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1、作者：朱理,分类,滚动轴承,滑动轴承,9.1滑动轴承概述,9.1.1 滑动轴承的类型、特点和应用,按摩擦性质分,按受载方向分,按润滑状态分,向心推力(径向止推)轴承,向心(径向)轴承,推力(止推)轴承,不完全液体润滑滑动轴承,不完全液体润滑滑动轴承,1.滑动轴承的类型,作者：朱理,2.滑动轴承的应用领域,1）工作转速特高的轴承，汽轮发电机；,2）要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；,3）特重型的轴承，如水轮发电机；,4）承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机；,5）根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；,6）在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承，如舰艇螺旋桨推进器的轴
2、承；,7）轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。如多辊轧钢机。,9.1.2 滑动轴承的设计内容,轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。,作者：朱理,9.2.1 径向滑动轴承的典型结构,组成：轴承座、轴套或轴瓦等。,9.2滑动轴承的典型结构,油杯孔,轴承,(1)结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,(2)因磨损而造成的间隙无法调整。,(3)只能从沿轴向装入或拆。,整体式径向滑动轴承,轴承座,特点：,作者：朱理,将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。,剖分式向心滑动轴承,螺纹孔,轴承座,轴承盖
3、,联接螺栓,剖分轴瓦,对开式径向滑动轴承,特点：结构复杂，可以调整因磨损而造成的间隙，安装方便。,应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器。,作者：朱理,轴承座,轴承盖,联接螺栓,联接螺母,轴瓦,作者：朱理,3.其它类型的径向滑动轴承结构,图示为自动调心式向心滑动轴承，轴瓦外表面做成球形，与轴承座的球状内表面相配合。当轴有弯曲变形或两轴承座的轴线不对中时，轴瓦能自动调心。自动调心式向心滑动轴承主要用于刚性较小的结构和轴承宽度B与轴颈直径d之比(宽径比Bd)大于1.5的轴承。,作者：朱理,另外，为了解决整体式滑动轴承间隙无法调整的问题，保证机械的正常运转和旋转精度，还可采用间隙可调式径向滑动轴承(
4、如图所示)。,左图为外锥式，轴套沿外表面纵向切有槽，因此轴套具有弹性，当调节螺母使轴套轴向移动时，依靠轴套的弹性变形调节与轴颈的间隙；右图所示内锥式，当轴套外圆柱面上两端螺母一松一紧时，轴套就能沿轴向移动，从而调整轴承间隙。,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,作用：用来承受轴向载荷,9.2.2 普通止推滑动轴承的典型结构,结构形式：,空心式轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比 实心式要好。,单环式利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润 滑便，广泛用于低速、轻载的场合。,多环式不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受 双向轴向载荷。,各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50
5、%。,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为612。,倾角固定，顶部预留平台,类型,固定式,可倾式,用来承受停车后的载荷。,倾角随载荷、转速自行 调整，性能好,巴氏合金,作者：朱理,9.3滑动轴承材料和轴瓦结构,9.3.1 滑动轴承材料,轴承材料性能的要求,(1)减摩性材料副具有较低的摩擦系数。,(2)耐磨性材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。,(3)抗胶合材料的耐热性与抗粘附性。,(4)摩擦顺应性材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。,(5)嵌入性材
6、料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。,(6)磨合性轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力。,轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。,作者：朱理,工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。,此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。,能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。,滑动轴承材料,金属材料,非金属材料,轴承合金,铜合金,铝基轴承合金,铸铁,多孔质金属材料,工程塑料,碳-石墨,橡胶,木材,常用轴承材料,作者：朱理,（1）轴承
7、合金（白合金、巴氏合金）,是锡、铅、锑、铜等金属的合金，锡或铅为基体。,优点：f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。,缺点：价格贵、机械强度较差；,只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。,工作温度：t120 由于巴式合金熔点低,作者：朱理,（2）铜合金,优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性 都优于轴承合金。工作温度高达250。,缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。,青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。,铝青铜,铅青铜,锡青铜,中速重载,中速中载,低速重载,（3）铝基合金,铝锡
