第七部分滑动轴承设计
《滑动轴承的设计》word文档
滑动轴承的设计§ 1 滑动轴承概述用于支撑旋转零件(转轴，心轴等)的装置通称为轴承。
按其承载方向的不同，轴承可分为：径向轴承Radial bearing：轴承上的反作用力与轴心线垂直的轴承称为径向轴承；推力轴承Thrust bearing：轴承上的反作用力与轴心线方向一致的轴承称为推力轴承。
按轴承工作时的摩擦性质不同，轴承可分为：滑动轴承和滚动轴承。
滑动轴承，根据其相对运动的两表面间油膜形成原理的不同，还可分为:流体动力润滑轴承(简称动压轴承)(Hydrodynamic lubrication)流体静力润滑轴承(简称静压轴承)(Hydrostatic lubrication)。
本章主要讨论动压轴承。
和滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力高、抗振性好，工作平稳可靠，噪声小，寿命长等优点，它广泛用于内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。
在动压轴承中，随着工作条件和润滑性能的变化，其滑动表面间的摩擦状态亦有所不同。
通常将其分为如下三种状态：1、完全液体摩擦完全液体摩擦状态(图8-1a)是指滑动轴承中相对滑动的两表面完全被润滑油膜所隔开，油膜有足够的厚度，消除了两摩擦表面的直接接触。
此时，只存在液体分子之间的摩擦，故摩擦系数很小(f =0.001～0.008)，显著地减少了摩擦和磨损。
2、边界摩擦当滑动轴承的两相对滑动表面有润滑油存在时，由于润滑油与摩擦表面的吸附作用，将在摩擦表面上形成一层极薄的边界油膜(图8-1b)，它能承受很高的压强而不破坏。
边界油膜的厚度比一微米还小，不足以将两摩擦表面分隔开，所以，相对滑动时，两摩擦表面微观的尖峰相遇就会把油膜划破，形成局部的金属直接接触，故这种状态称为边界摩擦状态。
一般而言，边界油膜可覆盖摩擦表面的大部分。
虽它不能像完全液体摩擦完全消除两摩擦表面间的直接接触，却可起着减轻磨损的作用。
这种状态的摩擦系数f =0.008～0.01。
3、干摩擦两摩擦表面间没有任何物质时的摩擦称为干摩擦状态(图8-1c)，在实际中，没有理想的干摩擦。
7章滑动轴承设计解析
查表 7-2
机械设计
第七章 滑动轴承设计－非液体摩擦滑动轴承
4Fa d m n [ pv] 推力滑动轴承: pvm 2 2 z (d d 0 )k 60 1000
vm－端面平均线速度
取 2~4
机械设计
第七章 滑动轴承设计－概述
▲凝点 — 反映润滑油的低温工作性能。 ▲闪点 — 反映润滑油高温下工作的安全性。
润滑油的选择原则：
根据粘度选择润滑油的牌号
● ● ● ● 载荷大—难以形成油膜， 速度高—摩擦力大， 工作温度高—粘度下降， 压强大—油易被挤出， 选粘度高的油 选粘度低的油 选粘度高的油 选粘度高的油
注意：润滑油的粘度并不是定值， 随温度和压力的变化而变化，温度的影响最大。
温度升高 粘度下降
粘－温曲线
国标规定，40℃时粘度的平 均值为该润滑油牌号的粘度。 压力升高 粘度上升
但压力对粘度的影响较小， 通常忽略不计。 ▲油性: 也称润滑性，表征油 中的极性分子对金属表面的吸 附性能。油性好则摩擦系数小。
动压轴承和静压轴承
机械设计
第七章 滑动轴承设计－概述 连杆
三、滑动轴承的主要特点：
● 工作平稳，无噪声； ● 适合于高速； ● 液体摩擦时功率损失小； ● 径向尺寸小而且可剖分。
滑动轴承的适用场合：
低速轻载、精度不高
非液体摩擦滑动轴承
高 速
重 载
滚动轴承寿命大为降低
滚动轴承造价高
支承精度特别高
承受巨大冲击和振动载荷 某些特殊场合
du dy
速度梯度 动力粘度 y→ 内摩擦力越大
机械设计
机械设计课件 滑动轴承学习课件
偏心距：e OO
偏心率：
e e Rr
表示偏心程度0 1
最小油膜厚度：
