机械设计原理课件：第15章滑动轴承.ppt

1、中南大学专用 作者： 潘存云教授 第第15章章 滑动轴承滑动轴承15-1 摩擦状态摩擦状态15-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式15-3 轴瓦及轴承衬材料轴瓦及轴承衬材料15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算非液体摩擦滑动轴承的计算15-4 润滑剂和润滑装置润滑剂和润滑装置15-6 动压润滑的基本原理动压润滑的基本原理15-8 静压轴承与空气轴承简介静压轴承与空气轴承简介15-7 液体动压多油楔轴承简介液体动压多油楔轴承简介中南大学专用 作者： 潘存云教授 1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损）减少转轴与支承之

2、间的摩擦和磨损分类：分类：滚动轴承滚动轴承轴承的功用：轴承的功用：滑动轴承滑动轴承应用实例：应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。滑动轴承。优点多，应用广优点多，应用广用于高速、高精度、重载、结用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。构上要求剖分等场合。中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云1. 干摩擦干摩擦 固体表面直接接触，因而固体表面直接接触，因而 不用许出现干摩擦！不用许出现干摩擦！2. 边界摩擦边界摩擦

3、15-1 摩擦状态摩擦状态 功耗功耗 磨损磨损 温度温度 烧毁轴瓦烧毁轴瓦 运动副表面有一层厚度运动副表面有一层厚度1 m的薄油的薄油膜，不足以将两金属表面分开，其表膜，不足以将两金属表面分开，其表面微观高峰部分仍将相互搓削。面微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻比干摩擦的磨损轻，f 0.1 0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开，有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。彼此不直接接触。3. 液体摩擦液体摩擦摩擦和磨损极轻摩擦和磨损极轻，f 0.001 0.01 vv v中南大学专用 作者： 潘存云教授 fn/p o在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。在一般机器中，处于以上

4、三种情况的混合状态。边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦液体摩擦液体摩擦摩擦特性曲线摩擦特性曲线称无量纲参数称无量纲参数n/p为轴承为轴承特性数。特性数。 -动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数 中南大学专用 作者： 潘存云教授 一、一、 向心滑动轴承向心滑动轴承组成：组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。15-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式整体式向心滑动轴承整体式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承榫口榫口螺纹孔螺纹孔轴承座轴承座轴承轴承轴承座轴承座轴承盖轴承盖联接螺栓联接螺栓剖分轴瓦剖分轴瓦中南大学专用 作者： 潘存云教授 薄壁轴瓦薄壁轴瓦轴

5、瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。布在整个轴径上。进油孔进油孔油沟油沟F厚壁轴瓦厚壁轴瓦整体轴套整体轴套卷制轴套卷制轴套中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。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。于形成动压油膜，又起冷却作用。45 油沟形式油沟形式 宽径比宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。轴瓦宽度与轴径直

6、径之比。重要参数液体润滑摩擦的滑动轴承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非液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.81.5 Bd中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云作用：作用：用来承受轴向载荷用来承受轴向载荷 二、二、 推力滑动轴承推力滑动轴承 结构特点：结构特点： 在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。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。其数量一般为一般为612。-倾角固定，顶部预留平台倾角固定，顶部预留平台， 类型类型固定式固定式可倾式可倾式用来承受停车后的载

7、荷。-倾角随载荷、转速自行倾角随载荷、转速自行 调整，性能好。调整，性能好。 FF巴氏合金巴氏合金绕此边线自绕此边线自行倾斜行倾斜设计：潘存云F中南大学专用 作者： 潘存云教授 材料要求：材料要求：15-3 轴瓦及轴承衬材料轴瓦及轴承衬材料1）摩擦系数小；）摩擦系数小；2）导热性好，热膨胀系数小；）导热性好，热膨胀系数小；3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；4）有足够的机械强度和塑性。）有足够的机械强度和塑性。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。工程上常用浇铸或压合的方法将两种不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

