第12章滑动轴承--机械设计课件.
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滑动轴承课件(公开课)
滑动轴承概述
三、滑动轴承的特点
滑动轴承概述2
滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合， 则主要使用滑动轴承： １．工作转速很高，如汽轮发电机。
２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。
３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。 ４．特重型的载荷，如水轮发电机。 ５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。
液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算
四、最小油膜厚度 hmin 动力润滑轴承的设计应保证：hmin≥[h] 其中： [h]=S(Rz1+Rz2)
◆ ◆ ◆
相对运动的两表面间构成楔形空间。 楔形空间中充满具有粘性的液体。 两板相对运动的结果，应使液体在粘性力的作用下由楔形空间的大端 流向楔形空间的小端 。
液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算
二、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态
F
△
液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3
F
F
a
o1 o d
D
o1 o
径向滑动轴承的典型结构1 油杯孔
整体轴套
特点：结构简单，成本低廉。 因磨损而造成的间隙无法调整。 只能从沿轴向装入或拆出。 应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。
滑动轴承的典型结构
２．对开式径向滑动轴承
油杯座孔 螺栓 螺母 套管 上轴瓦 轴承盖 轴承座
径向滑动轴承的典型结构2
下轴瓦
对开式轴承(剖分轴套)
滑动轴承的失效形式及常用材料
二、滑动轴承的材料
滑动轴承的失效形式及常用材料2
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。轴承材料性能应满足以下要求：
◆ ◆ ◆ ◆
河南理工大学机械设计基础第12章 滑动轴承
38
第7节 其他形式滑动轴承简介
39
休 息 一 会 儿
2011年6月
……
40
[v]—材料的许用滑动速度 ４．选择配合 一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6
31
第6节 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算
液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1
一、流体动力润滑基本方程的建立 对流体平衡方程（Navier－Stokes方程）作如下假设，以便得到简 化形式的流体动力平衡方程。这些假设条件是 ：
2
第1节 概述
工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活动摩擦的 轴承，称为滑动轴承。
滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在 以下场合，则主要使用滑动轴承：
１．工作转速很高，如汽轮发电机。
２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。
３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。 ４．特重型的载荷，如水轮发电机。 ５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。 ６．在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。
◆ ◆
◆ ◆
流体为牛顿流体，即 (
u ) y
。
流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换；
忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加；
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；
◆ ◆
流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流质；
四.润滑装置及润滑方法 常用的润滑方法有：
油润滑
1）间歇式供油
旋套式注油油杯
压配式压注油杯
26
第4节 滑动轴承的润滑剂和润滑方法
2）连续式供油
3）飞溅润滑
第7节 其他形式滑动轴承简介
39
休 息 一 会 儿
2011年6月
……
40
[v]—材料的许用滑动速度 ４．选择配合 一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6
31
第6节 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算
液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1
一、流体动力润滑基本方程的建立 对流体平衡方程（Navier－Stokes方程）作如下假设，以便得到简 化形式的流体动力平衡方程。这些假设条件是 ：
2
第1节 概述
工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活动摩擦的 轴承，称为滑动轴承。
滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在 以下场合，则主要使用滑动轴承：
１．工作转速很高，如汽轮发电机。
２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。
３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。 ４．特重型的载荷，如水轮发电机。 ５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。 ６．在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。
◆ ◆
◆ ◆
流体为牛顿流体，即 (
u ) y
。
流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换；
忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加；
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；
◆ ◆
流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流质；
四.润滑装置及润滑方法 常用的润滑方法有：
油润滑
1）间歇式供油
旋套式注油油杯
压配式压注油杯
26
第4节 滑动轴承的润滑剂和润滑方法
2）连续式供油
3）飞溅润滑
第12章滑动轴承分解
x
A
y dy
v
o
du
h y
B
----- 牛顿粘性定律
η----流体的动力粘度，简称粘度 -----流体沿垂直于运动方向的速度梯度， 式中的—负号，表示 u 随 y 的增大而减小。
-----流体单位面积上的剪切阻力，即切应力。
§12-4
滑动轴承中的润滑剂
在摩擦学中，把凡是服从这个粘性定律的流体 都叫做“牛顿液体”。
B----- 轴瓦宽度， [p]----轴瓦材料的许用压力，见表12-2。
２.验算轴承的 pv 值 轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗 fpv 成正
比。 pv 值愈大，摩擦产生的热量越大，轴承的温度越
高，也就越容易引起边界油膜的破裂。 目的：限制 pv值就是限制轴承的温升，防止胶合， 保护边界膜。 πd n F ≤[pv] pv = · Bd 60× 1000 (12---2)
v
在这种状态下，摩擦完全发生在液体内部的分子 之间，所以摩擦系数极小， f ≈ 0.001 ~ 0.01，因而可 以完全避免磨损
这是最理想的润滑状态。
4. 混合摩擦
混合摩擦是指摩擦表面间处于边界 摩擦和液体摩擦的混合状态。
混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦 系数比边界摩擦时要小得多。
v
工程实际中，多数滑动摩擦副都是处于边界摩擦与 混合摩擦的状态中。 边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统 称为不完全液体摩擦。
滑 动 轴 承
按受载方向分
径向轴承 止推轴承 液体润滑滑动轴承 不完全液体润滑滑动轴承
按润滑状态分
按液体润滑承载机理分 液体动力润滑轴承（液体动压轴承）
液体静压润滑轴承（液体静压轴承）
§12-2
A
y dy
v
o
du
h y
B
----- 牛顿粘性定律
η----流体的动力粘度，简称粘度 -----流体沿垂直于运动方向的速度梯度， 式中的—负号，表示 u 随 y 的增大而减小。
-----流体单位面积上的剪切阻力，即切应力。
§12-4
滑动轴承中的润滑剂
在摩擦学中，把凡是服从这个粘性定律的流体 都叫做“牛顿液体”。
B----- 轴瓦宽度， [p]----轴瓦材料的许用压力，见表12-2。
２.验算轴承的 pv 值 轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗 fpv 成正
比。 pv 值愈大，摩擦产生的热量越大，轴承的温度越
高，也就越容易引起边界油膜的破裂。 目的：限制 pv值就是限制轴承的温升，防止胶合， 保护边界膜。 πd n F ≤[pv] pv = · Bd 60× 1000 (12---2)
v
在这种状态下，摩擦完全发生在液体内部的分子 之间，所以摩擦系数极小， f ≈ 0.001 ~ 0.01，因而可 以完全避免磨损
这是最理想的润滑状态。
4. 混合摩擦
混合摩擦是指摩擦表面间处于边界 摩擦和液体摩擦的混合状态。
混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦 系数比边界摩擦时要小得多。
v
工程实际中，多数滑动摩擦副都是处于边界摩擦与 混合摩擦的状态中。 边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统 称为不完全液体摩擦。
滑 动 轴 承
按受载方向分
径向轴承 止推轴承 液体润滑滑动轴承 不完全液体润滑滑动轴承
按润滑状态分
按液体润滑承载机理分 液体动力润滑轴承（液体动压轴承）
液体静压润滑轴承（液体静压轴承）
§12-2
滑动轴承PPT课件
动压滑动轴承 流体动力润滑。
静压滑动轴承 流体静压润滑。
利用相对运动副表面的相对运动和几
动压滑动轴承（多油楔）
何形状，借助液体粘在性滑，动把轴润承滑与剂轴带颈进表摩面之间输入高 擦面之间，依靠自压然润建滑立剂起以来承的受流外体载压荷力，使运动副表 膜，将运动副表面面分分开离的的方润法滑。方法。
静压滑动轴承
轴承——用于支撑旋转零件。 一、轴承应满足如下基本要求：
1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。 2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。 3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。 根据轴承内部摩擦性质不同，轴承可分为：