hmin e r r (1 )（χ↑→hmin↓）
保证流体动力润滑：
hmin Rz1 Rz2 [hmin ]
S hmin 2 ~ 3 Rz1 Rz2
Rz1、Rz2— 轴颈、轴瓦表面微观不平度的十点高度，m
2. 剖分式轴承 剖分式轴承由轴承座、轴承盖、剖分轴瓦、轴承盖
螺柱等组成。
轴瓦是轴承直接和轴颈相接触的零件，常在轴瓦内表面 上贴附一层轴承衬。在轴瓦内壁不承担载荷的表面上开设油 沟，润滑油通过油孔和油沟流进轴承间隙。
R(球)
3.调心式滑动轴承
特点：轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖及轴承座的 球状内表面相配合，轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯 曲时所产生的偏斜。
X 0:
pdydz ( p p dx )dydz dxdz ( dy )dxdz 0
x
y
p
x y
由于：
u y
p x
2u y 2
二次积分
u
1
2
p x
y
2
C1y
C2
代入边界条件：y=0，u=v；y=h，u=0
流速方程：u v (h y ) 1 p (y h)y
h
2 x
pmax
盖
杯体 接头 油芯
20°
§5 非液体摩擦滑动轴承的计算
一、混合摩擦滑动轴承失效形式 胶合、磨损等 设计准则：至少保持在边界润滑状态， 即维持边界油膜不破裂。
计算方法：简化计算（条件性计算）
磨损
点蚀及金属剥落
二、向心轴承
1、限制轴承平均压强
p F p
滑动轴承课程设计
滑动轴承课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解滑动轴承的基本概念、结构组成和工作原理；2. 学生掌握滑动轴承的类型、特点及其在机械设备中的应用；3. 学生了解滑动轴承的设计原则和步骤，能运用相关公式进行简单计算。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析滑动轴承在实际工程中的应用，具备一定的实际问题解决能力；2. 学生通过课程学习，掌握滑动轴承的安装、使用和维护方法，提高实际操作能力；3. 学生能够运用所学知识，对滑动轴承进行初步的设计和优化，提高创新意识和实践能力。
情感态度价值观目标：1. 学生在学习过程中，培养对机械工程学科的兴趣和热情，增强学习动力；2. 学生通过团队合作完成课程任务，培养团队协作精神和沟通能力；3. 学生了解滑动轴承在国民经济和工程技术领域的重要作用，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为机械工程学科的基础课程，旨在让学生掌握滑动轴承的基本知识、设计方法和应用技能。
学生特点：学生为高中二年级学生，已具备一定的物理和数学基础，对机械工程有一定了解，但缺乏实际操作经验。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和问题解决能力，同时关注学生的情感态度和价值观培养。
在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 滑动轴承的基本概念与结构- 滑动轴承的定义、作用及分类- 滑动轴承的典型结构及组成部分- 滑动轴承的材料及性能要求2. 滑动轴承的工作原理与性能- 滑动轴承的工作原理- 滑动轴承的性能指标及影响因素- 滑动轴承的摩擦、磨损与润滑3. 滑动轴承的设计原则与方法- 滑动轴承设计的基本原则- 滑动轴承设计的主要步骤- 滑动轴承设计的相关公式及计算方法4. 滑动轴承的应用与维护- 滑动轴承在机械设备中的应用实例- 滑动轴承的安装、使用和维护方法- 滑动轴承故障分析及排除方法5. 滑动轴承的设计实例与优化- 简单滑动轴承设计实例分析- 滑动轴承结构优化方法- 滑动轴承设计中的创新思维与实践教学内容根据课程目标进行选择和组织，确保科学性和系统性。