8、合金：有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，摩擦性能也较好。在部分领域取代了较贵的轴承合金与青铜。,（4）铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。,作者：朱理,含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。,运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。,（5）多孔质金属材料,橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。,工程塑料：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。,缺点：导热性差、膨胀系
9、数大、容易变形。为改善此 缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。,（6）非金属材料,碳-石墨：是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境中。,木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。,作者：朱理,9.3.2滑动轴承轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,整体式,对开式,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,需从轴端安装和拆卸，可修复性差。,可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。,轴瓦的类型,整体轴套,对开式轴瓦,作者：朱理,9.3.2滑动轴承轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,轴瓦的类型,厚壁,薄壁,整体式,对开式,节省材料，但刚度不足
10、，故对轴承座孔的加工精度要求高。,具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。,作者：朱理,9.3.2滑动轴承轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,轴瓦的类型,单材料,多材料,单一材料,强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。,轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。,厚壁,薄壁,整体式,对开式,作者：朱理,9.3.2滑动轴承轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,轴瓦的类型,卷制轴套,铸造,轧制,铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。,只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。,单材料,多
11、材料,厚壁,薄壁,整体式,对开式,作者：朱理,潘存云教授研制,将轴瓦一端或两端做凸缘,凸缘定位,二、轴瓦的定位方法,轴向定位,凸耳(定位唇)定位,凸耳,凸缘,目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相 对移动。,作者：朱理,紧定螺钉,周向定位,销钉,三、轴瓦的油孔和油槽,作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。,潘存云教授研制,进油孔,油槽,作者：朱理,开孔原则：,形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。,（2）轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。,（1）尽量开在非承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力；,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,宽
12、径比B/d 轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数,液体润滑摩擦的滑动轴承 B/d=0.51,非液体润滑摩擦的滑动轴承B/d=0.81.5,轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图,大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。,作者：朱理,9.4滑动轴承的润滑,9.4.1 滑动轴承的润滑剂及其选择,1.作用,分类,液体润滑剂润滑油,半固体润滑剂润滑脂,固体润滑剂,2.润滑脂及其选择,特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。,适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。,）当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之
13、，选择针入度大一些的品种。,选择原则：,降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。,作者：朱理,）当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的 品种；反之，选择针入度大一些的品种。,选择原则：,）所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高 约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。,）在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的 钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或 复合钙基润滑脂。,作者：朱理,潘存云教授研制,但p 10 MPa时可忽略。变化很小,润滑油的特性：,（1）温度 t,（2）压力p,选用原则：,(1)载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；,(2)载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度
