机械设计之结构设计PPT 第三章 摩擦学设计
合集下载
机械设计精品课件 摩擦
其它
（4）注意控制摩擦副的工作条件 （5）合理的结构设计： 在结构设计中，可以应用置换原理，即 允许系统中一个零件磨损以保护另一个更重要的零件。 （6）润滑：合理选择润滑剂及添加剂，适当选用高粘度的润滑 油、在润滑油中使用极压添加剂或采用固体润滑剂，可以提高耐 疲劳磨损的能力。 （7）合理采用过滤与密封技术
摩 擦2
摩
擦
对于大多数金属，按上式计算的摩擦系数相差甚小，约为0.2。 但是这个结论不完全符合实际。 修正的粘着理论认为： 在摩擦情况下，轮廓峰接触区除作用有法向力外，还作用有一切 向力，实际接触面积的增大是由于法向载荷和切向载荷联合作用 的结果。也就是说，接触点发生屈服，是由法向载荷引起的压应 力和切向载荷引起的切应力的合成应力共同作用引起。切应力使 粘结点产生进一步的塑性流动，使接触面积增加，粘着结点增长， 因而出现大的摩擦系数。
润滑油的主要性质
润
三 润滑油的主要性能指标 粘度、油性、闪点和燃点、倾点、其它
滑
1 粘度：是表示油液内部相对运动时产生内摩擦阻力大小的性能 指标。 （粘度是选择润滑油的主要依据）。
粘度的物理意义： 两个平行的平板之间充满 润滑油，B 板静止，A 板以速度
O
υ
y
dy
A
du
x
u
υ 运动，各油层的速度呈直线
F f = F分子 + F机械 = α ⋅ Ar + β ⋅ Fn
粘着理论：（20世纪40年代） 两固体表面在法向力的作用下，微 凸体尖端接触，摩擦副真实接触面积 很小 ，接触面上接触点处压力很大 ， 接触点塑性变形后，接触表面的脏污 膜遭破坏，容易使基本金属产生粘着 现象而产生冷焊结点。在接触面相对 滑动时，这些冷焊结点被剪切。摩擦 过程就是粘着和滑动交替进行的跃动 过程，即粘滑过程。 在粘滑过程中，一方面要克服粘结 点的切向阻力 τ b Ar ， 还要克服软表面阻止硬表面上微凸体前进的梨沟力，（很小，可忽略） Ff τ FN µ= = b F f ≈ Arτ b = τ b FN σ sy σs 当忽略弹性材料的冷作硬化的影响时， 、 相接触的两种金属中较软 者的剪切强度极限和压缩屈服极限。
第3章摩擦学设计
（3）摩擦状态转化
仅依据润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑 状态，尚须与表面粗糙度进行对比，图3.2。 实际机械中的摩擦副，通常几种润滑状态会 同时存在--------混合润滑状态。
（4）摩擦状态的判断
① 通常用膜厚比来判断摩擦状态-测量困难，不便采用
hmin Ra1 Ra 2
2 2
hmin—两滑动粗糙表面间的最小公称油膜厚度；
介于1~3之间，因此该摩擦副处在混合润滑状态。
3.2.2 摩擦设计
内摩擦:发生在物质内部，阻碍分子间相对运动
流体分子间的摩擦
摩擦
静摩擦
外摩擦:发生在接触表面，阻碍相对滑动（趋势） 动摩擦 本课程讲述
F 定义：摩擦力与法向力的比值，即 f N
摩擦系数在静摩擦条件下是变化的。
1．摩擦系数
一般与摩擦副材质有关，通常从试验中得到。
3 s
dV W 或磨粒磨损的式 ka ds H
对稳定的一维磨损，高度h的磨损率为常数，即:
dh 常数 dt
再通过对时间的积分可以得到对应时间下的磨 损的高度h。
2．磨损设计准则
（1）要求轴承表面的平均压强不大于材料的 许用压强，以避免材料过载，即 p p （2）要求轴承的摩擦功耗不大于材料的许用 值，以防止表面温升过高产生胶合，即 pv pv （3）要求表面的相对速度不大于材料的许用 值，以防止轴承表面严重磨损，即
磨损
粘着磨损
根据磨损机理
磨粒磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 气蚀磨损 微动磨损
1．磨损计算 （1）粘着磨损—金属摩擦副之间最普遍的一种
定义：当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点处发 生“冷焊”后，在相对滑动时，材料从一个表面迁 移 到另一个表面，便形成了粘着磨损。 粘着磨损计算根据如图3.8所示的模型求得。 dV W
《机械设计》第三节-摩擦-磨损-润滑PPT课件
润滑油压分布
v1
v2
R2
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
节流间隙 (油膜厚度)
3、流体静力润滑
油腔 节流器
(补偿元件) 油泵
油箱
§3—2 磨损
一、典型的磨损过程
1、磨合磨损过程
磨合磨 损阶段
I
稳定磨损阶段
II
剧烈磨损阶段
III
磨损量q q
在一定载荷作用下形成
一个稳定的表面粗糙度，
且在以后过程中，此粗糙
第三章 磨擦、磨损及润滑
摩擦学（Tribology） §3—1 摩擦
摩擦力：在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有相对 运动趋势时在摩擦表面上所产生的切向力（静摩擦，动摩擦）