机械设计-滑动轴承PPT课件精选全文
4．调心式径向滑动轴承（自位轴承）
特点：轴瓦能自动调整位置，以适应轴的偏斜。
注：调心式轴承必须成对使用。
当轴倾斜时，可保证轴颈与轴承配合表面接触良好，从而避免产生偏载。
主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。
滑动轴承的结构
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二、止推滑动轴承的结构
止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：
◆设计准则 ：维持边界膜不破裂。
◆条件性计算内容：限制压强 p 、pv 值、滑动速度v不超过许用值
失效形式：
磨损胶合
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§12-6 滑动轴承的条件性计算
一、径向滑动轴承的计算
已知条件：径向载荷F (N)、 轴颈转速n (r/mm)轴颈直径d (mm)
１．限制轴承的平均压强 p
2．工作平稳，噪音低；
3．结构简单，径向尺寸小。
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§12-2 滑动轴承的主要结构形式
一、径向滑动轴承的结构
１．整体式径向滑动轴承
特点：结构简单，成本低廉。
应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中
磨损后间隙无法调整；只能沿轴向装拆。
常用的滑动轴承已经标准化，可根据使用要求从有关手册中合理选用。
－考虑油槽使承载面积减小的系数，其值＝0.85～0.95。
Z－止推环数。
滑动轴承的条件性计算
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注意：设计时液体动压润滑轴承，常按上述条件性计算进行初步计算。（动压润滑轴承在起动和停车阶段，往往也处于混合润滑状态）
2．限制 值
vm－止推环平均直径dm=(d2+d1)/2 处的圆周速度。
1）油槽沿轴向不能开通，以防止润滑油从端部大量流失。
华中科技大学—机械设计—第07章滑动轴承设计
l
Fr
目的：保证润滑油不被过大压力
d
挤出，防止轴瓦过度磨损
向心滑动轴承：
p ? Fr ? [ p] MPa dl
许用压强[p]查表7-2
推力滑动轴承：
p?
Fa
z
?
4
(d12
?
d02
)k
? [ p]
MPa
z ：推力环的数目
k ：考虑油槽使支承面积减 小的系数，k=0.8~0.9
d1
Fa n
d0
②限制轴承 pv 值 ：
完全液体摩擦状态润滑油膜将摩擦表面完全隔开只存在液体分子间的摩擦润滑油膜部分地将摩擦表面隔开有局部地方是金属间的直接接触0010008008001摩擦表面间没有任何物质的摩擦阻力最大边界摩擦常与半液体摩擦半干摩擦并存通称非液体摩擦完全液体摩擦滑动轴承工作的最理想状态但是要达到这种状态流体动压必须满足一定的条件非液体摩擦低速不太重要的轴承重要轴承要按完全液体摩擦状态来设计一向心滑动轴承整体式结构简单刚度大滑动轴承的结构形式轴只能从端部装入磨损后轴与轴瓦间的间隙无法调整剖分式由轴承盖轴承座剖分轴瓦和螺栓构成结构较繁间隙可调装拆方便广泛采用自动调心式轴承宽径比较大时若轴发生弯曲变形易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触适合l5的轴承剧烈磨损和发热轴瓦可随轴的弯曲或倾斜而自动调心可保证轴颈与轴瓦的均匀接触间隙可调式通过锥形表面的移动来调整轴颈与轴瓦的间隙二推力滑动轴承轴端面或轴环端面是承载面实心式支撑面压强分布不均磨损不均匀使用较少空心式支撑面上压强分布较均匀润滑条件有所改善承载能力强可承受双向轴向载荷但各环受载不均一材料基本要求良好的耐磨性和减摩性及抗胶合性并有足够的强度二常用材料铸铁轻载低速的场合锑铜金属硬粒锡基体或铅基体轴瓦直接与轴颈接触主要失效为