8、取长补短。同的金属组合在一起，性能上取长补短。轴承衬轴承衬一、轴承合金（白合金、巴氏合金）一、轴承合金（白合金、巴氏合金）1）锡锑轴承合金）锡锑轴承合金优点：优点： f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐小，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、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。重载的轴承。中南大学专用 作者： 潘存云教授 2）青铜）青铜缺点：缺点：价格贵、机械强度较差；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。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：工作温度：t120 由于

9、巴式合金熔点低优点：优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性 都优于轴承合金。工作温度高达都优于轴承合金。工作温度高达250 。缺点：缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。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。铸铁轴瓦上。铝青铜铝青铜铅青铜铅青铜锡青铜锡青铜 中速重载中速重载中速中载中速中载低速重载低速重载中南大学专用 作者： 潘存云教授 3）具有特殊性能的轴承材料）具有特殊性能的轴承材料含油轴承：含油轴承： 用粉末冶金法制作的

10、轴承，具有多孔组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。织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。橡胶轴承：橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平具有较大的弹性，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。机等有泥沙的场合。塑料轴承：塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、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。耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。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

11、起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。铸铁：铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。用于不重要、低速轻载轴承。缺点：缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此导热性差、膨胀系数大、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。缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。中南大学专用 作者： 潘存云教授 表表15-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料及其代号材料及其代号铸锡锑轴承合金铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6铸铅锑轴承合金铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5铸铝青铜铸铝

12、青铜ZCuAl10Fe3pMpapvMpa.m/s平稳平稳冲击冲击25202015HBS金属型金属型 砂型砂型最高工作最高工作温度温度轴径硬度轴径硬度150150HBSHBS150150HBSHBS4545HBCHBC4545HBCHBC4545HBCHBC150150150150280280280280280280272730309090808065656060110110100100151515158 815151010151515151212中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云15-4 润滑剂和润滑装置润滑剂和润滑装置一、一、 润滑剂润滑剂作用：作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷

13、却、吸振、防锈等。降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类分类液体液体润滑剂润滑剂-润滑油润滑油半固体半固体润滑剂润滑剂-润滑脂润滑脂固体固体润滑剂润滑剂1. 润滑油润滑油在用的大部分润滑油为矿物油（石油）粘度粘度-重要参数重要参数 在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。液体层与层之间摩擦切应力：液体层与层之间摩擦切应力：=dudy- 牛顿液体流动定律牛顿液体流动定律

14、 -液体的液体的动力粘度，动力粘度，简称简称粘度粘度量纲：量纲：力力时间时间/ /长度长度2单位：单位：N s /m/m2 (Pa s s)或泊：或泊：1P=1 dyn s /cm/cm2 运动粘度：运动粘度： = 单位：单位： m m2 / / s 或斯或斯St：cmcm2 / /s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt实验结果：实验结果： oxyydydu分析位置y处薄层的受力 AB我国石油产品是用运动粘度标定的 中南大学专用 作者： 潘存云教授 表表15-2 常用常用润滑油的主要性质常用常用润滑油的主要性质名名 称称全损耗全损耗系统用油系统用油GB443-89

15、汽轮机油汽轮机油GB11120-89代代 号号40 的粘度的粘度mm2/sL- -AN7 6.127.48 - -10 110凝点凝点 C闪点闪点(开式开式) C用于高速底负荷机械、用于高速底负荷机械、精密机床、纺织纱锭的精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。润滑和冷却。普通机床的液压油。普通机床的液压油。用于一般滑动轴承、用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑齿轮、蜗轮的润滑用于重型机床导轨、用于重型机床导轨、矿山机械的润滑。矿山机械的润滑。用于汽轮机、发电机等用于汽轮机、发电机等高速高负荷轴承和各种高速高负荷轴承和各种小型液体润滑轴承小型液体润滑轴承L-AN100 90110 0 210L- -AN

16、10 9.011.0 - -10 125L- -AN15 13.516.5 - -10 165L- -AN32 28.832.2 - -10 170L- -AN46 41.450.6 - -10 180L- -AN68 61.274.8 - -10 190L-TSA32 28.835.2- -7 180L-TSA46 41.450.6主要用途主要用途中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 90902.2.