摩擦 ： 1 要求摩擦阻力小，功耗少；减磨材料。 2要求摩擦阻力大，传递动力；耐磨材料。
金属摩擦副的滑动摩擦： 干摩擦—最不利
1）粘度点和燃点 5）极压性能 6）氧化稳定性
2、润滑脂（半固体润滑剂）
性能指标： 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂
1）针入度
2）滴点
3）安定性
3、固体润滑剂 石墨、二硫化钼、氮化硼 、蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂
4、气体润滑剂
5、添加剂
二、粘性定律与润滑油的粘度
1、牛顿粘性定律 F u
A
y
η——流体的动力粘度
u=v
A
O
u
F =1N x
1
y
u=0
B
2、粘度常用单位 （1）动力粘度η(P 泊)
F =1N
v=1m/s
1m
1m
单位：N·s/m2（Pa ·S）
1m
（2）运动粘度v
v1
v2
R2
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
节流间隙 (油膜厚度)
3、流体静力润滑
油腔 节流器
(补偿元件) 油泵
油箱
§3—2 磨损
一、典型的磨损过程
1、磨合磨损过程
磨合磨 损阶段
I
稳定磨损阶段
II
剧烈磨损阶段
III
磨损量q q
在一定载荷作用下形成
一个稳定的表面粗糙度，
且在以后过程中，此粗糙
第三章 磨擦、磨损及润滑
摩擦学（Tribology） §3—1 摩擦
摩擦力：在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有相对 运动趋势时在摩擦表面上所产生的切向力（静摩擦，动摩擦）
摩擦 ： 1 要求摩擦阻力小，功耗少；减磨材料。 2要求摩擦阻力大，传递动力；耐磨材料。
金属摩擦副的滑动摩擦： 干摩擦—最不利
1）粘度点和燃点 5）极压性能 6）氧化稳定性
2、润滑脂（半固体润滑剂）
性能指标： 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂
1）针入度
2）滴点
3）安定性
3、固体润滑剂 石墨、二硫化钼、氮化硼 、蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂
4、气体润滑剂
5、添加剂
二、粘性定律与润滑油的粘度
1、牛顿粘性定律 F u
A
y
η——流体的动力粘度
u=v
A
O
u
F =1N x
1
y
u=0
B
2、粘度常用单位 （1）动力粘度η(P 泊)
F =1N
v=1m/s
1m
1m
单位：N·s/m2（Pa ·S）
1m
（2）运动粘度v
机械设计----摩擦
第三章 磨擦、磨损及润滑（一）教学要求掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程和机理及润滑的类型及润滑剂类型。
（二）教学的重点与难点摩擦副基本性质和典型磨损过程（三）教学内容§3—1 摩擦摩擦——两接触的物体在接触表面间相对滑动或有一趋势时产生阻碍其发生相对滑动的切向阻力，——这种现角叫磨擦磨损——由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。
使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏润滑——减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。
摩擦学（Tribology ）——包含力学、流变学、表面物理、表面化学及材料学、工程热物理学等学科，是一门边缘和交叉学科。
摩擦 内摩擦——发生在物质内部外摩擦——两个相互接触表面之间的摩擦接运动状态——摩擦 静摩擦——仅有相对滑动趋势时的摩擦动摩擦本节只讨论金属摩擦副的滑动摩擦根据摩擦面间存在润滑剂的状况，干摩擦 ——最不利滑动摩擦 边界摩擦（边界润滑） ——最低要求流体摩擦（流体润滑） ——如图3-1所示混合摩擦（混合润滑） ——最理想各种状态下的摩擦系数见表3-1，图3-2为摩擦特性曲线p v f /ηλ=-的关系。
一、干摩擦——两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦而实际上，即使很洁净的表面上也存在脏污膜和的氧化膜，∴实际f 比在真空中测定值小很多。
摩擦理论：①库仑公式 n f fF F =（n F —法向力）——至今沿用机理：②机械摩擦理论→认为两个粗糙表面接触时，接触点相互啮合，摩擦力为啮合点问切向阻力的总和，表面越粗糙，摩擦力就越大。
但不能解释光滑表面间的摩擦现象——表面愈光滑、接触面越大，f F 越大，且与滑动速度V 有关。
