第07章滑动轴承设计.ppt

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1、机械设计 第第7 7章章 滑动轴承滑动轴承(Sliding bearings) (Sliding bearings) 1 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 2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 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 滑动轴承一般用在：滑动轴承一般用在： 优点多，一般机械中应用广优点多，一般机械中应用广 用于重载、高速、高精度及结构上要用于重载、高速、高精度及结构上要 求剖分等场合求剖分等场合 汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电

2、机、水泥 搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械中搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械中 机械设计 主主要内容要内容 一、滑动轴承的类型及其结构型式一、滑动轴承的类型及其结构型式 二、轴瓦的材料和结构二、轴瓦的材料和结构 三、轴承的润滑三、轴承的润滑 四、非液体摩擦滑动轴承的设计四、非液体摩擦滑动轴承的设计 五、液体摩擦滑动轴承的设计五、液体摩擦滑动轴承的设计 机械设计 受载方向受载方向 径向轴承径向轴承 推力轴承推力轴承 承受径向载荷承受径向载荷 承受轴向载荷承受轴向载荷 7-1 7-1 概述概述 摩擦状态摩擦状态 非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承 液体摩擦滑动轴承液体摩擦滑动轴承 静压轴承静压轴

3、承 动压轴承动压轴承 一、滑动轴承的分类：一、滑动轴承的分类： 特点：系统复杂、工作可靠特点：系统复杂、工作可靠 应用：低速、频繁启动，载荷或转速变化大场合应用：低速、频繁启动，载荷或转速变化大场合 静压轴承：外界高压油输入轴承间隙，轴径与轴瓦由油膜分开静压轴承：外界高压油输入轴承间隙，轴径与轴瓦由油膜分开 特点：结构简单、要求制造精度高特点：结构简单、要求制造精度高 应用：高速、高旋转精度，高载荷或转速变化小的场合应用：高速、高旋转精度，高载荷或转速变化小的场合 动压轴承：轴径与轴瓦相对动，形成动压油膜，使轴径与轴瓦由油膜分开动压轴承：轴径与轴瓦相对动，形成动压油膜，使轴径与轴瓦由油膜分开

4、机械设计 二、摩擦状态的分类：二、摩擦状态的分类： 完全液体完全液体摩擦状态摩擦状态 润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存在润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存在 液体分子间的摩擦液体分子间的摩擦 润滑油膜部分地将摩擦表面隔开，有局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部地方是金属间的直接接触 边界摩擦状态边界摩擦状态 f f = 0.0010.008= 0.0010.008 f f = 0.0080.01= 0.0080.01 摩擦表面间没有任何物质的摩擦，阻力最大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，边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并存

5、， 通称非液体摩擦通称非液体摩擦 干摩擦状态干摩擦状态 f f = 0.010.1= 0.010.1 机械设计 完全液体完全液体摩擦摩擦 滑动轴承工作的最理想状态滑动轴承工作的最理想状态 但是要达到这种状态（流体但是要达到这种状态（流体 动压）必须满足一定的条件动压）必须满足一定的条件 非液体非液体摩擦摩擦 低速、不太重要的轴承低速、不太重要的轴承 重要轴承要按完全液体摩擦状态来设计重要轴承要按完全液体摩擦状态来设计 机械设计 一、向心滑动轴承一、向心滑动轴承 整体式整体式 结构简单、刚度大结构简单、刚度大 7-2 7-2 滑动轴承的结构形式滑动轴承的结构形式 轴只能从端部装入，磨损后轴与轴轴

6、只能从端部装入，磨损后轴与轴 瓦间的间隙无法调整瓦间的间隙无法调整 剖分式剖分式 由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓构成由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓构成 结构较繁、间隙可调，装拆方便，广泛采用结构较繁、间隙可调，装拆方便，广泛采用 机械设计 自动调心式自动调心式 轴承宽径比较大时，若轴发生弯曲变形，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易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触 适合适合B/dB/d1.51.5的轴承的轴承 剧烈磨损和发热剧烈磨损和发热 轴瓦可随轴的弯曲或倾斜而自动调心，可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保证轴颈与轴瓦的均匀接触