17、 润滑脂润滑脂润滑油的特性：润滑油的特性：1）温度）温度 t 2）压力）压力p 选用原则：选用原则：1) 载荷大、温度高的轴承，载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；宜选用粘度大的油；2) 载荷小、转速高的轴承，载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；宜选用粘度小的油；-润滑油与各种稠化剂润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。皂）混合稠化而成。优点：优点：密封简单、不需要经密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度常添加、不易流失；对速度和温度不敏感，适用范围广。和温度不敏感，适用范围广。 但但p 350 才开始氧化，才开始氧化， 可在水中工作。可在

18、水中工作。-摩擦系数低，使用温度范围广摩擦系数低，使用温度范围广 (- -60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系数低，只有石墨的一半。摩擦系数低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.调和在润滑油中；调和在润滑油中；2.2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；3.3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。混入金属或塑料粉末中烧结成型。其应用日渐广泛中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云二、润滑装置二、润滑装置1. 油杯油杯 针阀针阀式油式油杯杯旋盖式油杯旋盖式油杯 脂用压注式油杯压注式油杯弹簧弹簧盖油盖油杯杯中南大学

19、专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云2. 油环油环 中南大学专用 作者： 潘存云教授 一、一、 向心轴承向心轴承在在油、脂油、脂中加入少量中加入少量石墨石墨或或二流化钼二流化钼粉末，形成边界粉末，形成边界油膜，填平粗糙表面而减少磨损。不能完全排除磨损。油膜，填平粗糙表面而减少磨损。不能完全排除磨损。1. 轴承的压强轴承的压强pF-径向载荷，径向载荷，B-轴瓦宽度，轴瓦宽度，d-轴径，轴径，p-许用压强。许用压强。15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算非液体摩擦滑动轴承的计算限制轴承压强p，以保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴瓦产生过渡的磨损。 p= pFBd表表15-1 常用轴

20、瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料及其代号材料及其代号铸锡锑轴承合金铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6铸铅锑轴承合金铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5pMpapvMpa.m/s平稳平稳冲击冲击25202015HBS金属型金属型 砂型砂型最高工作最高工作温度温度轴径硬度轴径硬度150150HBSHBS150150HBSHBS4545HBCHBC4545HBCHBC150150150150280280280280272730309090808065656060151515158 81010151515

21、15中南大学专用 作者： 潘存云教授 2. 轴承的轴承的pv值值 压强限制p以保证润滑剂不被挤出n-转速，转速，pv-许用值。许用值。 pv = FBddn60 1000pvpv与功耗成正比，它表征了轴承的发热因素，pv越大，温升越高，越容易引起油膜的破裂二、二、 推力轴承推力轴承 z-轴环数轴环数, pvm=pvzddFp)(42122p考虑承载的不均匀性，考虑承载的不均匀性， p、pv应降低应降低2040%Fd1d2Fd1d2中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云一、动压润滑的形成和原理和条件一、动压润滑的形成和原理和条件15-6 动压润滑的基本原理动压润滑的基本原理F

22、FF设计：潘存云F先分析平行板的情况。板B静止，板A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。两平形板之间不能形成压力油膜！两平形板之间不能形成压力油膜！ v vvh1aah2cc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， 当板A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

23、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。动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。 v vvh0bbF中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云F形成动压油膜的必要条件：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；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；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。其运动芳方向必两工件表面必须有相对滑动速

24、度。其运动芳方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0向心轴承动压油膜的形成过程：向心轴承动压油膜的形成过程：静止静止 爬升爬升 将轴起抬将轴起抬转速继续升高质心质心左移左移稳定运转稳定运转达到工作转速e -偏心距偏心距设计：潘存云e中南大学专用 作者： 潘存云教授 B二、流体动压润滑的基本方程二、流体动压润滑的基本方程假设条件：假设条件：1.Z向无限长，润滑油在向无限长，润滑油在Z向没有流动；向没有流动；2.压力压力 p 不随不随 y 值的大小而变化；值的大小而变化；3.润滑油粘度润滑油粘度 不随压力