③新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论—常用简单粘着理论：如图3-3所示，摩擦副真实接触面积Ar 只有表现接触面积A 的百分之一和万分之一，)10000~100/(A Ar =，∴接触面上压力很大，很容易达到材料的压缩屈服极限sy σ→产生塑性流动→接触面↑，∴n F ↑应力并不升高 ∴sy nF Ar σ= （3-1）接触点塑性变形后→脏污膜遭破坏，容易使基本金属产生粘着现象→产生冷焊结点→滑动时，先将结点切开，设结点的剪切强度极限为B τ，则摩擦力为B sy nB r f F A F τστ== （3-2） ∴金属摩擦系数syB n fF F f στ== （3-3） B τ 两接触金属中较软者的剪切强度——剪切发生在软金属站界面的剪切强度极限B f f B ττττ<<=,（脏污表面）——剪切发生在结点金属上 sy σ——较硬的基本材料的压缩屈服极限∵大多数金属sy B στ/很相近，∴f 很相近∴降低摩擦系数的措施：在硬金属基体表面涂覆一层极薄的软金属（使）sy σ取决于基体材料，B τ取决于软金属。
机械设计摩擦磨损和润滑ppt课件
• 积极作用：驱动(摩擦轮、无级变速）
缓冲，如宇航员座椅； 自锁，如钉子等
16
一、摩擦
摩擦
内摩擦
流体内部产 生的粘剪力
外摩擦
存在于两物 体表面之间
17
• 按照两表面的润滑状况，摩擦分为： 1）干摩擦----无润滑状态 2）边界摩擦——边界润滑状态 3）流体摩擦——流体润滑状态 4）混合摩擦——混合润滑状态
当原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，此处电子云重 叠，外加一电压（2mV~2V），针尖与样品之间产生隧道效应而有电子 逸出，形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的距离有函数关系，当 探针沿物质表面按给定高度扫描时，因样品表面原子凹凸不平，使探针 与物质表面间的距离不断发生改变，从而引起电流不断发生改变。将电 流的这种改变图像化即可显示出原子水平的凹凸形态。
6
摩擦学的发展历史
人们了解摩擦学的相关知识要早于历史记录时间
钻木取火 碾谷物的石辊使用的轴承 古代的战车
7
摩擦学的发展历史 达芬奇
最早提出了摩擦因数的概念，认为摩擦因数是摩擦力与 正压力之比。
8
阿孟顿的研究
图中D为一螺旋弹簧，C是一弹簧片，用来施加压力。从 弹簧D的伸长，可以计算出作水平运动所需的力。
5
摩擦学的发展历史 摩擦学 Tribology
最早出现在1966年，来源于古希腊语 tribos 摩擦学是分析和解决装备中磨损、可靠性和维修的一
门科学。 国际摩擦学理事会 (International Tribology Council)，
各国摩擦学学术团体联合组成的国际性学术组织，缩 写ITC。1973年成立。现有35个会员国，中国机械工 程学会代表中国参加。总部设在英国伦敦。
缓冲，如宇航员座椅； 自锁，如钉子等
16
一、摩擦
摩擦
内摩擦
流体内部产 生的粘剪力
外摩擦
存在于两物 体表面之间
17
• 按照两表面的润滑状况，摩擦分为： 1）干摩擦----无润滑状态 2）边界摩擦——边界润滑状态 3）流体摩擦——流体润滑状态 4）混合摩擦——混合润滑状态
当原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，此处电子云重 叠，外加一电压（2mV~2V），针尖与样品之间产生隧道效应而有电子 逸出，形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的距离有函数关系，当 探针沿物质表面按给定高度扫描时，因样品表面原子凹凸不平，使探针 与物质表面间的距离不断发生改变，从而引起电流不断发生改变。将电 流的这种改变图像化即可显示出原子水平的凹凸形态。
6
摩擦学的发展历史
人们了解摩擦学的相关知识要早于历史记录时间
钻木取火 碾谷物的石辊使用的轴承 古代的战车
7
摩擦学的发展历史 达芬奇
最早提出了摩擦因数的概念，认为摩擦因数是摩擦力与 正压力之比。
8
阿孟顿的研究
图中D为一螺旋弹簧，C是一弹簧片，用来施加压力。从 弹簧D的伸长，可以计算出作水平运动所需的力。
5
摩擦学的发展历史 摩擦学 Tribology
最早出现在1966年，来源于古希腊语 tribos 摩擦学是分析和解决装备中磨损、可靠性和维修的一
门科学。 国际摩擦学理事会 (International Tribology Council)，
各国摩擦学学术团体联合组成的国际性学术组织，缩 写ITC。1973年成立。现有35个会员国，中国机械工 程学会代表中国参加。总部设在英国伦敦。
理论力学教学PPT摩擦教学课件PPT
4
（2）临界平衡状态：
FS
Fmax
Fmax ：最大静摩擦力
静摩 擦力有一个范围：0 Fs Fmax
Fmax
有限约束力
实验表明：Fm
的大小与接触面上法向反力
ax
FN
的大小成正比，方向与物体相对滑动趋势的方向相反.
