度高、减摩性和耐磨性好；
铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）适用于受冲击载荷的轴承，但跑和性较差，与之配合的轴颈须淬硬。

轴承合金是以锡或铅作基体，内中悬浮锑锡及铜锡的合金硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，软基体则增加材料的塑性。硬晶粒受载时会陷到软基体里而使承载面积增大。
　　轴承合金的嵌藏性和顺应性最好，易跑和，且不易与轴颈胶合。但其机械强度低、价格也贵，不能单独制作轴瓦，只能用作轴承衬材料。
　　轴承合金分为两类：锡基轴承合金（ZSnSb11Cu6）和铅基轴承合金（ZPbSb16Sn16Cu2）。www.tj-

　　塑料具有耐磨、抗腐蚀、良好的吸振和自润滑性能，但导热性差，容易变形。
　　常用的品种有酚醛塑料、聚酰胺（尼龙）和聚四氟乙烯等。

轴承合金

青　铜

　　铝基合金具有强度高、耐腐蚀、导热性良好等优点，是近年来应用日渐广泛的一种轴承材料

铝基合金

塑　料

常用材料

粉末冶金

　　粉末冶金是用铁或青铜与石墨的粉末经混合、压型、烧结、整形和浸油而制成的多孔隙结构材料。因孔隙中可储存大量润滑油，故又称为含油轴承。多用于载荷平稳、转速不高、加油困难或不允许加注矿物油的轻纺、食品等机械中。

幻灯片9
§4　润滑剂和润滑方法
一、润滑剂的选择
⒈润滑油的选择
润滑油选择时主要考虑轴承的压强、滑动速度、摩擦表面状况、润滑方式等因素。
一般地:①压强较大或有冲击载荷时选择粘度较大的润滑油；②滑动速度较高时选择粘度较小润滑油；③表面粗糙或未经跑合的表面选择粘度较大的润滑油；④低温条件下工作时选择凝点低的润滑油等。
⒉润滑脂的选择（当轴颈速度小于1～2 m/s时）
　 ①通常压强高、滑动速度低时选锥入度小一些的品种，反之则选锥入度大一些的品种；②应根据工作温度高低，选择不同滴点的润滑脂，一般应较轴承工作温度高20～30℃；③有水或潮湿环境下工作的轴承还应考虑润滑脂的耐水性等。
二、润滑方法的选择（选择时可根据系数K确定）

其中：p为轴承的平均压强，N/mm2；v为轴径的滑动速度，m/s
K＞32
16 ≤ K≤32
2 ≤ K≤16
K≤2

幻灯片10
§4　润滑剂和润滑方法

油绳式油杯

三、润滑装置

注油杯

旋盖式油杯

针阀式油杯

压力循环式

幻灯片11
§5　滑动轴承的条件性计算
——适用于混合润滑滑动轴承
※主要失效形式：磨损、胶合→条件性计算→ 限制 p、pv、v
※设计准则是：保证轴颈与轴瓦间的边界润滑油膜不破裂。
※混合摩擦滑动轴承验算的项目及验算目的
①轴承压强p 的验算
限制轴承压强P →防止润滑油被挤出而导致轴承的过度磨损。
②轴承压强和速度的乘积 pv 值的验算
限制 pv 值→限制轴承的摩擦功耗以限制轴承的温升，防止胶合破坏。
③滑动速度v 的验算
限制 v 值→防止由于制造、安装误差，轴颈偏转变形等因素使轴承边缘可能产生的过大的局部磨损。

幻灯片12
一、径向轴承
　　混合摩擦滑动轴承的设计，通常是根据工作条件和使用要求确定轴承的结构形式，轴瓦材料和主要尺寸之后，进行工作能力的条件性验算。
⒈轴承平均压强 p 的计算