7、 间隙可调式间隙可调式 通过锥形表面的移动来调整轴颈与轴通过锥形表面的移动来调整轴颈与轴 瓦的间隙瓦的间隙 机械设计 二、推力滑动轴承二、推力滑动轴承 轴轴端面或轴环端面是承载面端面或轴环端面是承载面 实心式实心式 支撑面压强分布不均，磨损不均匀，使用较少支撑面压强分布不均，磨损不均匀，使用较少 空心式空心式 支撑面上压强分布较均匀，润滑条件有所改善支撑面上压强分布较均匀，润滑条件有所改善 单环式单环式 轴环端面承载，结构简单，润滑方便，低速轻载轴环端面承载，结构简单，润滑方便，低速轻载 多环式多环式 承载能力强，可承受双向轴向载荷承载能力强，可承受双向轴向载荷 ，但各环受载不均，但各环受载不

8、均 机械设计 一、材料基本要求一、材料基本要求 良好的耐磨性和减摩性及抗胶合性良好的耐磨性和减摩性及抗胶合性, ,并有足够的强度并有足够的强度 二、常用材料二、常用材料 铸铁铸铁轻载、低速的场合 轻载、低速的场合 锑、铜金属硬粒锑、铜金属硬粒 锡基体或铅基体锡基体或铅基体 轴瓦直接与轴颈接触，主要失效为：轴瓦直接与轴颈接触，主要失效为：磨损磨损和和胶合胶合 轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金） 摩擦系数小、抗胶合性能力强、摩擦系数小、抗胶合性能力强、 吸附性强，易跑合，但机械强度吸附性强，易跑合，但机械强度 较低、价昂较低、价昂 用作轴承衬，浇铸在钢或铸铁的轴瓦基体上！用作轴承衬，浇铸在钢

9、或铸铁的轴瓦基体上！ 7-3 7-3 轴瓦的材料和结构轴瓦的材料和结构 机械设计 铜合金铜合金 铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成的多孔性材料铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成的多孔性材料 用于载荷平稳、低速和加油不便场合，如排气扇等家电设备用于载荷平稳、低速和加油不便场合，如排气扇等家电设备 塑料、橡胶、尼龙等塑料、橡胶、尼龙等 摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀，但承载低、热变形大摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀，但承载低、热变形大 广泛应用于离心水泵、水轮机等设备中广泛应用于离心水泵、水轮机等设备中 粉末冶金粉末冶金 非金属材料非金属材料 疲劳强度高、耐磨性与减摩性好，可在较高温下工作，但疲劳强度高、耐磨性与减摩

10、性好，可在较高温下工作，但 可塑性差，不易跑合；用于中低速、重载场合可塑性差，不易跑合；用于中低速、重载场合 表表7-27-2列出了常用轴承材料性能及用途（部分）列出了常用轴承材料性能及用途（部分） 机械设计 机械设计 8-2 轴瓦的材料 材材 料料 牌号牌号 p p / MPa/ MPa v v /( /(m/sm/s) ) pvpv /( /(MPam/sMPam/s) ) 硬度硬度(HBS)(HBS)应应 用用 举举 例例 金属模金属模 砂砂 模模 铸铸 铁铁 灰铸铁灰铸铁 (HT150250)(HT150250) 0.140.1420.520.5160180160180 用于不受冲击的

11、低速、轻载轴用于不受冲击的低速、轻载轴 承承 铜铜 合合 金金 锡青铜锡青铜 ZCuSn10P1ZCuSn10P1 1515101015(20)15(20)90908080 用于重载、中速、高温及冲击用于重载、中速、高温及冲击 条件下工作的轴承条件下工作的轴承 锡青铜锡青铜 ZCuSn6Zn6Pb3ZCuSn6Zn6Pb3 8 8 3 3 10(12)10(12)65656060 用于中载、中速工作的轴承，用于中载、中速工作的轴承， 如起重机轴承及机床的一般主如起重机轴承及机床的一般主 轴轴承轴轴承 铝青铜铝青铜 ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3 3030 8 8 12(60)12(6

12、0)110110100100 铝铁青铜，用于受冲击载荷处铝铁青铜，用于受冲击载荷处 ，轴承温度可至，轴承温度可至300300。轴颈。轴颈 需淬火需淬火 铅青铜铅青铜 ZCuPb30ZCuPb30 25(25(平稳平稳) )121230(90)30(90) 2525 铅青铜，浇铸在钢轴瓦上做轴铅青铜，浇铸在钢轴瓦上做轴 承衬，可受很大的冲击载荷，承衬，可受很大的冲击载荷， 也适用于精密机床主轴轴承也适用于精密机床主轴轴承 15(15(冲击冲击) ) 8 8 (60)(60) 轴轴 承承 合合 金金 ZChSnSb11-6ZChSnSb11-6 （锡基）（锡基） 25(25(平稳平稳) )8080