P
Fmax
A
FN
Fmax = fs FN f s ----- 静摩擦系数
静滑动摩擦定律 T
49.61N m MC 70.39 N m
40
例5-14 已知： 力 P 角 ，不计自重的 A , B 块间的
静摩擦系数为 f s ，其它接触处光滑；
求：使系统保持平衡的力 F的值.
41
解： 取整体 Fy 0 FNA P 0 FNA P
设力 F小于 F1时，楔块 A 向右运动， 取楔块 A ，F1 FNA tan( ) P tan( )
解得 Fs 866 N FN 4500 N d 0.171m
而 Fmax fs FN 1800 N
因 Fs Fmax , 木箱不会滑动；
又 d 0 , 木箱无翻倒趋势.
木箱平衡
（2）设木箱将要滑动时拉力为 F1 Fx 0 Fs F1 cos 0 Fy 0 FN P F1 sin 0
画两杆受力图.
(a)
(b)
38
对图 (a) ， M A 0 FN1 AB M A 0
对图 (b) ， M C 0 M C1 FN1 l sin 60o Fs1 l cos 60o 0 又 Fs1 Fs1 fs FN1 fs FN1
解得 MC1 70.39N m
设 M C M C2 时，系统有顺时针方向转动趋势，
第三章_摩擦学设计
现代设计方法 ——摩擦学设计
周天茹
1 摩擦学 2 摩擦 3 磨损 4 润滑 5 摩擦学设计
1 摩擦学
摩擦学是二十世纪六十年代逐渐形成的一门新兴边缘学科。 摩擦学—Tribology:是希腊语tribod派生而来的。 定义：摩擦学是研究相对运动的相互作用表面及其有关 理论与实践的一门科学技术。 定义中着重强调了“相对运动”和“相互作用”。通俗 来说，摩擦学就是研究相互作用表面在相对运动中过程发生 的摩擦、磨损、润滑现象的一门科学与技术，是摩擦、磨损、 润滑及其有关的实践活动的总称。 实践表明，作相对运动的接触表面在摩擦过程中，将产 生一系列的物理、化学、冶金学、力学等方面的变化，要研 究这一过程和变化，必将涉及数学、物理、化学、力学、冶 金学、机械工程、材料科学、石油化工等多种学科领域。因 而，摩擦学是一门理论性和实践性都很强、综合性边缘学科。
摩擦学设计是在产品完成了功能原理设计，或 说是完成方案设计之后，就必须进行地。一方 面是对产品系统进行设计；另一方面是对在摩 擦学性能方面起重要作用的所有零部件进行设 计，机械零件的摩擦学设计是在完成了运动学 设计和强度设计之后进行的。机械系统及其零 部件的摩擦学设计是其他任何设计方法所不能 替代的。
作如下描述。
摩擦学问题广泛存在于产品的制造过程和使用过程,特别 是在机械工业方面,摩擦学设计的好坏对一个产品的性能和 使用寿命有极大影响。据调查分析,30%的工业零件因摩擦 而损坏,主要原因是摩擦学设计方法还不能在工业生产中得 到很好的应用。目前,设计一个能经济可靠地实现运动、保 证功能的摩擦学系统,主要采用的摩擦学设计方法有: 磨料磨损计算方程、粘着磨损计算方程、胶合计算方程 IBM的零磨损、可测磨损的计算方法; 组合磨损计算方法; 以数值解为基础,考虑热效应的热弹流、考虑动态效应的非 稳态流、考虑润滑剂非牛顿性的流变弹流以及分析粗糙表面 的微观弹流等润滑理论与方法; 将各种实际因素全部纳入分析的普适性最高的润滑方程
周天茹
1 摩擦学 2 摩擦 3 磨损 4 润滑 5 摩擦学设计
1 摩擦学
摩擦学是二十世纪六十年代逐渐形成的一门新兴边缘学科。 摩擦学—Tribology:是希腊语tribod派生而来的。 定义：摩擦学是研究相对运动的相互作用表面及其有关 理论与实践的一门科学技术。 定义中着重强调了“相对运动”和“相互作用”。通俗 来说，摩擦学就是研究相互作用表面在相对运动中过程发生 的摩擦、磨损、润滑现象的一门科学与技术，是摩擦、磨损、 润滑及其有关的实践活动的总称。 实践表明，作相对运动的接触表面在摩擦过程中，将产 生一系列的物理、化学、冶金学、力学等方面的变化，要研 究这一过程和变化，必将涉及数学、物理、化学、力学、冶 金学、机械工程、材料科学、石油化工等多种学科领域。因 而，摩擦学是一门理论性和实践性都很强、综合性边缘学科。
摩擦学设计是在产品完成了功能原理设计，或 说是完成方案设计之后，就必须进行地。一方 面是对产品系统进行设计；另一方面是对在摩 擦学性能方面起重要作用的所有零部件进行设 计，机械零件的摩擦学设计是在完成了运动学 设计和强度设计之后进行的。机械系统及其零 部件的摩擦学设计是其他任何设计方法所不能 替代的。
作如下描述。
