滑动轴承的设计..

毕业论文继续教育学院级专业

题目：滑动轴承的设计

学生姓名：

指导老师

2013 年 3 月

南京工程学院成人教育毕业设计（论文）开题报告

班级：专业：

学生姓名

设计（论）题目滑动轴承的设计

开题报告：

滑轴承动的一体化结构设计，是将传统上分别属于两个不同装置的润滑与密封有机地结合在一起作为一个部件使用，并使用水润滑。这给轴承的使用、安装和维护带来了一个全新的概念。合理的密封形式对水润滑复合橡胶轴承动密封体的性能有重要的影响。不同介质、不同转速、不同载荷以及不同的温升对泄漏量有着不同的影响。为确保被试部件在不同载荷情况下的密封能力，满足使用要求，必须对密封部件进行动态检测，获取详细的性能指标，以便对产品进行全面评估。

指导教师意见：

指导教师签名：

填表时间：2013年3月

南京工程学院成人教育毕业设计（论文）任务书班级：07机电技师班专业：机电一体化学生姓名指导教师

设计（论文）

题目

滑动轴承的设计

设计（论文）的工作内容1.查阅资料第1-2周

2.结构设计，绘制装配草图第3-5周

3.完成全套图纸第6-8周

4 撰写论文第9-12周

设计（论文）的主要技术指标一是不断研制新的轴承材料及结构，以适应轴承的工作特点及其负荷指标不断提高的要求；

二是深入地研究发生在轴承内部的各种工作状态，从而在设计中采取相应的措施，保证轴承在最理想的条件下运转。

设计（论文）的基本要求

1. 字数：6000－8000字。

2. 字体：正文标题用黑体、小二号打印，标题下面不再标明作者姓名。正文一般用仿宋体四号字打印。文章中的各段标题用黑体、四号字打印，并且前后要一致。全文的文字格式要统一。独立成行的标题后面不再加标点符号。

应收集的资料及主要参考文献

【1】濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社.2006年5月；

【2】杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础（第五版）.高等教育出版社. 2006年5月；

【3】孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）.高等教育出版社.2006年5月；

【4】《机械设计手册》编委会.机械设计手册单行本-轴承.机械工业出版社.2007年3月；

《国际通用标准件丛书》编辑委员会.国内外轴承对照手册.江苏科学技术出版社.2008年10月

南京工程学院成人教育毕业设计（论文）工作进程表

班级：专业：

学生姓名指导教师

设计（论文)

题目

滑动轴承的设计

时间应完成的工作内容检查情况

第1-2周

第3-4周第5-8周第9-11周去图书网和在网上搜集，查阅本次论文的资料

结构设计，绘制装配草图

完成全部资料和设计图

开始写论文

南京工程学院成人教育毕业设计（论文）中期汇报表（学生用）

学院系部机械系

姓名指导教师

设计（论文）

题目滑动轴承的设计

毕业

设

计

︵

论

文

︶

前

期

工

作

小

结毕业设计开题报告完成后，我在书中收集了很多有关本次设计的资料，结

合以前书本上学过的知识，灵活的运用到本次设计中，制定出了最佳的工艺方案，确定了设计的结构形式，绘制了初草图。在朋友的同学的帮助下，反复修改直至装配图无大碍后，进行了冲裁件的工艺计算，包括冲压力、压力中心，。然后根据装配图绘制了零件图，包括尺寸的标注等等，完成了初步的论文写作。

这些都是我中期完成的毕业设计内容，现在把我宝贵的，完成我们在学校的最后一份作业，主要包括：

1. 针对不懂问题，上网，去书店查阅资料；

2. 论文后期的排版制作；

3. 准备答辩。

指导

教

师

意

见

南京工程学院成人教育毕业设计（论文）中期检查表（教师用）学院系部机械工程系

指导教师检查人数

工作进度情况（对照学生的计划进程表和任务书）：

工作态度情况（学生对毕业设计、毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况；指导教师具体指导情况）：

质量评价（学生前期已完成工作的质量情况）：

存在的问题与建议：

填表时间：

第一章引言

工作对于每一位即将毕业的毕业生来说都是非常重要的，它对我们以后走上工作岗位很有帮助。对于我们机电专业来说，在以后的工作中经常要做关于夹具的设计工作，在这里，我以连杆零件为例，对它的工艺过程和夹具进行设计。做毕业设计可以把以前所学的知识加以综合运用，起到巩固学到的知识的作用，从而提高分析，解决问题的能力。因此，认真的完成毕业设计是很有必要的。

摘要

动压式滑动轴承是轴承中的一个重要类别，对其进行分析研究在实际中具有重要的意义。径向滑动轴承是其中的重要一类，本论文以径向滑动轴承为研究对象，以雷诺方程的建立及求解过程为理论基础，对滑动轴承的处于动态及静态载荷下的工况情况进行了理论分析。