13、20(100)20(100) 2727 用做轴承衬，用于重载、高速用做轴承衬，用于重载、高速 ，温度低于，温度低于110110的重要轴承的重要轴承, , 如汽轮机、内燃机、高转速的如汽轮机、内燃机、高转速的 机床主轴轴承等。机床主轴轴承等。 20(20(冲击冲击) )60601515 ZChPbSb16-16-ZChPbSb16-16- 2 2 （铅基）（铅基） 1515121210(50)10(50)3030 用于不剧变的重载、高速轴承用于不剧变的重载、高速轴承 ，如车床、发电机、压缩机、，如车床、发电机、压缩机、 轧钢机等。轧钢机等。 ZChPbSb15-5ZChPbSb15-5 （铅基）

14、（铅基） 5 5 8 8 5 5 2020 用于中速、中载且冲击不大的用于中速、中载且冲击不大的 轴承。如汽轮机、中等功率的轴承。如汽轮机、中等功率的 电动机、拖拉机、发动机、空电动机、拖拉机、发动机、空 压机的轴承压机的轴承 机械设计 三、三、 轴瓦的结构轴瓦的结构 与轴颈直接接触，应具有一定的强度和刚度，应定位可靠，与轴颈直接接触，应具有一定的强度和刚度，应定位可靠， 便于输入润滑剂，容易散热，调整方便便于输入润滑剂，容易散热，调整方便 常用轴瓦两种结构：整体式（也称轴套）和部分式常用轴瓦两种结构：整体式（也称轴套）和部分式 为节省贵重金属，常在轴瓦内表面上浇铸或轧制一层轴承合金为节省贵重

15、金属，常在轴瓦内表面上浇铸或轧制一层轴承合金 轴承衬，约轴承衬，约0.55mm0.55mm厚厚 轴承衬轴承衬 机械设计 轴瓦和轴承座间不允许相对位移，可轴瓦和轴承座间不允许相对位移，可 将轴瓦两端做成凸缘，或用销钉固定将轴瓦两端做成凸缘，或用销钉固定 在轴承座上在轴承座上 为使轴承获得良好的润滑，还需开设油孔和油沟为使轴承获得良好的润滑，还需开设油孔和油沟 油孔和油沟应开在非承载区内，否则会大大降低轴承承载能力油孔和油沟应开在非承载区内，否则会大大降低轴承承载能力 机械设计 7-4 7-4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 一、润滑目的：一、润滑目的： 有机油、矿物油、化学合成油有机油、矿物油、化

16、学合成油其中矿物油应用最广其中矿物油应用最广 二、润滑剂：二、润滑剂： 减小摩擦和磨损，降温，防锈、减振等作用减小摩擦和磨损，降温，防锈、减振等作用 绝大多数场合采用润滑油或润滑脂绝大多数场合采用润滑油或润滑脂 液体（水、油）、半固体（润滑脂）、固体（石墨）和气体液体（水、油）、半固体（润滑脂）、固体（石墨）和气体 润滑油润滑油 评判润滑油好坏的主要性能指标有：评判润滑油好坏的主要性能指标有： 粘度粘度、油性、氧化稳定性、闪点和燃点、凝固点、油性、氧化稳定性、闪点和燃点、凝固点 其中粘度是润滑油的最主要性能指标其中粘度是润滑油的最主要性能指标 机械设计 粘度的概念粘度的概念 粘度即粘度即流体抵

17、抗变形的能力流体抵抗变形的能力 粘度表征流体内摩擦阻力的大小，粘度越大，摩擦阻力越大粘度表征流体内摩擦阻力的大小，粘度越大，摩擦阻力越大 右图所示两平行板间充满一定粘度的润滑油右图所示两平行板间充满一定粘度的润滑油 假设润滑油为层流假设润滑油为层流 且润滑油只沿一个方向流动且润滑油只沿一个方向流动 各油层以不同速度各油层以不同速度u u移动移动 贴近静止板的油层速度贴近静止板的油层速度 u u = 0= 0 贴近移动板的油层速度贴近移动板的油层速度 u u = = v v 各油层间的相对滑移导致相应的剪切应力各油层间的相对滑移导致相应的剪切应力 t t 且与且与y y向的速度梯度成正比，即向的