摩擦学问题广泛存在于产品的制造过程和使用过程,特别 是在机械工业方面,摩擦学设计的好坏对一个产品的性能和 使用寿命有极大影响。据调查分析,30%的工业零件因摩擦 而损坏,主要原因是摩擦学设计方法还不能在工业生产中得 到很好的应用。目前,设计一个能经济可靠地实现运动、保 证功能的摩擦学系统,主要采用的摩擦学设计方法有: 磨料磨损计算方程、粘着磨损计算方程、胶合计算方程 IBM的零磨损、可测磨损的计算方法; 组合磨损计算方法; 以数值解为基础,考虑热效应的热弹流、考虑动态效应的非 稳态流、考虑润滑剂非牛顿性的流变弹流以及分析粗糙表面 的微观弹流等润滑理论与方法; 将各种实际因素全部纳入分析的普适性最高的润滑方程
摩擦学ppt
对于尺寸在毫米以下甚至毫微米级范围的微 型机械，如可清除血管内壁沉积物的微型机器人 等，此时表面效应非常明显，摩擦则是重要的因 素之一。 在通讯卫星中，天线需要精确的定位机构和 展开机构，要求轴承扭矩在7—10年内不变，经过 107 次循环使用后精度不变，此时必须研制新型 润滑剂以减少微观尺度的摩擦力和磨损的变化。
纳米摩擦学研究方法
（1）现代表面分析方法 纳米摩擦学的实验广泛应用表面力仪 (SFA)和扫描探针技术．包括扫描隧道显微 镜 (STM)，原子力显微镜(AFM)和激光检 测摩擦力显微镜(FFM)。它们用于测量原 子尺度的表面形貌和表面微观动态力学行 为．在微磨损、微划痕、纳米磨损与超精 加工以及分子膜边界润滑等研究中发挥巨 大的作用。
2．表面形态与混合润滑理论
摩擦学现象发生在极薄的表面层， 因此对于摩擦表面形态的形成、变化 和作用的分析，将深化摩擦学机理研 究，并就改善使用性能寻求合理的表 面形态和工艺方法提供依据。研究内 容包括：表面形貌的表征及其摩擦学 效应，表面物理化学状态在摩擦、磨 损过程中的行为与变化等。
分析表明，工程中大多数摩擦表面是 处于混合润滑状态，即部分润滑膜与表面 粗糙峰点相接触同时存在。磨损的发生是 混合润滑状态的特性。 目前有关混合润滑的设计尚停留在半 经验阶段，因此建立工程适用的混合润滑 设计理论是当前急迫的任务。这一领域的 研究集中在：部分膜润滑和微观弹流润滑 理论，各类润滑膜的失效准则和润滑状态 转化过程，粗糙表面的接触分析与载荷分 配，混合润滑的模型化和定量化研究等。
3．磨损形成机理及其控制
研究目的在于了解磨损形成过程、变化及其影响因 素，从而寻求提高耐磨性和控制磨损的措施。工程中的 磨损现象多种多样，根据形成机理可归纳为：磨粒磨损、 粘着磨损、疲劳磨损、化学腐蚀磨损等基本类型。实际 机械中的磨损大多是几种磨损类型同时发生，因此磨损 研究必须强调针对性，即密切结合各种典型零件的具体 工况条件进行分析研究，在累积数据的基础上，建立磨 损机理以及抗磨损设计方法与对策． 实际零件的磨损经历着复杂的过程，涉及因素很多， 包括工况参数、材料与表面形态、润滑与环境介质的作 用等的影响。因此，磨损研究还应强调运用多学科的综 合研究和系统工程分析的方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一.失效形式
磨粒磨损与粘着磨损为主、多种失效形式并存的情况
二.设计准则
边界膜不遭破坏，维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在
三.径向滑动轴承的计算 四.推力滑动轴承的设计计算（自学）
中英文日报导航站
三.不完全液体润滑径向滑动轴承设计算典型问题
1.已知条件：轴颈的直径d（mm）； 轴转速n（r/min）； 轴承的径向外载荷F（N）。 2.设计的目的：确定轴承的材料与宽度B 1）验算轴承的平均压力p--防止磨损
§3-4液体动力润滑径向滑动轴承的 设计计算
一.径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程
（图3-12）
二.形成液体动力润滑的条件和基本方程 三.径向滑动轴承的几何参数 四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 五.轴承参数的选择
中英文日报导航站
二.流体膜压力分布的微分方程----雷诺方程
p F p Bd MPa
式（3-13）
2）验算轴承的pV值--限制温升
pv pv MPa m / s
式（3-14）
3）验算滑动速度V--防止磨损
v v
m/ s
p、 、 pv v
见表3-3
式（3-15）
中英文日报导航站
Bdpv 106 t Qc p sdB ( Q ) c s Bdv p v p 106 d s 2qv c p B v
流量系数，图3-17
( ) p 106
式(12-28)
为保证轴承的正常工作，一般要求等效温度不超过75℃。