14、小的油；,粘温图,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,3.润滑油及其选择,(3)高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,作者：朱理,聚氟乙烯树脂,适用场合：用于润滑油不能胜任工作的场合，如高温、低速重载、有环境清洁要求。,石墨,二流化钼（MoS2）,性能稳定、t 350 才开始氧化，可在水中工作。,摩擦系数低，使用温度范围广(-60300)，但遇水性能下降。,摩擦系数低，只有石墨的一半。,使用方式：,1）调和在润滑油中；,2）涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；,3）混入金属或塑料粉末中烧结成型。,其应用日渐广泛,4.固体润滑剂及其选择,特点：可在滑动表面形成固体
15、膜。,作者：朱理,9.4.2 滑动轴承的润滑方式和润滑装置,为了获得良好的润滑效果,除应正确选择润滑剂外,还应选用适当的润滑方法和相应的润滑装置。,(1)滴油润滑,1.润滑油润滑,润滑油的供应可以是间歇的或连续的。间歇式供油只用于小型、低速或作间歇运动的工作场合。连续供油润滑比较可靠，对于重要的轴必须采用连续供油的方法。,间歇式供油一般用人工油壶或油枪向注油杯内注油，有压配式油杯和旋转式注油杯。,连续滴油供油可采用针阀式油杯和油芯油杯。,作者：朱理,针阀式油杯可以调节螺母控制油孔开口大小而改变供油量，并且扳动手柄关闭针阀而停止供油。,间歇式供油油杯,针阀式油杯,油芯油杯不易调节供油量，并且在停
16、车时仍继续供油，引起无用的消耗。,油芯油杯,作者：朱理,(2)油环润滑,在轴颈上套一油环，油环下部浸在油池中，当轴颈旋转时靠摩擦力带动油环把润滑油带到轴颈上。轴颈速度过高和过低，油环带的油量都会不足，通常转速不低于60 r/min的场合。,油环润滑,作者：朱理,(3)飞溅润滑,用浸在油池中的传动件(例如齿轮)回转时将润滑油溅到箱体的内壁，再经油沟流入到轴承进行润滑。,作者：朱理,(4)压力润滑,用油泵供应压力油进行润滑，可保证供油充分，能带走摩擦热以冷却轴承，但压力润滑系统较复杂，成本较高，多用于高速、重载轴承上。,2.脂润滑,脂润滑只能间歇供应，旋盖式油脂杯(如图所示)是应用最广的脂润滑装置
17、。杯中装满润滑脂后，旋转上盖即可将润滑脂挤入轴承中。,压力润滑 示意图,旋盖式油脂杯,作者：朱理,9.4.3 润滑方式的选择,式中 p轴承承载压力,F轴承所受载荷,单位N；,根据,k 6 脂润滑;,B轴承宽度,单位 mm；,d轴颈直径,单位 mm；,v轴颈速度,单位 m/s；,k载荷系数;,k 100 压力循环润滑。,k=50100 飞溅、油环或压力循环润滑；,k=650 滴油或油绳润滑；,作者：朱理,9.5不完全液体润滑滑动轴承设计计算,9.5.1 滑动轴承常见失效形式和设计准则,磨粒磨损进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。,刮伤进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微
18、观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。,胶合当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。,疲劳剥落在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。,腐蚀润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。,1.滑动轴承常见失效形式,作者：朱理,潘存云教授研制,微动磨损发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。,其它失效形式:,气蚀气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；,流体侵蚀流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；,电侵蚀电化学或电离作用引起的机械磨损；,轴瓦失效实
19、例:,作者：朱理,2.设计准则,工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴承的不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。,失效形式：边界油膜破裂。,设计准则：保证边界膜不破裂。,因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关，目前尚无精确的计算方法，但一般可作条件性计算。,校核内容：,验算摩擦发热pvpv；,验算滑动速度vv。,p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应校核滑动速度v。,fpv是摩擦力，限制pv 即间接限制摩擦发热。,验算平均压力 p p，以保证强度要求
20、；,作者：朱理,潘存云教授研制,9.5.2 径向滑动轴承的设计计算,已知条件：外加径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)及 轴颈直径d(mm),验算及设计：,.验算轴承的平均压力p,.验算摩擦热,v轴颈圆周速度，m/s；,B 轴瓦宽度，p 许用压强。见下页,pv 轴承材料的许用值。见下页,pv,n轴速度，m/s；,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,选择配合,一般可选:H9/d9或H8/f7、H7/f6，可参考表9.7选用。,9.5.3 止推滑动轴承的计算,p,考虑承载的不均匀性，p、pv应降低50%。,已知条件：外加径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm),(1)根据轴向载荷和工作
21、要求，选择轴承结构尺寸和材料；,(2)验算平均压力；,3)验算pv值,z轴环数,作者：朱理,潘存云教授研制,9.6.1 液体动压润滑基本方程的建立,为了得到简化形式的液体动压平衡方程（NavierStokes方程），作如下假设：,流体的流动是层流,忽略压力对流体粘度的影响,略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为 静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用 于单元体上,流体是不可压缩的,流体中的压力在各流体层之间保持为常数,实际上粘度随压力的增高而增加；,即层与层之间没有物质和能量的交换；,9.6液体动压径向滑动轴承的设计计算,作者：朱理,潘存云教授研制,取微单元进行受力分析:,pdydz+