18、速度梯度成正比，即 比例常数，即比例常数，即动力粘度动力粘度 ( ( 粘性流体摩擦定律，粘性流体摩擦定律， 也称牛顿粘性定律也称牛顿粘性定律 ) ) 表示表示u u 随随y y 的距的距 离增大而减小离增大而减小 机械设计 长宽高各为长宽高各为 1m 1m 的流体，若上下两面发生的流体，若上下两面发生 1m/s 1m/s 的相对滑动，所需施加的力为的相对滑动，所需施加的力为 1N 1N 时时 ，该流体的粘度为，该流体的粘度为 1 1 个国际单位制的动力个国际单位制的动力 粘度，记为粘度，记为 Pa.sPa.s 动力粘度动力粘度与同温下该流体密度的比值与同温下该流体密度的比值 该粘度也叫绝对粘度

19、，主要该粘度也叫绝对粘度，主要用于流体动力学计算用于流体动力学计算 润滑油的粘度润滑油的粘度 运动粘度运动粘度n n 动力粘度动力粘度h h 润滑油有两个粘度润滑油有两个粘度 润滑油牌号一般为润滑油牌号一般为40 C40 C时运动粘度的平均值时运动粘度的平均值 1P =1dyns/cm1P =1dyns/cm 2 2 =100cP=0.1Pas=100cP=0.1Pas动力粘度的物理单位是动力粘度的物理单位是P(P(泊泊) ) 粘度的常用单位粘度的常用单位 运动粘度的物理单位是运动粘度的物理单位是cmcm 2 2 /s /s，St(St(斯斯) ) 如：牌号为如：牌号为L-AN46L-AN46

20、 是指在是指在40 40 CC时油的运动粘度为时油的运动粘度为41.450.641.450.6厘斯厘斯 机械设计 表表14-2 14-2 常用润滑油的主要性质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 GB443-89GB443-89 汽轮机油汽轮机油 GB11120-89GB11120-89 代代 号号 40 40 的粘度的粘度 mmmm 2 2/s /s L-AN7 6.127.48 -10 110L-AN7 6.127.48 -10 110 凝点凝点 C C 闪点闪点( (开式开式) ) C 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

21、、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-AN100 90110 0 210 L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN10 9.011.0 -10 125 L-AN15 13.516.5 -10 165L-AN15 13.516.5 -10 165

22、 L-AN32 28.832.2 -10 170L-AN32 28.832.2 -10 170 L-AN46 41.450.6 -10 180L-AN46 41.450.6 -10 180 L-AN68 61.274.8 -10 190L-AN68 61.274.8 -10 190 L-TSA32 28.835.2L-TSA32 28.835.2 -7 180-7 180 L-TSA46 41.450.6L-TSA46 41.450.6 主要用途主要用途 机械设计 温度温度 压力压力 粘度粘度 粘度粘度 影响润滑油粘度的主要因素影响润滑油粘度的主要因素 压力较小时，对粘度的影响可忽略不压力较小

23、时，对粘度的影响可忽略不 计；但超过计；但超过100MPa100MPa时，不能忽略时，不能忽略 其它性能指标如：油性、氧化其它性能指标如：油性、氧化 稳定性、燃点等自学稳定性、燃点等自学 压力大、冲击、变载条件，选粘度高的油；压力大、冲击、变载条件，选粘度高的油； 速度高，选粘度低的油，以减少摩擦损失；速度高，选粘度低的油，以减少摩擦损失； 工作温度高，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降。工作温度高，应选粘度高的油，因粘度会随温度升高而下降。 润滑油的选择原则润滑油的选择原则 机械设计 润滑脂润滑脂 钙基钙基抗水性好、耐热性差、价廉抗水性好、耐热性差、价廉 钠基钠基抗水性差、耐热性好、防

24、腐性较好抗水性差、耐热性好、防腐性较好 锂基锂基抗水性和耐热性好抗水性和耐热性好 铝基铝基抗水性好、有防锈作用、耐热性差抗水性好、有防锈作用、耐热性差 主要指标：主要指标： 针入度：表征润滑脂稀稠针入度：表征润滑脂稀稠 润滑脂越稠润滑脂越稠 滴点：润滑脂受热后开始滴落的温度，表征耐高温的能力滴点：润滑脂受热后开始滴落的温度，表征耐高温的能力 润滑脂工作温度一般应低于滴点润滑脂工作温度一般应低于滴点20 30 20 30 CC 针入度针入度 承载能力承载能力 摩擦阻力摩擦阻力 在润滑油中添加了稠化剂的膏状混合物在润滑油中添加了稠化剂的膏状混合物 机械设计 三、润滑剂的选择原则：三、润滑剂的选择原