五.轴承参数的选择
相对间隙 宽径比
表3-6、表3-7
(0.6 ~ 1.0) 4 v 103
式（3-36）
润滑油动力粘度
表3-8
中英文日报导航站
一组重要的调查数据
•全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉 •失效零件的80%是由于磨损造成的 •20世纪80年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个 行业的调查表明：由于磨粒磨损缩小好的备件用 钢材达到100万吨以上，如考虑停机等费用造成的 损失每年达到几亿元。
中英文日报导航站
3.形成液体动力润滑的条件 （图4-17）
1）润滑油要有一定的粘度，且其它条件不变时，粘度越高，承载能力越高。 2）两相对运动表面要有相当的相对滑动速度。 3）相对滑动表面形成收敛的油楔。 4）有充足的供油。
中英文日报导航站
三.径向滑动轴承的几何参数
1.直径间隙 D d 2.半径间隙 R r 3.相对间隙
摩擦学发展的重要历史阶段
•史前人类的钻木取火 •祖先们在春秋时代（公元前770~221年）对摩擦、磨损现象 有了一定的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润滑—— 诗经中相关的记载 •西晋时代张华所著《博物志》最早记载了人类使用矿物油做 润滑剂 •15世纪，意大利的列奥纳多· 达芬奇才开始把摩擦学引入理 论研究的途径 • 18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到20 世纪60年代摩擦学成 为一门独立的交叉学科 •应用及研究的领域不断扩大：机械、冶金、生物、地质、音 乐、体育等
1.假设条件：
1）忽略重力、磁力、惯性力的影响；
o 移动件 Uh x
2）流体在界面上无滑动，即贴于界面的油 层速度与界面速度相同；
3）沿油膜厚度方向上，不计油膜压力的变 化； p
y 0
z y
静止件
微元体受力分析
4）润滑油沿膜厚方向没有流动； 5）流体为牛顿流体； 6）润滑油流动为层流； 7）润滑油不可压缩。
§3-1 摩擦学基本知识
一.摩擦
定义 摩擦的类型：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦 摩擦状态的判定：表3-1、图3-2
二.磨损
定义 磨损的过程：图3-3 磨损的类型：
粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、摩擦化学磨损
改善摩擦副耐磨性能的措施
选择减磨材料、合理选择润滑剂和添加剂、控制易损件的工作条件
v y
V 0
中英文日报导航站
2.一维雷诺方程 根据层流运动的流体膜中一微元体的受力平衡、流量连续 的分析，并利用假设条件及必要的边界条件，可得到如下的流 体膜压力分布方程，即：一维雷诺方程。
最大压力处对应的油膜 p 6V 3 ( h h0 ) 厚度。 式（12-8） x h
hmin r (1 ) hmin
式（3-35）
hmin S (Rz1 Rz 2 )
安全系数 表3-5
式（3-34）
S2
中英文日报导航站
4.轴承热平衡计算
根据能量守恒：每秒产生的热量 H 带走热量 H1 H 2 达到热平衡时的润滑油温度差
中英文日报导航站
等效温度：
中等载荷和一切非稳 定载荷下：
t out t in te 2
式（3-32）
高速重载条件：
1 t e (t in 2t out ) 3
式（3-33）
入口油温tin一般为30~45°C
中英文日报导航站
d r
4.偏心距
空气 润滑油 油楔 油膜压力
e
5.偏心率
e
6.最小油膜厚度
7.偏位角
hmin e (1 ) r (1 )
8.任意位置的油膜厚度h
h (1 cos ) r (1 cos )
中英文日报导航站
S0
S0 ( , B ) d
F
其中：
F
2
Bd
图3-15
式（3-25）
S 0 Bd
2
为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度，N· 2 s/m 为轴颈的转速，rad/s B为轴承的宽度，m；d为轴颈的直径，m。
中英文日报导航站
2.轴承的摩擦力及摩擦功耗计算
轴瓦的形式和构造--整体铸造、对开式 油孔及油槽（p476，图15-27、15-28） 轴瓦的定位--保证轴瓦与轴承座之间无轴向、周向的
相对移动 （图15-28）
2.轴瓦的材料
选用原则 常用的轴瓦材料（p75，表3-3）
中英文日报导航站