本文在最后通过Mat lab的软件系统对径向滑动轴承油膜压力分布曲线进行了研究。在基于流体动力润滑理论的基础上，仿真实现了径向滑动轴承油膜压力曲线;通过改变参数后压力曲线的变化，揭示了影响油膜压力的因素及其变化规律，从而更深刻地理解和掌握滑动轴承的承载机理。仿真曲线在形态上与实测曲线一致，说明了该方法的可行性。

关键字：滑动轴承；雷诺方程；仿真实验

目录

一绪论 (1)

（一）本课题的选定 (2)

（二）滑动轴承制造和生产技术的发展现状 (2)

（三）本课题研究的主要内容及基本工作思路 (3)

1.3.1主要内容 (3)

1.3.2本课题基本工作思路 (3)

二液体摩擦径向滑动轴承的总体设计方案 (4)

(一）滑动轴承 (4)

2.1.1滑动轴承的主要类型和结构 (4)

（二）液体动压润滑的基本原理和基本关系 (5)

2.2.1液体动压油膜形成的原理 (5)

2.2.2液体动压润滑的基本方程 (6)

（三）径向滑动轴承液体动压基本原理 (8)

2.3.1径向滑动轴承液体动压润滑的建立过程 (8)

2.3.2径向滑动轴承的几何关系和承载能力 (9)

2.3.3径向滑动轴承的参数选择 (11)

2.3.4径向滑动轴承的供油结构 (12)

三液体动压径向滑动轴承油膜特性研究 (14)

(一）径向滑动轴承油膜压力分布仿真的理论基础 (14)

3.1.1液体动压润滑的基本方程 (14)

3.1.2油膜承载量的计算 (14)

3.1.3开设油槽时油膜压力分布的计算 (15)

总结 (16)

参考文献 (17)

致谢 (18)

一绪论

滑动轴承在机械制造、大型电站、钢铁联合企业以及化工联合企业等机械设备中得到了广泛的应用，如何提高其寿命和工作可靠性越来越成为人们普遍关注的问题。这里存在着两方面的工作:一是不断研制新的轴承材料及结构，以适应轴承的工作特点及其负荷指标不断提高的要求；二是深入地研究发生在轴承内部的各种工作状态，从而在设计中采取相应的措施，保证轴承在最理想的条件下运转。这就涉及研究诸如流体动压润滑轴承中的润滑油膜的压力分布、最小油膜厚度、润滑膜的刚度等若干方面的问题。轴承是轴系中的重要部件，其功用一是支承轴及轴上零件并保证轴的旋转精度，二是减小转动轴与其固定支承之间的摩擦与磨损。因此，轴承既要有小的摩擦阻力，又要有一定的强度。

轴承分为两大类：滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承有很多优点，例如：已实现系列化、标准化、商品化，使用维护简单，互换性能好等，故各工业部门应用较广。滑动轴承在一般情况下摩擦损耗较大，使用维护较复杂，因而应用较少。因此，在滚动轴承和滑动轴承都能满足使用要求时，宜先选用滚动轴承。尽管如此，但是在高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合下，滑动轴承就显示出它的优异性能。因而在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采用滑动轴承。此外，在低速而带有冲击的机器中，如水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等也常采用滑动轴承。两者相比，普通滑动轴承又具有比滚动轴承使用寿命长、运转平稳，对冲击和振动敏感性小等优点。这些优点使滑动轴承成功地应用于机床主轴轴承，大型汽轮机轴承，内燃机曲轴轴承。轧钢机轴承以及简单机械的轴承。

（一）本课题的选定

随着科技的进一步发展，机械零件的规模越来越大，越来越完整，人们的需求越大，对物质的需求和要求也越来越高。轴承作为一个机械零件，起着至关重要的作用。

用于支撑旋转零件(转轴，心轴等)的装置通称为轴承。条件不同，轴承的分类也不同：

按其承载方向的不同，轴承可分为：径向轴承和推力轴承；

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)和流体静力润滑轴承(简称静压轴承)。

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：不完全摩擦，边界摩擦和干摩擦。完全液体摩擦是滑动轴承工作的最理想状况。对那些重要且高速旋转的机器，应确保轴承在完全液体摩擦状态下工作，这类轴承常称为液体摩擦滑动轴承。因此我这次的设计选择液体摩擦。

轴承上的反作用力与轴心线垂直的轴承称为径向轴承；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。推力滑动轴承只能承受轴向载荷，与径向轴承联合才可同时承受轴向和径向载荷。