25、则： 类型选择类型选择 润滑油：润滑及散热效果较好，应用最广润滑油：润滑及散热效果较好，应用最广 液体摩擦和一般条件下的非液体摩擦滑动轴承采用液体摩擦和一般条件下的非液体摩擦滑动轴承采用 润滑脂：不易流失，维护容易，密封性好润滑脂：不易流失，维护容易，密封性好 用在难于经常供油的非液体摩擦滑动轴承用在难于经常供油的非液体摩擦滑动轴承 工作条件工作条件 轻轻载、高速：低粘度载、高速：低粘度 高温、重载、低速：高粘度高温、重载、低速：高粘度 结构特点及环境条件结构特点及环境条件 如润滑间隙小：低粘度；反之，高粘度如润滑间隙小：低粘度；反之，高粘度 如易燃如易燃处：高抗燃性处：高抗燃性 机械设计 一

26、、失效形式一、失效形式 磨损磨损 限制轴承的压强限制轴承的压强 p p ： 二、设计准则二、设计准则 胶合胶合 目的：保证润滑油不被过大压目的：保证润滑油不被过大压 力挤出，防止轴瓦过度磨损力挤出，防止轴瓦过度磨损 B d Fr 许用压强查许用压强查 表表7-27-2 向心滑动轴承：向心滑动轴承： 7-5 7-5 非液体摩擦滑动轴承的设计非液体摩擦滑动轴承的设计 机械设计 k k ：考虑油槽使支承面积减小的系数，考虑油槽使支承面积减小的系数，k k=0.80.9=0.80.9 d1 d0 Fa n z z ：推力环的数目推力环的数目 推力滑动轴承：推力滑动轴承： 机械设计 限制轴承限制轴承 p

27、vpv 值值 ： 目的目的 ：控制轴承的发热量，防止胶合破坏：控制轴承的发热量，防止胶合破坏 代表了轴承单位面积摩擦功率代表了轴承单位面积摩擦功率( (发热量发热量) )的大小的大小 向心轴承：向心轴承： 推力轴承：推力轴承： 限制轴承的限制轴承的v v 值值 ： 限制因滑动速度过大而过度磨损限制因滑动速度过大而过度磨损 机械设计 三、三、 设计步骤设计步骤 1 1、 选择轴承结构型式及轴瓦材料选择轴承结构型式及轴瓦材料 2 2、初定轴承基本尺寸参数、初定轴承基本尺寸参数 选择宽径比选择宽径比 承载能力承载能力 散热性散热性 油温油温 3 3、 校核计算校核计算( (p p、v v、pvpv)

28、 ) 4 4、 选择轴承的配合（表选择轴承的配合（表8-38-3） 5 5、选择润滑剂和润滑装置、选择润滑剂和润滑装置 机械设计 7-6 7-6 液体摩擦动压滑动轴承的设计液体摩擦动压滑动轴承的设计 一、动压油膜的形成机理一、动压油膜的形成机理 v 平行表面间不会产生压力！平行表面间不会产生压力！ F F 进油口进油口流量：流量： h 出油出油口口流量：流量： L 故：平行板不能承受载荷！故：平行板不能承受载荷！ x y 机械设计 v 楔形间隙会产生压力油膜！能承受外载！楔形间隙会产生压力油膜！能承受外载！ 进油口进油口流量：流量： 在楔形在楔形间隙内产生挤压，形成压力！间隙内产生挤压，形成压

29、力！ 出油出油口口流量：流量： 压力会阻止入口流速降低，出口流速增大，以维持流量守恒！压力会阻止入口流速降低，出口流速增大，以维持流量守恒！ h1h2 油的粘性和压力的作用，改变了油层速度变化规律油的粘性和压力的作用，改变了油层速度变化规律 两倾斜板之间：两倾斜板之间： 机械设计 假设假设油按层状流动油按层状流动 忽略压力、温度的影响忽略压力、温度的影响 油不可压缩油不可压缩 油层在油层在Z Z方向无流动方向无流动( (板无限宽板无限宽) ) 2. 2. 液体动压润滑的基本方程液体动压润滑的基本方程 对单元体：对单元体： 得：得： 牛顿粘性定律：牛顿粘性定律： 对对 y y 积分：积分： 边界