§3-3 不完全液体润滑滑动轴承 设计计算
三.润滑
中英文日报导航站
§3-2 滑动轴承的结构与材料
一.滑动轴承的典型结构（p471-15.3.1）
整体式（图15-16）、剖分式（图15-17）
二.轴瓦的结构与材料
中英文日报导航站
二.轴瓦的结构与材料
1.轴瓦的结构
四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 1.轴承承载力计算 2.摩擦力及摩擦功耗的计算 3.轴承的最小油膜厚度 4.轴承的热平衡计算 5.工作能力计算的一般步骤
图3-18 数值计算机算方法见p81-82
中英文日报导航站
1.轴承的承载力计算
总承载量计算的无量纲参数----索氏数定义：
中英文日报导航站
第三章 摩擦学设计及其应用 ——滑动轴承设计
3-1摩擦学基本知识简介 § 3-2滑动轴承的结构与材料 § 3-3不完全液体润滑滑动轴承设计计算 § 3-4液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 小结：滑动轴承设计的内容
§
中英文日报导航站
定义：轴承的摩擦特性系数
图3-16
摩擦力： F F
摩擦功耗：
P F v F v
中英文日报导航站
3.轴承中的最小油膜厚度计算
轴承中的最小油膜厚度，不能无限制地减小。它受到轴颈与轴 承内表面的粗糙度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差等的影 响。
磨粒磨损与粘着磨损为主、多种失效形式并存的情况
二.设计准则
边界膜不遭破坏，维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在
三.径向滑动轴承的计算 四.推力滑动轴承的设计计算（自学）
中英文日报导航站
三.不完全液体润滑径向滑动轴承设计算典型问题
1.已知条件：轴颈的直径d（mm）； 轴转速n（r/min）； 轴承的径向外载荷F（N）。 2.设计的目的：确定轴承的材料与宽度B 1）验算轴承的平均压力p--防止磨损
§3-4液体动力润滑径向滑动轴承的 设计计算
一.径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程
（图3-12）
二.形成液体动力润滑的条件和基本方程 三.径向滑动轴承的几何参数 四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 五.轴承参数的选择
中英文日报导航站
二.流体膜压力分布的微分方程----雷诺方程
p F p Bd MPa
式（3-13）
2）验算轴承的pV值--限制温升
pv pv MPa m / s
式（3-14）
3）验算滑动速度V--防止磨损
v v
m/ s
p、 、 pv v
见表3-3
式（3-15）
中英文日报导航站
Bdpv 106 t Qc p sdB ( Q ) c s Bdv p v p 106 d s 2qv c p B v
流量系数，图3-17
( ) p 106
式(12-28)
为保证轴承的正常工作，一般要求等效温度不超过75℃。
五.轴承参数的选择
相对间隙 宽径比
表3-6、表3-7
(0.6 ~ 1.0) 4 v 103
式（3-36）
润滑油动力粘度
表3-8
中英文日报导航站
一组重要的调查数据
•全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉 •失效零件的80%是由于磨损造成的 •20世纪80年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个 行业的调查表明：由于磨粒磨损缩小好的备件用 钢材达到100万吨以上，如考虑停机等费用造成的 损失每年达到几亿元。
中英文日报导航站
3.形成液体动力润滑的条件 （图4-17）
1）润滑油要有一定的粘度，且其它条件不变时，粘度越高，承载能力越高。 2）两相对运动表面要有相当的相对滑动速度。 3）相对滑动表面形成收敛的油楔。 4）有充足的供油。
中英文日报导航站
三.径向滑动轴承的几何参数
1.直径间隙 D d 2.半径间隙 R r 3.相对间隙
摩擦学发展的重要历史阶段
•史前人类的钻木取火 •祖先们在春秋时代（公元前770~221年）对摩擦、磨损现象 有了一定的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润滑—— 诗经中相关的记载 •西晋时代张华所著《博物志》最早记载了人类使用矿物油做 润滑剂 •15世纪，意大利的列奥纳多· 达芬奇才开始把摩擦学引入理 论研究的途径 • 18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到20 世纪60年代摩擦学成 为一门独立的交叉学科 •应用及研究的领域不断扩大：机械、冶金、生物、地质、音 乐、体育等