25、而变化；不随压力而变化；4.润滑油处于层流状态。润滑油处于层流状态。取微单元进行受力分析取微单元进行受力分析: +dp+dppAxzypdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：=dxdpd2ud y2得：得：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。对对y积分得：积分得：u= y2+C1y+C2 21dxdp边界条件：边界条件：当当y=0时，时，u=- -v C2 = - -v当当y=h时，时，u=0 0 C1= h +h +21dxdphv中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存

26、云vvFaaccxzy代入得：代入得： u= (y2- - hy) +21dxdpv vhy- -h212130hvhdxdpudyqhx任意截面内的流量：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021vhqxb- -b截面内的流量：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：=6vdxdph0- -hh3得：得：- 一维雷诺方程一维雷诺方程由上式可得压力分布曲线由上式可得压力分布曲线: p=f(x)在在b-b处：处：h=h0， p=pmax速度梯度速度梯度du/dy呈线性分布，其余呈线性分布，其余

27、位置呈非线性分布。位置呈非线性分布。流量相等，阴影面积相等。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。pmaxxph0bb中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云15-7 液体动压多油楔轴承简介液体动压多油楔轴承简介 将轴瓦内孔做成特殊形状，以产生多个动压油膜，提将轴瓦内孔做成特殊形状，以产生多个动压油膜，提高轴承的高轴承的工作稳定性工作稳定性和和旋转精度旋转精度。一、椭圆轴承一、椭圆轴承 特点：特点：形成两个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗加形成两个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗加 大、供油量增大、承载能力

28、降低。大、供油量增大、承载能力降低。矢量之合二、三油楔轴承二、三油楔轴承特点：特点：形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。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。摩擦损耗加大、承载能力降低，制造困难。固定式固定式可倾式可倾式F FO O1 1O O3 3O O2 2F FO O1 1O O2 2制造时两半之间加垫片，镗出圆孔，使用时拆去垫片即可。设计：潘存云中南大学专用 作者： 潘存云教授 设计：潘存云设计：潘存云节节流流器器节流器节流器D15-8 静压轴承与空气轴承简介静压轴承与空气轴承简介一、一、静压轴承静压轴承工作原理：工作原理：依靠供依靠供

29、油装置，将高压油油装置，将高压油压入轴承间隙中，压入轴承间隙中，强制形成油膜。强制形成油膜。特点：特点：静压轴承静压轴承载任何工况下都载任何工况下都能胜任工作。能胜任工作。d0d0常用节流器常用节流器关键器件：关键器件：节流器节流器节流器作用：节流器作用：根据外载荷根据外载荷的变化自动调节各油腔内的变化自动调节各油腔内的压力。的压力。油台油台 起密封作用 中南大学专用 作者： 潘存云教授 二、空气轴承二、空气轴承空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7润滑油润滑油的的1/4000， 摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万

30、转的超高速轴承。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。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。分静压和动压两种。气膜厚度气膜厚度-20 m制造精度制造精度 严格过滤严格过滤 优点：优点：1)不随温度变化，可用于高温或低温；不随温度变化，可用于高温或低温；2)没有油污染的危险；没有油污染的危险； 3)回转精度高，运行噪音低。回转精度高，运行噪音低。 缺点：缺点：承载能力不大，密封困难。承载能力不大，密封困难。中南大学专用 作者： 潘存云教授 本本 章章 要要 求求 (1) (1) 了解滑动轴承的润滑与摩擦状态。了解滑动轴承的润滑与摩擦状态。 (2) (2) 熟悉滑动轴承的主要结构型式、轴瓦及轴承材料熟悉滑动轴承的主要结构型式、轴瓦及轴承材料。 (3) (3) 了解润滑剂和润滑装置。了解润滑剂和润滑装置。