30、条件：边界条件： 机械设计 x x方向上任意截面上单位宽度的流量：方向上任意截面上单位宽度的流量： 设油膜压力最大处设油膜压力最大处( ( 此截面此截面 ) )的间隙为的间隙为h h 0 0 则：则： 因为流体是连续的，所以有因为流体是连续的，所以有 得一维雷诺方程：得一维雷诺方程： 机械设计 讨论一：油膜压力沿讨论一：油膜压力沿 x x 方向变化规律方向变化规律 由单元体受力平衡已得：由单元体受力平衡已得： 平行板平行板 平行板间油膜压力沿平行板间油膜压力沿 x x 方向无变化，等于入口处压力方向无变化，等于入口处压力 ( ( 压力为压力为 0)0) 机械设计 倾斜板倾斜板 油压油压p p的

31、分布由一维雷诺方程可得：的分布由一维雷诺方程可得： 入口处速度图形为凹形入口处速度图形为凹形 板上ab段：h h0故：故： 出口处速度图形为凸形出口处速度图形为凸形 板上bc段：h h0故：故： 机械设计 在处 油膜厚度为油膜厚度为h h 0 0 油膜压力达油膜压力达p pmax max u u沿沿y y方向线性分布方向线性分布 抛物线分布、由油抛物线分布、由油 压沿压沿x x方向变化引起方向变化引起 线性分布、线性分布、 由板运动引起由板运动引起 速度速度u u的分布：的分布： 机械设计 由 可知： 两工作表面必须形成收敛两工作表面必须形成收敛 的楔形间隙的楔形间隙 若则： 讨论二：液体摩擦

32、形成的条件讨论二：液体摩擦形成的条件 油压油压p p无变化，为常数无变化，为常数 两工作表面必须有一定的相对运两工作表面必须有一定的相对运 动，且动，且 v v 方向是从大口到小口方向是从大口到小口 间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油 无粘度无粘度各油层无速度各油层无速度两板间油无流动两板间油无流动不能形成油膜压力不能形成油膜压力 否则会形成负压否则会形成负压 机械设计 讨论三、向心动压滑动轴承动压油膜的形成过程讨论三、向心动压滑动轴承动压油膜的形成过程 n n =0 =0，静止，静止 2 2、刚启动、刚启动 3 3、转速不、转速不 高时，高时，n n

33、 4 4、稳定运行时、稳定运行时 1 1、停车时、停车时 金属直接接触金属直接接触 n n 0 0 摩擦力使摩擦力使 轴颈右移轴颈右移 油膜压力将轴油膜压力将轴 颈托起，其合颈托起，其合 力将轴颈左推力将轴颈左推 油膜压力将油膜压力将 轴颈完全托轴颈完全托 起，其合力起，其合力 与外载平衡与外载平衡油膜压力油膜压力 偏心距偏心距e e n n 机械设计 三、动压向心滑动轴承承载能力的计算三、动压向心滑动轴承承载能力的计算 如何求得动压油膜的承载能力？如何求得动压油膜的承载能力？ 承载区任意点的油膜压力承载区任意点的油膜压力p p表达式表达式 整个承载区垂直向上的承载力整个承载区垂直向上的承载力

34、 沿宽度方向总承载力沿宽度方向总承载力F F F = ？ 转化为倾斜板间的相对运动转化为倾斜板间的相对运动 用雷诺方程求解用雷诺方程求解 圆周方向上总的压力圆周方向上总的压力 考虑两端润滑油泄漏考虑两端润滑油泄漏 考虑轴瓦上油沟对压力的影响考虑轴瓦上油沟对压力的影响 机械设计 承载能力的计算过程：承载能力的计算过程： 转换为极坐标系转换为极坐标系 h O2 O1 取o1o2连线为极坐标轴 轴承半径间隙：轴承半径间隙： 轴承相对间隙：轴承相对间隙： 轴承偏心率：轴承偏心率： 任意角任意角j j 处，轴承的油膜厚度为：处，轴承的油膜厚度为： j 0 时： j p 时： 偏心距偏心距e e： 最大油

35、膜厚度最大油膜厚度 最小油膜厚度最小油膜厚度 轴瓦半径为轴瓦半径为R R，轴的半径为，轴的半径为r r 两者名义尺寸相同，偏差不同两者名义尺寸相同，偏差不同 轴瓦轴瓦 轴轴 j MM N N o o2 2 o o1 1 MM N N C C r r 机械设计 假设轴承无限宽，不考虑润滑油沿轴向流动，则油膜假设轴承无限宽，不考虑润滑油沿轴向流动，则油膜 压力用一维雷诺方程计算：压力用一维雷诺方程计算： 将上述方程用极坐标的形式表达，且将上述方程用极坐标的形式表达，且 代代入一维雷入一维雷诺诺方程整理得：方程整理得： O2 O1 j MM N N j1 j1为为油膜油膜 起始起始角度角度 机械设计