综上所述，我选择的设计是：液体摩擦径向滑动轴承的设计。

（二）滑动轴承制造和生产技术的发展现状

滑动轴承作为回转轴支承元件在机械领域的应用十分广泛。与滚动轴承相比，滑动轴承工作平稳、可靠、噪音较低。如果能够保证充分的液体润滑，使得滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，则还可以大大减少

摩擦损失和表面磨损，甚至消除磨损。另外，润滑油膜同时还具有一定的吸振能力川，这对提高轴承运转的稳定性和运转精度都是十分有益的。

滑动轴承的种类繁多，按轴承受力方向可分为径向滑动轴承、止推滑动轴承、径向止推滑动轴承;按轴承所用的润滑剂来分可分为液体润滑滑动轴承、气体润滑滑动轴承、脂润滑滑动轴承和固体润滑滑动轴承，其中液体润滑滑动轴承又可分为油润滑滑动轴承、水润滑滑动轴承及磁流体润滑滑动轴承;按轴承轴瓦材料来分又可分为金属滑动轴

承、非金属滑动轴承和多孔质滑动轴承等等。流体润滑滑动轴承又可分为流体动压润滑

滑动轴承、流体静压润滑滑动轴承和流体动静压混合滑动轴承121。流体动压润滑滑动轴承有着长久的历史，它的应用研究己超过10年，其应用范围也是上述各种滑动轴承中最广泛的。

流体动压润滑，就是依靠被润滑的一对固体摩擦面间的相对运动，使介于固体摩擦面间的流体润滑膜内产生压力，以承受外载荷而免除固体相互接触，从而起到减少摩擦阻力和保护固体摩擦表面的作用。自从B.Tower 在其著名实验中发现了动压现象，继由0.Renyolds分析了动压润滑的机理并导出了描述润滑膜压力分布的微分方程，即著名的雷诺方程，遂奠定了流体动力润滑理论的原始基础。此外，流体动力润滑理论中还有其它的一些方程，如：流动的连续性方程、润滑剂的状态方程(粘度和密度方程)、表面的弹性方程、以及能量方程等。当然应用最广的还是雷诺方程及其在各种具体条件下的变形形式，以及它们的求解。由于这些理论的建立使得滑动轴承的研究取得了很多成果，促进了其在实际中的应用。

（三）本课题研究的主要内容及基本工作思路

1．3.1主要内容

1.根据所给技术指标设计液体摩擦径向滑动轴承

2.利用Matlab软件编程实现油膜压力曲线仿真实验

1.3.2本课题基本工作思路

1．在径向滑动轴承液体动压润滑的基本原理和雷诺方程的基础上设计液体摩擦径向滑动轴承。

2.计算内容包括：承载能力，安全度等方面

3.Matlab编程，实现油膜压力曲线仿真实验，并通过改变参数分析各参数对油膜压力曲线的影响。

二液体摩擦径向滑动轴承的总体设计方案

（一）滑动轴承

《机械设计》是一门培养学生机械设计能力的技术基础课。在机械类各专业的教学计划中，它是主要课程。机械设计课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本方法的掌握，在培养实践能力方面着重设计构思和设计技能的基本训练，使学生对实际工程具有分析、解决问题的能力，在设计中具有创新思维。滑动轴承章节在整个课程的学习中又占到了很重要的部分。滑动轴承的承载能力大，回转精度高，表面能形成润滑膜将运动副分开，减少了磨损，滑动摩擦力也可大大降低，并且润滑膜具有抗冲击作用，因此，在工程上获得广泛的应用。

2.1.1滑动轴承的主要类型和结构

按受载荷方向不同，滑动轴承可分为径向滑动轴承和止推滑动轴承。

1.径向滑动轴承

径向滑动轴承用于承受径向载荷。图2一1所示为整体式径向滑动轴承，图2一2所示为剖分式径向滑动轴承。剖分式径向滑动轴承装拆方便，轴瓦磨损后可方便更换及调整间隙，因而应用广泛。

图2-1整体式滑动轴承

图2-2 剖分式滑动轴承

2.止推滑动轴承

止推滑动轴承用来承受轴向载荷。按轴颈支承面的形式不同，分为实心式、空心式、环形式三种。当轴旋转时，实心止推轴颈由于端面上不同半径处的线速度不相等，因而使端面中心部的磨损很小，而边缘的磨损却很大，结果造成轴颈端面中心处应力集中。实际结构中多数采用空心轴颈，可使其端面上压力的分布明显改善，并有利于储存润滑油。