轴承的径向载荷，N

轴承许用压强， MPa

计算压强，MPa

轴承有效宽度，mm

轴颈直径，mm

⒉轴承 pv 值的计算

⒊滑动速度 v 的计算

幻灯片13
二、止推轴承
　　推力轴承的计算与径向轴承相似，只是由于推力轴承本身的速度沿径向分布就极不均匀，导致其磨损也非常不均匀，再验算滑动速度已无实际意义。

考虑油沟使轴承承载面积减小的系数，一般取为0.80～0.95

轴承的轴向载荷，N

d
Fa
d0

止推环数

分别为轴颈直径及轴承端面内孔直径，mm

推力轴颈平均直径处的圆周速度，v=p(d+d0)n/(2×60×1000) m/s

幻灯片14
§4 液体动力润滑的基本原理
一、动压油膜承载机理www.tj-

Fr

流速按直线规律分布

V

⒈两平行表面作相对平移运动

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

这种流动是由于油层受到剪切作用而产生的→剪切流→两板间任意截面流量相等，润滑油能连续流动，但无承载能力。

幻灯片15
§4 液体动力润滑的基本原理
一、动压油膜承载机理

Fr

流速按直线规律分布

V

⒈两平行表面作相对平移运动

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

这种流动是由于油层受到剪切作用而产生的→剪切流→两板间任意截面流量相等，润滑油能连续流动，但无承载能力。

⒉两平行表面作相对垂直运动

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

Fr

在外载荷作用下，两表面间的油层受到挤压→润滑油被挤出→这种流动是由于压力引起的→压力流→其分布见图3-12。

幻灯片16
§4 液体动力润滑的基本原理
一、动压油膜承载机理
3. 两倾斜表面作相对运动

Fr
V

∵大口进，小口出→ 进入间隙的油量＞流出间隙的油量；
∵润滑油不可压缩→ 过剩油量被挤出→进口处速度曲线呈内凹形，出口处速度曲线呈外凸形；
只要连续充分地提供一定粘度的润滑油，且两板间相对速度足够大→收敛间隙间的动压力就能够稳定存在。
※结论——形成动压油膜的必要条件：

⒈两板所构成的间隙必须呈收敛楔形；
⒉两板间必须具有一定的相对速度，且速度方向由大口指向小口；
⒊两板间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油。

幻灯片17
二、雷诺润滑方程式（动压润滑的基本方程）
5）忽略接触表面表面粗糙度的影响。
为便于问题的分析，作如下假设：
6）润滑油与板间无滑动；
1）润滑油处于为层流状态。
7）忽略摩擦副的体积变形和接触变形。
2）润滑油不可压缩，且压力对润滑油的粘度无影响；忽略润滑油的重力与惯性力。
8）润滑油的粘度服从牛顿粘性法则。www.ct-

z
x
y

润滑油单元体右侧压强

3）润滑油在z方向没有流动。
4）润滑油膜的压力沿膜厚方向（y方向）是常量。

V

tdxdz

　　现取两板间润滑油的单元体作受力分析。

dx
dy
dz

pdydz

上一层润滑油对单元体的驱动力（内摩擦力）

润滑油单元体左侧压强

润滑油单元体下面一层润滑油对单元体的摩擦阻力

根据x方向的平衡条件得：

幻灯片18

整理上式可得

润滑油动力粘度

油层速度

代入上式，得

根据牛顿粘性法则，即式(3－12)www.hk-sky.org

对上式进行积分得

根据边界条件可确定积分常数
C2=v
当y=0时，即紧贴动板的那层润滑油速度uy=0=v ，由此得
当y=h时，即紧贴静板的那层润滑油速度uy=h=0，于是得　

两板间的间隙

　　速度呈线性分布的部分，是由油层间相对滑动运动引起的剪切流。

　　速度呈抛物线分布的部分，是由压差形成的压力流。

幻灯片19
单位时间内流经两平板间任意剖面沿x 方向单位宽度的流量:

V

tdxdz
pdydz
z
x
y

　　设油膜压强pmax最大压强处的间隙为h0（即 时，h= h0），在该剖面上

当润滑油连续流动时，其流量处处相等，因此有

　　此式称为一维雷诺润滑方程，该式描述了油膜压力沿x方向的分布规律，即油压的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度和油膜厚度的变化有关。