36、 把任一点处的油膜压力把任一点处的油膜压力p p j j 分解为水平方向和分解为水平方向和 垂直方向的分力：垂直方向的分力： p p j jx x ， p p j jy y 在整个圆周上，所有水平方向的合力为零，在整个圆周上，所有水平方向的合力为零， 故不考虑水平分力故不考虑水平分力 考虑轴承两端的润滑油的泄漏：考虑轴承两端的润滑油的泄漏： 在整个圆周上，所有垂直方向的合力为：在整个圆周上，所有垂直方向的合力为： 故故整个滑动轴承的油膜承载能力为：整个滑动轴承的油膜承载能力为： 任一点处的垂直分力为：任一点处的垂直分力为： O2 O1 j MM N N j1 pj pjy pjx 外载作用的外

37、载作用的 位置角位置角 ja K KB B ：考虑端泄使油：考虑端泄使油 膜压力降低的系数膜压力降低的系数 机械设计 向心滑动轴承的承载大小向心滑动轴承的承载大小 承载量系数承载量系数 机械设计 承载量系数承载量系数 当轴承结构当轴承结构确定确定 讨论：讨论： 由 可计算轴承能承受多大的 径向载荷 F (图7-16) 即运用此公式可计算轴承承载能力问题即运用此公式可计算轴承承载能力问题 图7-16 机械设计 可判定轴承在给定载荷可判定轴承在给定载荷F F下是否工作在液体摩擦状态下是否工作在液体摩擦状态 由由 计算得到计算得到C C P P 由偏心率可计算承受外载由偏心率可计算承受外载 F F时

38、要多大的最小油膜厚度时要多大的最小油膜厚度 由由 可查得偏心率可查得偏心率 动压润滑条件：动压润滑条件： 轴瓦表面粗糙度轴颈表面粗糙度 h h 许用油膜厚度值许用油膜厚度值 机械设计 四、动压向心滑动轴承热平衡计算四、动压向心滑动轴承热平衡计算 计算目的：计算目的： 摩擦发热量摩擦发热量油流动带走的热量油流动带走的热量 轴承座散热量轴承座散热量 控制轴承发热量，不使润滑油温度过高而失控制轴承发热量，不使润滑油温度过高而失 效，从而使轴承出现胶合效，从而使轴承出现胶合 热平衡状态时：热平衡状态时： f f：液体摩擦系数：液体摩擦系数 F F：轴承所受载荷：轴承所受载荷 v v：轴颈圆周速度：轴颈

39、圆周速度 c c：润滑油比热：润滑油比热 ：润滑油密度：润滑油密度 Q Q：轴承耗油量：轴承耗油量 A A：轴承散热面积：轴承散热面积 a a s s ：轴承散热系数，依轴承结构和通风条件而定：轴承散热系数，依轴承结构和通风条件而定 t t：温升：温升 机械设计 分子分母同时除以分子分母同时除以FvdlFvdl C C f f ：摩擦特性系数：摩擦特性系数 C CQ Q ：流量系数：流量系数 C Cf f 和和C C Q Q 均为无量纲系数，且均为均为无量纲系数，且均为 l/dl/d 和和 的函数的函数 图图7-167-16 图图7-177-17 图7-17 机械设计 实际上达到热平衡时，从入

40、口到出口，润滑油的温度并不实际上达到热平衡时，从入口到出口，润滑油的温度并不 上是处处相等，而是逐渐升高的上是处处相等，而是逐渐升高的 计算轴承承载能力时，采用平均温度计算轴承承载能力时，采用平均温度 定得过低、外部冷却难 注意动压轴承设计时：注意动压轴承设计时： 初始温度初始温度t t 1 1 取为环境温度，一般取为环境温度，一般 左右左右 需要知道润滑油粘度。而粘度应取为平均温度下的粘度，需要知道润滑油粘度。而粘度应取为平均温度下的粘度， 但此值未知，可采用试算法，初选但此值未知，可采用试算法，初选 左右左右 算得的算得的t t 3030，t tm m初选值与计算值相差大于 初选值与计算值