滚动摩擦轴承 滑动摩擦轴承 本章介绍滑动轴承
二、滑动轴承的特点：
◆ 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。
◆ 嵌入性：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：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（或性质）。
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。
根据摩擦（润滑）状态可分：
液体摩擦轴承（完全液体润滑轴承） 完全液体摩擦。
非液体摩擦轴承（不完全液体润滑轴承） 边界摩擦、干摩擦。
完全液体摩擦
边界摩擦
干摩擦
五、滑动轴承的结构形式:
（1）、向心滑动轴承的结构形式： 整体式：
剖分式（对开式）：
自动调心式：
间隙可调式 ：
（2）、推力滑动轴承的结构形式 ：
具有足够强度和刚度，可降低对轴承座孔的 加工精度要求。 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。
《机械设计基础》第十二章-滑动轴承解析学习资料
二、青铜
青铜的强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。可在 较高温度（250℃）下工作。但可塑性差，不易跑合，与之相配的轴颈必 须脆硬。
青铜可单独做成轴瓦。为了节约有色金属，可将青铜浇铸在钢或铸铁 轴瓦内壁上。
用作轴瓦材料的青铜，主要有锡磷青铜、锡锌青铜、铝铁青铜 。
一般用于中速重载、中速中载合低速重载的轴承上 。
轴的转速，r/min
轴瓦材料的许用值，N∙m/(mm2∙s)
pv F dn Fn ≤[ pv]
Bd 60100019100B
二、推力轴承
轴环数
F
p
4
F (d22
d12
)z
≤[
p]
d2
推力环的平均速度
vm
dmn
601000
pvm≤[ pv]
d1 d2
d1
平均直径，（d1＋d2）/2
例12－1 试按非液体摩擦状态设计电动绞车中卷筒两端的滑动轴承。钢绳 拉力W为20kN，卷筒转速为25r/min，结构尺寸如图所示，其中 轴颈直径d＝60mm。
根据上述计算，可知选用铸锡锌铅青铜（ZQSn6-3-3）作为轴瓦材 料是足够的，其[p]＝8N/mm2，[pv]＝10N·m/(mm2·s)。
§12-5 动压润滑的形成原理
B板静止不动，A板以速度v向左运动，板间充满润滑油。 当板上无载荷时两平行板之间液体的速度呈三角形分布，板A、B之间 带进的油量等于带出的油量，因此两板间油量保持不变，即板A不会下沉。 若板A上承受载荷F时，油向两侧挤出，于是板A逐渐下沉，直到与B 板接触。
跑合，常用于高速、重载的轴承。
价格较贵，机械强 度较差，只能作为轴承 衬材料浇铸在钢、铸铁 或青铜轴瓦上。青铜的 导热性良好。
第十二章滑动轴承
二、摩擦状态 1.干摩擦 固体表面直接接触，因而 →功耗↑ 磨损↑ 不许出现干摩擦！ 2.边界摩擦 运动副表面有一层厚度<1 μ m 的薄油膜， 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。
vv
温度↑ →烧毁轴瓦
v
比干摩擦的磨损轻， f ≈ 0.1~0.3 3.液体摩擦 有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不 直接接触。 摩擦和磨损极轻， f ≈ 0.001~0.01
v
在一般机器中，处于以上情况的混合状态。 边界摩擦
f
混合摩擦 液体摩擦
o
摩擦特性曲线
η n/p
称无量纲参数η n/p 为轴承特性数η -动力粘度， p-压强， n-每秒转数。
三、磨损 典型的磨损过程 1、磨合磨损过程 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，此粗糙度不会继续 改变，所占时间比率较小。
二、轴瓦的结构
厚壁轴瓦 卷制轴套 薄壁轴瓦 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。 进油孔 油沟 F
整体轴套
油沟形式
d
宽径比 B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比， 是重要参数。 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=0.5~1 B/d=0.8~1.5
常采用自动调心式轴承，一般 B/d=0.5~1.5。
2、止推（推力）滑动轴承 作用：用来承受轴向载荷 结构特点：由轴承座和止推轴颈组成
a)实心式
b)空心式
c)单环式
d)多环式
§12-2
滑动轴承的失效形式、轴（轴承衬）瓦材料、结构 和轴承润滑
一、失效形式： 1、磨粒磨损 2、刮伤 3、胶合 4、疲劳剥落 5、腐蚀
第12章滑动轴承PPT课件
邓 召
错动。
义
轴承盖上部开有螺纹孔，用以安装油杯。
轴瓦也是剖分式的，通常由下轴瓦承受载荷。
为了节省贵重金属或其它需要，常在轴瓦内 表面上浇注一层轴承衬。
在轴瓦内壁非承载区开设油槽，润滑油通过 油孔和油槽流进轴承间隙。
轴承剖分面最好与载荷方向近似垂直，多数 * 轴承的剖分面是第12水章滑平动轴承的(也有做成6倾斜的)。
用的结构形式有空心式，单环式和多环式， 下
其结构及尺寸见下图。通常不用实心式轴径，
邓 召
因其端面上的压力分布极不均匀，靠近中心 义
处的压力很高，对润滑极为不利。
空心式轴径接触面上压力分布较均匀，润滑条 件较实心式有所改善。
单环式是利用轴颈的环形端面止推，而且可以 利用纵向油槽输入润滑油，结构简单，润滑方 便，广泛用于低速，轻载的场合。
学习目标