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第七部分滑动轴承设计1．考研重点和难点【重点】非液体摩擦滑动轴承的设计计算；【难点】形成液体摩擦的条件；§滑动轴承的特点、类型及应用滑动轴承的运动形式是以轴颈与轴瓦相对滑动为主要特征，也即摩擦性质为滑动摩擦。
实践表明，由于滑动轴承的润滑条件不同，会出现不同的摩擦状态。
轴承工作面的摩擦状态分为干摩擦状态、边界摩擦状态、混合摩擦状态和流体摩擦状态四类，如图所示。
两摩擦表面直接接触，相对滑动，又不加入任何润滑剂，称为干摩擦；两摩擦表面被流体（液体或气体）层完全隔开，摩擦性质仅取决于流体内部分子之间粘性阻力称为流体摩擦；两摩图13－1擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面吸附性质的称为边界摩擦状态；实际上，干摩擦状态和边界摩擦状态很难精确区分，所以这两种摩擦状态也常常归并为边界摩擦状态。
在实际应用中，轴承工作表面有时是边界摩擦和流体摩擦并存的混合状态，称为混合摩擦。
边界摩擦和混合摩擦又长称为非液体摩擦。
所以，滑动轴承按其摩擦性质可以分为液体滑动摩擦轴承和非液体滑动摩擦轴承两类。
1）液体滑动摩擦轴承：由于在液体滑动轴承中，轴颈和轴承的工作表面被一层润滑油膜隔开，两零件之间没有直接接触，轴承的阻力只是润滑油分子之间的摩擦，所以摩擦系数很小，一般仅为～。
这种轴承的寿命长、效率高，但是制造精度要求也高，并需要在一定的条件下才能实现液体摩擦。
2）非液体滑动摩擦轴承：非液体滑动摩擦轴承的轴颈与轴承工作表面之间虽有润滑油的存在，但在表面局部凸起部分仍发生金属的直接接触。
因此摩擦系数较大，一般为～，容易磨损，但结构简单，对制造精度和工作条件的要求不高，故此在机械中得到广泛使用。
干摩擦的摩擦系数大，磨损严重，轴承工作寿命短。
所以在滑动轴承中应力求避免。
所以，高速长期运行的轴承要求工作在液体摩擦状态下，一般工作条件下轴承则维持在边界摩擦或混合摩擦状态下工作。
因此本章主要讨论非液体滑动摩擦轴承。
按照轴承承受的载荷分类可以分为：1）径向滑动轴承，主要承受径向载荷F R ；2)止推滑动轴承，主要承受轴向载荷F A （如图所示）。
在机械中，虽然广泛采用滚动轴承，但在许多情况下又必须采用滑动轴承。
这是因为滑动轴承有其独特的优点是滚动轴承不能代替的。
滑动轴承的主要优点是：1）结构简单，制造、加工、拆装方便；2）具有良好的耐冲击性和良好的吸振性能，运转平稳，旋转精度高；3）寿命长。
但是也有其缺点，主要有：1）维护复杂，对润滑条件较高；2）边界润滑轴承，摩擦损耗较大。
因而在大型汽轮机、发电机、压缩机、轧钢机及高速磨床上多采用滑动轴承。
此外，在低速而带有冲击载荷的机器中，如水泥搅拌器、滚筒清砂机、破碎机等冲压机械、农业机械中也多采用滑动轴承。
§ 滑动轴承的结构 1、径向滑动轴承常用的径向滑动轴承，我国已经制定了标准，通常情况下可以根据工作条件进行选用。
径向滑动轴承可以分为整体式和剖分式（对开式）两大类。
（1）整体式径向滑动轴承 整体式滑动轴承（JB/T2560-91），如图所示为整体式滑动轴承。
它由轴承座和轴承套组成。
轴承套压装在轴承座孔中，一般配合为H8/s7。
轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有安装注油油杯的螺纹孔。
轴套上开有油孔，并在其内表面开油沟以输送润滑油。
这种轴承结构简单、制造成本低，但当滑动表面磨损后无法修整，而且装拆轴的时候只能作轴向移动，有时很不方便，有些粗重的轴和中间具有轴颈的轴（如内燃机的曲轴）就不便或无法安装。