41、相差大于 5C 5C 时，时， 必必 须重选须重选t tm m初选值重新计算 初选值重新计算 机械设计 五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计：五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计： 设计约束：设计约束： 见非见非液体摩擦滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承设计 机械设计 1 1、初步确定一种设计方案、初步确定一种设计方案 根据轴承直径根据轴承直径d d、转速、转速n n及外载荷及外载荷F F等工作条件，参考有关经等工作条件，参考有关经 验数据，初步确定一种轴承的设计方案，具体包括：验数据，初步确定一种轴承的设计方案，具体包括： 确定轴承的结构型式确定轴承的结构型式 选定有关参数：选定有关参数： l l /

42、 /d d、 y y 、 h h 、R R z z 和几何形状偏差等和几何形状偏差等 选择轴瓦结构和材料选择轴瓦结构和材料 在多种设计方案的基础上进行综合评定，选择一种最在多种设计方案的基础上进行综合评定，选择一种最 为合理的方案为合理的方案 2 2、校核计算、校核计算 主要包括轴承最小油膜厚度和润滑油温升计算，若不合主要包括轴承最小油膜厚度和润滑油温升计算，若不合 格需重新设计。还需校核格需重新设计。还需校核p p、v v及及pvpv值。值。 3 3、综合评定、综合评定 设计思路：设计思路： 机械设计 参数选择：参数选择： 相对间隙相对间隙 承载能力承载能力 回转精度回转精度 摩擦阻力摩擦阻

43、力 温度温度 的选择：的选择：载荷大、载荷大、 应取小一些，提高承载能力应取小一些，提高承载能力 速度大、速度大、 应取大一些，减少发热应取大一些，减少发热 经验公式经验公式 （或见表（或见表7 73 3） 宽径比宽径比 轴承宽度轴承宽度 油膜压力油膜压力 承载能力承载能力 散热能力散热能力 温升温升 见表见表7-47-4取值取值 机械设计 粘度粘度 润滑油粘度润滑油粘度 承载能力承载能力 摩擦功耗摩擦功耗 温升温升 载荷大、速度低，选大粘度载荷大、速度低，选大粘度 载荷小、速度高，选小粘度载荷小、速度高，选小粘度 一般轴承：一般轴承： 最小油膜厚度最小油膜厚度 油膜压力油膜压力 承载承载 受

44、表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差等的限制受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差等的限制 一般： 不可能无限小不可能无限小 表面粗糙度见表表面粗糙度见表7-57-5 机械设计 设计例题：设计例题： 设计汽轮机转子的向心动压滑动轴承。已知：轴承直径设计汽轮机转子的向心动压滑动轴承。已知：轴承直径d d=200mm=200mm。载载 荷荷F F=65000N=65000N，轴颈转速轴颈转速n n=3000r/min=3000r/min，载荷垂直向下，装配要求轴承载荷垂直向下，装配要求轴承 剖分，拟采用剖分，拟采用L-AN32L-AN32号润滑油。进油温度控制在号润滑油。进油温度控制在

45、4040左右左右 1 1、确定轴承的结构型式确定轴承的结构型式 正剖分轴承结构，由剖分面两侧供油，轴承包角正剖分轴承结构，由剖分面两侧供油，轴承包角180180 2 2、确定轴承宽度确定轴承宽度 轴承宽径比轴承宽径比l l/ /d d0.80.8 轴承宽度轴承宽度 l l=(=(l l/ /d d) ) d d=0.8 =0.8 200=0.16m 200=0.16m 3 3、计算轴承的计算轴承的p p、v v、和、和pvpv值值 机械设计 4 4、选择轴瓦材料、选择轴瓦材料 根据根据p p、v v、和、和pvpv值由表值由表7 72 2 选得选得 5 5、参数选择、参数选择 假设平均油温假设

46、平均油温 运动粘度由图运动粘度由图14-214-2查得为：查得为：n n =20mm=20mm 2 2/s /s 相对间隙相对间隙 取为取为 0.0019 0.0019 润滑油牌号由题意润滑油牌号由题意L LAN32AN32油油 则则动力粘度为动力粘度为 nrnr=20=20 1010 6 6 900 9000.018 Pa0.018 Pa s s 机械设计 轴颈表面粗糙度轴颈表面粗糙度R Rz1 z1 、 、 R Rz2 z2 表表7 75 5，精磨，精磨 ， R Rz1 z1 1.6mm1.6mm， R Rz2 z2 3.2mm3.2mm 6 6、校核计算、校核计算 承载量系数承载量系数C C P P 由图由图7 71616查得偏心率查得偏心率 c c 0.660.66 最小油膜厚度最小油膜厚度 安全系数安全系数S S 机械设计 7 7、热平衡计算、热平衡计