幻灯片20
　　形成动压油膜的必要条件可进一步从理论分析证明：

由

pmax
Fr

x
y

x
y

h0

h0

h＞h0
h＜h0

①在油膜厚度为h0 的左边：h ＞h0→∣ ＞0，即油压随x的增加而增大；
②在油膜厚度为h0 的右边：h ＜h0→ ＜0，即油压随x的增加而减小；
这表示：油膜必须呈收敛形油楔，才能使油楔内各处的油压都大于入口和出口处的压力，产生正压力以支承外载。 　

幻灯片21
§6 液体动力润滑径向轴承的计算
　一、径向轴承形成动压油膜的过程　

F

n=0

n>0
形成液体动压润滑

幻灯片22

O

二、液体动压润滑径向轴承的计算
⒈几何关系

O1

hmin

①直径间隙D　 D ＝D－d ；　
②半径间隙d　 d ＝R－r ；

R

③相对间隙y　y ＝ D/D= d/r ；

e

j

④偏心率e　 e ＝e/ d ；

ecos j
esinj

⑤最小油膜厚度hmin

极坐标原点

r

h

M

⑥任意j角处的油膜厚度h　

ecos j

e
R
M
O
O1
r+h

φ
esinj

略去高阶无穷小量(esin j)2可得

油压最大处（φ=φ0）的油膜厚度为

幻灯片23

⒉承载量系数CF
⑴坐标变换
由雷诺方程

dx=rdj　,
v=r w ,
h=ψr(1+ecos j) ,
h0= ψr(1+ecos j0 )
代入可得

（即为雷诺方程的极坐标表示）
⑵任意j角处的油膜压力

幻灯片24

⒉承载量系数CF
⑶作用在单位轴承宽度微弧rdj处的油膜压力为

⑷它在垂直方向（外载荷F方向）的分力为

⑸单位轴承宽度上所有垂直分力的总和为

其中： ——油膜起始角；
——油膜终止角；
——偏位角。

⑵任意j角处的油膜压力

（14-11）

幻灯片25
⑹考虑端泻影响后、任意j角处的油膜压强
　　实际上轴承都应是有限宽的。因此轴承两端必定有润滑油的泄漏，从而使端面处的压力降为零，同时也导致轴承中间部位的压力降低。
　　考虑端泻影响后，在距轴承中线距离为z任意j角处的油膜压强为：

考虑端泻使油膜压强降低的系数

⑺轴承承载能力计算式
对轴承整个宽度（从－B/2到＋B/2）积分，即可得到有限宽轴承的承载能力为
CF

幻灯片26

令

承载量系数

于是，得承载能力计算式为

或
CF——承载量系数，量纲为1。其值与轴瓦包角α、偏心率ε及轴承宽径比B/d等参数有关。见表14-10

由表可见：ε↑→ CF↑↑，但油膜厚度↓。而hmin受两表面的表面粗糙度的限制，∴↑加工精度，↓表面粗糙度值→ ↑CF→↑承载能力。

幻灯片27
⒊热平衡计算
　　为什么要作热平衡计算：动压轴承工作时，因液体内摩擦而造成摩擦功耗，摩擦功转变为热量，使润滑油温度升高，粘度下降，从而降低轴承承载能力，因此……。
　　热平衡条件：产生的热量与散发出去的热量达到平衡，且润滑油平均温度不超过75℃。

认为占20%

通常：
Δt ＜75 ℃，
t1=35～45℃。

对供油充分的轴承，qV为轴承的端泄体积流量；对供油不充分的轴承， qV为供油量，按下式计算

幻灯片28
⒋保证液体动力润滑的条件
实现液体动压润滑的充分条件是：

⒌参数选择
⑴宽径比B/d

⑵相对间隙y
⑶平均压强p
⒍制造公差和表面粗糙度
⒎设计计算流程

幻灯片29
§8　静压轴承简介
一、工作原理
　　静压液体摩擦（润滑）滑动轴承，称为静压轴承。它是利用一套高压供油系统向轴颈与轴瓦之间输入高压油，并依靠液体的静压平衡外载荷而实现液体摩擦（润滑）的。
　液体静压轴承的结构如示意图所示。
二、主要特点
　优点：⑴适用速度、载荷范围大，寿命长；　⑵稳定性、刚性和运转精度高等。
缺点：需要一套要求严格的供油系统，成本高、体积大、结构相对较复杂。　

幻灯片30