所以，整体式滑动轴承多用于低速、轻载和间歇工作的场合，例如手动机械、农业机械中，等。
这类轴承座的标记为：HZ ×××轴承座JB/T2560，其中H 表示滑动轴承座，Z 表示整体式，×××表示轴承内径（单位mm ）。
标准规格为：HZ020~140 。
（2）剖分式滑动轴承剖分式滑动轴承是由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓组成。
对开式二（四）螺栓正滑动轴承（JB/T2561-91或JB/T2562-91），如图所示。
轴承座水平剖分为轴承座和轴承盖两部分，并用二（或四）个螺栓联接。
为了防止轴承盖和轴承座横向错动和便于装配时对中，轴承盖和轴承座的剖分面做成阶梯状。
对开式滑动轴承在装拆轴时，轴颈不需要轴向移动，装拆方便。
另外，适当增减轴瓦剖分面间的调整垫片，可以调节轴颈与轴承之间的间隙。
这种轴承所受的径向载荷方向一般不超过剖分面垂线左右35º的范围，否则应该使用斜剖分面轴承。
为使润滑油能均匀地分布在整个工作表面上，一般在不承受载荷的轴瓦表面开出油沟和油孔。
这类轴承轴瓦与座孔之间的配合为H8/m7。
轴承座标记为：H2×××轴承座JB2561-91(或H4×××)，其中H 表示滑动轴承座，2（4）表示螺栓数， ×××表示轴承内径（单位mm ）。
标准规格为H2030～H2160（H4050～H4220）。
对开式四螺栓斜滑动轴承（JB/T2563-91），如图所示为对开式斜滑动轴承。
轴承剖分面与水平面成45º角，轴承载荷的方向应位于垂直剖分面的轴承中心线左右35º的范围内，其特点与对开式正滑动轴承相同。
轴承座的标记为：HX ×××轴承座JB/T2563-91，其中H 表示滑动轴承座，X 表示斜座，×××表示轴承内径（单位mm ）。
标准规格为HX050～HX220。
当轴颈较长（宽径比大于～），轴的刚度较小，或由于两轴承不是安装在同一刚性机架上，同心度较难保证时，都会造成轴瓦端部的局部接触（如图所示），使轴瓦局部严重磨损，为此可采用能相对轴承自行调节轴线位置的滑动轴承，称为回滑动轴承，如图所示。
这种滑动轴承的结构特点是轴瓦的外表面做成凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面箱配合，当轴变形时，轴瓦可随轴线自动调节位置，从而保证轴颈和轴瓦为球面接触。
（3）轴承与轴瓦结构整体式轴承中与轴颈配合的零件称为轴套，结构如图所示，分为不带挡边和带挡边的两种结构，其基本尺寸、公差参见GB2509-81或GB2510-81。
对开式轴承的轴瓦由上下两半组成，如图所示。
为使轴瓦既有一定的强度，又有良好的减磨性，常在轴瓦内表面浇铸一层减磨性好的材料（如轴承合金），称为图13－5图13－6图13－7轴承衬。
轴承衬应可靠的贴合在轴瓦表面上，为此可以采用如图所示的结合形式（图中涂黑层表示轴承衬）为了将润滑油引入轴承，并布满于工作表面，常在其上开有供油孔和油沟；供油孔和油沟应开在轴瓦的非承载区，否则会降低油膜的承载能力，如图13-10所示。
轴向油沟也不应在轴瓦全长上开通，以免润滑油自油沟端部大量泄漏。
常见的油沟形式如图13-11所示。
对于一些重型机器的轴承轴瓦，其上常开设油室。
它既可以使润滑空间增大，并有贮油和保证润滑油稳定应的作用，如图所示。
2、推力滑动轴承推力滑动轴承用于承受轴向载荷。
如图13－13所示为一简单的推力轴承结构，它由轴承座、套筒、径向轴瓦、止推轴瓦所组成。
为了便于对中，止推轴瓦底部制成球面形式，并用销钉来防止它随轴颈转动，润滑油从底部进入，上部流出。
其最简结构如图14－11所示。
由于工作面上相对滑动速度不等，越靠近边缘处相对滑动速度越大，磨损越严重，会造成工作面上压强分布不均匀，相对滑动端面通常采用环状端面。
当载荷较大时，可采用多环轴颈，如图14－11b 所示，这种结构能够承受双向轴向载荷。