（二）液体动压润滑的基本原理和基本关系

2.2.1液体动压油膜形成的原理

液体动压油膜形成原理是利用摩擦副表面的相对运动，将液体带进摩擦表面之间，形成压力油膜，将摩擦表面隔开，如图2一3所示。两个互相倾斜的平板，在它们之间充满具有一定粘度的液体。当AB 以速度V 向左移动，而CD 保持静止时，液体在此楔形间隙中作层流流动。当各流层的速度分布规律为直线时，由于进口间隙大于出口间隙，则进口流量必大于出口流量;但液体是不可压缩的，因此，在楔形间隙内形成油压，迫使大口的进油速度减小，小口的出油速度增大，从而使流经各截面的液体流量相等。同时，楔形油膜产生的内压将与外载荷相平衡。 2.2.2液体动压润滑的基本方程

雷诺方程是液体动压润滑基本方程，是研究流体动力润滑的基础。它是根据粘性流体动力学基本方程出发，作了一些假设条件后简化而得的。

如图2一4所示，两平板被润滑油隔开，设板A 以速度v 、沿x 方向滑动，另一平板B 静止不动，设平板正方向尺寸为无穷大(流体沿z 方向无流动)，从油层中取出长、宽、高分别为dx 、dy 、dz 的单元体进行力平衡分析。

单元体沿x 方向受四个力，两侧向压力：p ，p+p

x

??dx 上下面剪切应力为：τ,(τ+

y

τ

??dy)

由x 方向的力平衡条件，得pdydz+τdxdz-(p+

p

x

??dx)dydz-(τ+ y

τ

??)dxdz=0 化简得：

p x

??= -

y

τ

?? （2--1）

根据牛顿粘性流体定律，τ= -η

u

y

??代入式（2--1）得 p x ??=η22u

y

??

积分后得

u=1

2ηp x

??2y +

1

C y+

2C

(2--2)

当y=O 时，u=v(油层随移动件移动)；y= h (h 为单元体处油膜厚度)时，u= O(油层随静止件不动)。根据上述条件则可以得到积分常数1C ，2C 。

积分常数：1C = -2h ηp

x

??h-v h ；2C =v 代入式（2--2）得 u=()v h y h

--

()2y h y η

-×

p

x

?? (2--3)

由式(2一3)可见，油层的速度u 由两部分组成，式中前一项表示速度沿y 成线性分布，直接由剪切流引起；第二项表示速度沿y 成抛物线分布，是由油压沿x 方向变化而引起的。

不计侧漏，润滑油沿x 方向通过任一截面单位宽度的流量为

x q =0

h

udy ?=0

()()[]2h

v h y y h y p dy h x η--?-???=3

12

12v p h h x

η?-

?? 设在max p p =处油膜厚度为0

h （即p x

??=0时，h=0

h )，在该截面处的流

量为

x q =

2

v 0h

由于连续流动时流量不变，故得

2

v

0h =31212v p h h x η?-?? 化简为

036h h p v x h η-?=? （2--4）

式(2--4)为一维雷诺流体动力润滑方程。 对式(2--4)中x 取偏导数可得

3()6h p h v x x x η????=??? （2--5）

若再考虑润滑油沿z 方向的流动，则

33()()6h p h p h

v x x z z x

ηη??????+?=????? （2--6）

式(2--6)为二维雷诺流体动力润滑方程式—流体动力润滑轴承的基本公式。

（三）径向滑动轴承液体动压基本原理 2.3.1径向滑动轴承液体动压润滑的建立过程

径向滑动轴承的轴颈与轴承孔间留有间隙，轴颈静止时，在自重及载荷作用下自然下沉，处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触，上表面间有直径的间隙空间，此时，两表面间自然形成由大到小收敛的楔形空间，所以滑动轴承满足形成液体动力润滑的收敛楔形的条件。当轴颈转动时(无论正反转)，同样满足使润滑油从大口到小口的条件115。因此，滑动轴承满足形成液体动力润滑的三个必要条件。

图 2-5 径向滑动轴承液体动压润滑油膜形成过程径向滑动轴承液体动压润滑油膜形成过程经历起动、不稳定运转、稳定运转三个阶段。

1.起动时(n>0)

刚开始启动时，由于速度低，轴颈与轴瓦金属直接接触，在摩擦力作用下，轴颈沿轴瓦内壁向右上方爬行。(由图2--5(a)。(c))

2.不稳定运转阶段

随着n增大，从油楔大口带入小口的油逐渐增多，形成压力油膜，把轴颈浮起推向左上方。(由图2一5(b)、(c))

3.稳定运转阶段

逐渐增大的油膜压力的垂直分量与外载荷厂相等时，轴颈稳定在某一位置上运转。n越高，轴颈中心稳定位置愈靠近轴孔中心。但两中心永远不能重合，因为当两心重合时，油楔消失，不满足液体动压润滑油膜形成的第一个条件，油膜将失去承载能力。(如图2一5(c))

2.3.2径向滑动轴承的几何关系和承载能力