滑动轴承的特点和应用场合；对滑动轴承的典型结 构、轴瓦材料及其选用原则有一较全面的认识；掌 握不完全液体润滑滑动轴承和液体动力润滑径向滑 动轴承的设计原理及设计方法 。
*
第12章滑动轴承
1
§12-1 概述
机
根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动轴承和滚动轴
械 设
承两大类。
计
滚动轴承由于摩擦系数低，起动阻力小，且已标准化，对设计、下
另外，只能从轴颈端部装拆，对于重型机器的 轴或具有中间轴颈的轴，装拆很不方便，甚至 无法实现
所以这种轴承多用在低速、轻载或间歇性工作的 机器中。
*
第12章滑动轴承
5
(二)对开式径向滑动轴承
机 械
设
对开式滑动轴承由轴承座、轴承盖、剖分式 计
轴瓦和双头螺柱等组成。
下
机械设计12章(滑动轴承)
思考题答案：12-1 根据结构特点，滑动轴承分哪几类？各有什么特点？答：根据结构特点，滑动轴承分：1.整体式滑动轴承 这种轴承结构简单，成本低廉。
但轴套磨损后，轴承间隙过大时无法调整；另外，只能从轴颈端部装拆，对于重量大的轴或具有中间轴颈的轴，装拆很不方便，甚至在结构上无法实现。
所以这种轴承多用在低速、轻载或间歇性工作的机器中。
2.对开式滑动轴承 这种轴承装拆方便，且轴瓦磨损后可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙，同时，调整后应修刮轴承内孔。
3.自动调心滑动轴承 ，自动调心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。
4．止推滑动轴承 轴上的轴向力应采用推力轴承来承受。
止推面可以利用轴的端面，也可在轴的中段做出凸肩。
实心端面止推轴颈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，所以极少采用，相对滑动端面通常采用环状端面。
当载荷较大或双向载荷时，可采用多环轴颈。
12-2 常用的轴瓦材料有哪几种？轴承合金为什么只能做轴承衬？答：轴承常用的材料可以分为三大类：金属材料（如轴承合金、铜合金、铸铁等）、粉末冶金材料和非金属材料（工程塑料、碳—石墨等）。
轴承合金 又称巴氏合金或白合金，是由锡、铅、锑、铜等组成的合金。
它的减摩性、耐磨性、顺应性、嵌入性、磨合性都很好，但是价格昂贵、强度较低，因此常用作轴承衬材料。
12-3 轴瓦上为什么要开油槽？开油槽时应注意哪些问题？答：为使润滑油均布于轴瓦工作表面，在轴瓦的非承载区开设油孔和油槽。
油槽不宜过短，以保证润滑油流到整个轴瓦与轴颈的接触表面。
但是，也不得与轴瓦端面开通，以减少端部泄油。
习题12-1 一止推轴承的环形承压面的内径d 0=50mm ，外径 d =75mm ，许用平均压强[ p ]=0.52MPa ，求其能承受的最大轴向力。
第12章滑动轴承 wxd
铅青铜 →中速中载
3）铝基合金
铝青铜 →低速重载
铝锡合金： 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。
武汉科技大学专用
13
作者： 潘存云教授
5）多孔质金属材料 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。
固体润滑剂
二、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。
武汉科技大学专用
24
作者： 潘存云教授
选择原则： １．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。 ２．所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高 约20～30℃，以免工作时润滑脂过多地流失。
<0.1
L-AN150
0.1~0.3 0.3~2.5
L-AN68、110 L-AN46、68
0.1~0.3 0.3~0.6
L-AN100、150 L-AN100
2.5~5
L-AN32、46
0.3~1.2
L-AN68、100
5~9.0 >9.0
L-AN15潘、存云2教2授、研制32 L-AN7、10、15
一、轴瓦的形式和结构
按构造 整体式 分 类 对开式
需从轴端安装和拆 卸，可修复性差。
轴 按尺寸 瓦 分类 的 类 按材料 型 分类
按加工 分类
武汉科技大学专用
整ห้องสมุดไป่ตู้轴套
对开式轴瓦
第十二章滑动轴承PPT课件
2、求解 取“微单元体”：
X 0:
pdydz ( p p dx )dydz dxdz ( dy )dxdz 0
x
y
p
x y
由牛顿粘性定律
u
y
p 2u
x y 2
（u:流体流动速度）
流体的压力变化与速度的变化情况成正比 第26页/共45页
1.油层的速度分布
2u 1 p
y2 x
yx
第27页/共45页
2.润滑油流量： 无侧漏时，润滑油在单位时间内流经
任意截面上单位宽度面积的流量为：
q h udy vh h3 p
0
2 12 x
设在最大油压Pmax处，h=h0(即
p x
0时，h=h0)，此时：
q
v 2
h0
连续流动方程：任何截面沿x方向单位宽度流量q相等
∴
1 2vh0
1vh 2
1
12
p x
h3
p x
6v
(h h0 ) h3
一维雷诺方程
第28页/共45页
3、油楔承载机理
由
p x
6v
(h h0 ) h3
油压变化与η、v、h有关
h0
p →积分→油膜承载能力 →平衡外载
当h＞h0时，xp 0 ，油压为增函数； 当h=h0时，xp 0 ，p=pmax； 当h＜h0时，xp 0 ，油压为减函数。 可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大于入口、出口处油压
第16页/共45页
§12—5 滑动轴承润滑剂的选用
润滑剂┌润滑油→液体 │润滑脂→润滑油＋稠化剂 └固体润滑剂→石墨、ＭoS2、聚四氟乙稀
一. 润滑油及其选择
润滑油是应用最广的润滑剂 主要性能指标: 粘度、润滑性（油性）、极压性、闪 点、凝点等