对于14－11所示的结构多用于低速轻载的场合。
§ 滑动轴承的失效形式及材料 一、滑动轴承的失效形式滑动轴承的失效形式通常由多种原因引起，失效的形式有很多种，有时几种失效形式并存，相互影响。
图13－14（1）磨粒磨损进入轴承间隙的硬颗粒物（如灰尘、砂砾等）有的嵌入轴承表面，有的游离于间隙中并随轴一起转动，它们都将对轴颈和轴承表面起研磨作用。
在机器起动、停车或轴颈与轴承发生边缘接触时，他们都将加剧轴承磨损，导致几何行状改变、精度丧失，轴承间隙加大，使轴承性能在预期寿命前急剧恶化。
（2）刮伤进入轴承间隙的硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶，在轴承伤划出线状伤痕，导致轴承因刮伤而失效。
（3）胶合（也称为烧瓦）当轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，或在润滑油供应不足的条件下，轴颈和轴承的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而造成轴承损坏，有时甚至可能导致相对运动的中止。
（4）疲劳剥落在载荷反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。
它与轴承衬和衬背因结合不良或结合力不足造成轴承衬的剥离有些相似，但疲劳剥落周边不规则，结合不良造成的剥离周边比较光滑。
（5）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性，特别对制造铜铝合金中的铅，易受腐蚀而形成点状剥落。
氧对锡基巴氏合金的腐蚀，会使轴承表面形成一层由SnO2和SnO混合组成的黑色硬质覆盖层，它能擦伤轴颈表面，并使轴承间隙变小。
此外，硫对含银或铜的轴承材料的腐蚀，润滑油中水分对铜铅合金的腐蚀，都应予以注意。
以上列举了常见的几种失效形式，由于工作条件不同，滑动轴承还可出现气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。
从美国、英国和日本三家汽车厂统计的汽车用滑动轴承故障原因的平均比率来看，因不干净或由异物进入而导致鼓掌的比率较大。
二、轴承材料轴瓦与轴承衬的材料通称为轴承材料。
针对以上所述的失效形式，轴承材料性能应着重满足以下主要要求：1）良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性减摩性是指材料副具有低的摩擦系数。
耐磨性是指材料的抗磨性能（通常以磨损率表示）。
抗胶合性是指材料的耐热性和抗粘附性。
2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性摩擦顺应性是指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。
嵌入性是指材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。
磨合性是指轴瓦与轴颈表面经过短期轻载运转后，易于形成相互吻合的表面粗糙度。
3）足够的强度和抗腐蚀能力4）良好的导热性、工艺性、经济性等应该指出的是：没有一种轴承材料全面具备上述性能，因而必须针对各种具体的情况，仔细进行分析后合理选用。
常用的材料可以分为三大类：1）金属材料，如轴承合金、铜合金、铝基合金和铸铁等；2）多孔质金属材料；3）非金属材料，如工程塑料、碳—石磨等。
1）轴承合金（通称巴氏合金或白合金）轴承合金是锡、铅、锑、铜的合金，它以锡或铅作为基体，其内含有锑锡（Sb-Sn）或铜锡（Cu-Sn）的硬晶粒。
硬晶粒起抗磨作用，软基体则增加材料的塑性。
轴承合金的弹性模量和弹性极限都很低，在所有轴承材料中，它的嵌入性及摩擦顺应性最好，很容易和轴颈磨合，也不易与轴颈发生胶合。