22、(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0,整理后得,又有,任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。,对y积分得,边界条件,当y=0时，u=-v,C2=-v,当y=h时，u=0,代入得,作者：朱理,潘存云教授研制,任意截面内的流量,依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的,bb截面内的流量,该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0,负号表示流速的方向与x方向相反，因流经两个截面的流量相等，故有：,一维雷诺方程,由上式可得压力分布曲线 p=f(x),在bb处h=h0，p=pmax,速度梯度du/dy呈线性分布，其余位置呈非线性分布。流量相等，阴影面积相
23、等。,液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度h之间的关系。,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,先分析平行板的情况。下板静止，上板以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时，液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。,如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷，当上板运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进
24、油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。,9.6.2 油楔承载机理、形成动压油膜的条件,两平形板之间不能形成压力油膜！,动压油膜因运动而产生的压力油膜。,作者：朱理,形成动压油膜的必要条件：,1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；,2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。,作者：
25、朱理,9.6.3 径向滑动轴承动压油膜的形成过程,潘存云教授研制,轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间 隙是公差形成的,轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方 向，合力为零,轴颈最终的平衡位置可用a和偏心距e来表示,轴承工作能力取决于hlim，它与、和F等有关，应保证 hlimh,Fy=F Fx 0,Fy=F Fx=0,静止,爬升,将轴起抬转速继续升高,稳定运转达到工作转速,e 偏心距,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,油膜压力沿轴向的分布理论分布曲线水平直线，各处压力一样；,实际分布曲线抛物线,且曲线形状与轴承的宽径比B/d有关。,B/d=1/4,B/d=1/3,
26、B/d=1/2,B/d=1,B/d=,作者：朱理,9.7其它形式滑动轴承简介,9.7.1 无润滑轴承 又称干摩擦轴承,无润滑轴承 工作时外界不提供润滑剂。,自润滑轴承 轴承材料本身就是固体润滑剂，或轴瓦内含有润滑剂。,轴承材料及轴径材料,轴承材料为降低磨损，常用工程塑料和碳石墨；,轴径材料为防止锈蚀或降低摩擦系数，常用不锈钢、碳钢镀硬铬，使轴承和轴径两者表面硬度差加大。,作者：朱理,（2）轴瓦厚度 对于完全塑料的轴瓦，=d/(1220),以金属轴瓦作瓦背时，可适当减薄。,（4）表面粗糙度 Ra=0.20.4m。,轴承承载能力,失效形式主要是磨损，设计条件是：,p p 以及 pv pv,（3）直
27、径间隙 0.05d，且不小于 0.1 mm。,主要设计参数,（1）宽径比：B/d=0.351.5,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,将轴瓦内孔做成特殊形状，以产生多个动压油膜，提高轴承的工作稳定性和旋转精度。,椭圆轴承,特点：形成两个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗加 大、供油量增大、承载能力降低。矢量之合,三油楔轴承,特点：形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。摩擦损耗加大、承载能力降低，制造困难。,固定式,可倾式,制造时两半之间加垫片，镗出圆孔，使用时拆去垫片即可。,9.7.2 多油楔轴承,作者：朱理,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,9.7.3 液体静压轴承,
28、工作原理：依靠供油装置，将高压油压入轴承间隙中，强制形成油膜。,特点：静压轴承载任何工况下都能胜任工作。,常用节流器,关键器件：节流器,节流器作用：根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。,作者：朱理,9.7.4 空气轴承,空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7润滑油的1/4000，摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。,空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。分静压和动压两种。,气膜厚度 20 m,制造精度高,严格过滤,优点:(1)不随温度变化，可用于高温或低温；,(2)没有油污染的危险；,(3)回转精度高，运行噪音低。,缺点：承载能力不大，密封困难。,作者：朱理,滚动轴承与滑动轴承性能对照,作者：朱理,作者：朱理,作业：Page259 9.2。,2.不完全液体润滑轴承的设计计算;,3.形成液体动压润滑的条件;,4.径向液体润滑轴承油膜的形成。,重点：1.滑动轴承的类型及特点；,