1.假设条件：
1）忽略重力、磁力、惯性力的影响；
o 移动件 Uh x
2）流体在界面上无滑动，即贴于界面的油 层速度与界面速度相同；
3）沿油膜厚度方向上，不计油膜压力的变 化； p
y 0
z y
静止件
微元体受力分析
4）润滑油沿膜厚方向没有流动； 5）流体为牛顿流体； 6）润滑油流动为层流； 7）润滑油不可压缩。
§3-1 摩擦学基本知识
一.摩擦
定义 摩擦的类型：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦 摩擦状态的判定：表3-1、图3-2
二.磨损
定义 磨损的过程：图3-3 磨损的类型：
粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、摩擦化学磨损
改善摩擦副耐磨性能的措施
选择减磨材料、合理选择润滑剂和添加剂、控制易损件的工作条件
v y
V 0
中英文日报导航站
2.一维雷诺方程 根据层流运动的流体膜中一微元体的受力平衡、流量连续 的分析，并利用假设条件及必要的边界条件，可得到如下的流 体膜压力分布方程，即：一维雷诺方程。
最大压力处对应的油膜 p 6V 3 ( h h0 ) 厚度。 式（12-8） x h
hmin r (1 ) hmin
式（3-35）
hmin S (Rz1 Rz 2 )
安全系数 表3-5
式（3-34）
S2
中英文日报导航站
4.轴承热平衡计算
根据能量守恒：每秒产生的热量 H 带走热量 H1 H 2 达到热平衡时的润滑油温度差
中英文日报导航站
等效温度：
中等载荷和一切非稳 定载荷下：
t out t in te 2
式（3-32）
高速重载条件：
1 t e (t in 2t out ) 3
式（3-33）
入口油温tin一般为30~45°C
中英文日报导航站
d r
4.偏心距
空气 润滑油 油楔 油膜压力
e
5.偏心率
e
6.最小油膜厚度
7.偏位角
hmin e (1 ) r (1 )
8.任意位置的油膜厚度h
h (1 cos ) r (1 cos )
中英文日报导航站
S0
S0 ( , B ) d
F
其中：
F
2
Bd
图3-15
式（3-25）
S 0 Bd
2
为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度，N· 2 s/m 为轴颈的转速，rad/s B为轴承的宽度，m；d为轴颈的直径，m。
中英文日报导航站
2.轴承的摩擦力及摩擦功耗计算
轴瓦的形式和构造--整体铸造、对开式 油孔及油槽（p476，图15-27、15-28） 轴瓦的定位--保证轴瓦与轴承座之间无轴向、周向的
相对移动 （图15-28）
2.轴瓦的材料
选用原则 常用的轴瓦材料（p75，表3-3）
中英文日报导航站
§3-3 不完全液体润滑滑动轴承 设计计算
三.润滑
中英文日报导航站
§3-2 滑动轴承的结构与材料
一.滑动轴承的典型结构（p471-15.3.1）
整体式（图15-16）、剖分式（图15-17）
二.轴瓦的结构与材料
中英文日报导航站
二.轴瓦的结构与材料
1.轴瓦的结构
四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 1.轴承承载力计算 2.摩擦力及摩擦功耗的计算 3.轴承的最小油膜厚度 4.轴承的热平衡计算 5.工作能力计算的一般步骤
图3-18 数值计算机算方法见p81-82
中英文日报导航站
1.轴承的承载力计算
总承载量计算的无量纲参数----索氏数定义：
中英文日报导航站
第三章 摩擦学设计及其应用 ——滑动轴承设计
3-1摩擦学基本知识简介 § 3-2滑动轴承的结构与材料 § 3-3不完全液体润滑滑动轴承设计计算 § 3-4液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 小结：滑动轴承设计的内容
§
中英文日报导航站
定义：轴承的摩擦特性系数
图3-16
摩擦力： F F
摩擦功耗：
P F v F v
中英文日报导航站
3.轴承中的最小油膜厚度计算
轴承中的最小油膜厚度，不能无限制地减小。它受到轴颈与轴 承内表面的粗糙度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差等的影 响。