第15章 滑 动 轴 承 §15-1 摩 擦 状 态 §15-2 滑动轴承的结构型式 §15-3 轴瓦及轴承衬材料

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1 第15章 滑 动 轴 承 §15-1 摩 擦 状 态 §15-2 滑动轴承的结构型式 §15-3 轴瓦及轴承衬材料
第15章 滑 动 轴 承 § 摩 擦 状 态 § 滑动轴承的结构型式 § 轴瓦及轴承衬材料 § 润滑剂和润滑装置 § 非液体摩擦滑动轴承的计算 § 动压润滑的基本原理 § 液体动压多油楔轴承简介 § 静压轴承与空气轴承简介

2 概 述 轴承的功用： 1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度； 2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 分类： 滚动轴承 滑动轴承
概 述 轴承的功用： 1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度； 2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 分类： 滚动轴承 滑动轴承 优点多，应用广 用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。 应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。 只要有相对转动的地方，几乎都要用到轴承！！

3 §15-1 摩擦状态 1. 干摩擦 v 固体表面直接接触，因而 →功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁 不允许出现干摩擦！ 2. 边界摩擦
§ 摩擦状态 1. 干摩擦 v 固体表面直接接触，因而 →功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁 不允许出现干摩擦！ 2. 边界摩擦 v 运动副表面有一层厚度<1 μm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。 比干摩擦的磨损轻，f ≈ 0.1 ~ 0.3 3. 液体摩擦 v 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 ≈ ~ 0.01

4 §15-1 摩擦状态 在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。 摩擦特性曲线 边界摩擦 f 混合摩擦 液体摩擦 o ηn/p
§ 摩擦状态 在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。 f ηn/p o 边界摩擦 混合摩擦 液体摩擦 摩擦特性曲线 称无量纲参数ηn/p为轴承特性数。 η-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数

5 § 滑动轴承的结构型式 向心滑动轴承 主要承受径向载荷 滑动轴承的类型 推力滑动轴承 主要承受轴向载荷

6 §15-2 滑动轴承的结构型式 一、 向心滑动轴承 组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。 关键部件 联接螺栓 螺纹孔 轴承座 轴承盖 轴承
§ 滑动轴承的结构型式 一、 向心滑动轴承 组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。 联接螺栓 轴承座 螺纹孔 轴承盖 轴承 榫口 整体式向心滑动轴承 轴瓦 关键部件 轴承座 剖分式向心滑动轴承

7 §15-2 滑动轴承的结构型式 整体轴套 卷制轴套 薄壁轴瓦 厚壁轴瓦
§ 滑动轴承的结构型式 厚壁轴瓦 薄壁轴瓦 卷制轴套 整体轴套 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。 F 进油孔 油沟

8 §15-2 滑动轴承的结构型式 二、 推力滑动轴承 作用：用来承受轴向载荷
§ 滑动轴承的结构型式 二、 推力滑动轴承 作用：用来承受轴向载荷 结构特点： 在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为6~12。 ---倾角固定，顶部预留平台， 固定式 可倾式 ---倾角随载荷、转速自行调整，性能好。 类型 F 巴氏合金 F 绕此边线 自行倾斜

9 §15-3 轴瓦及轴承衬材料 轴瓦材料的要求： 1）摩擦系数小； 轴承衬 2）导热性好，热膨胀系数小； 3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；
4）有足够的机械强度和塑性。 工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。 一、轴承合金（白合金、巴氏合金） 1）锡锑轴承合金 优点： f 小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。

10 §15-3 轴瓦及轴承衬材料 缺点：价格贵、机械强度较差； 只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。
滑动轴承的材料 缺点：价格贵、机械强度较差； 只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。 工作温度：t<120℃ （由于巴式合金熔点低）

11 §15-3 轴瓦及轴承衬材料 2）青铜 优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250 ℃。
滑动轴承的轴瓦结构1 2）青铜 优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250 ℃。 缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。 青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。 铝青铜 铅青铜 锡青铜 →中速重载 →中速中载 →低速重载

12 §15-3 轴瓦及轴承衬材料 3）具有特殊性能的轴承材料
含油轴承： 用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。 铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。 橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。 塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。 缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。

13 §15-4 润滑剂和润滑装置 一、润滑剂 轴承润滑的目的：降低摩擦功耗，减少磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈等作用。 润滑剂分为：
1)液体润滑剂——润滑油； 2)半固体润滑剂——润滑脂； 3)固体润滑剂等。 1．润滑油 特点：有良好的流动性。 适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。

14 §15-4 润滑剂和润滑装置 润滑油最重要的物理性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依据。润滑油的粘度是指润滑油抵抗变形的能力，它标志着液体内部产生相对运动时内摩擦阻力的大小。 润滑油的粘度有动力粘度η和运动粘度ν。 动力粘度η为：长、宽、高各为1m的液体，如果使上下平面间以u=1m/s的相对速度运动，所需施加的力F 为1N 时，该液体的粘度为1个国际单位制的动力粘度，以Pa·s(帕·秒)表示，1Pa·s=1N·s/m2 。动力粘度又称绝对粘度。 运动粘度ν，它等于动力粘度与液体密度ρ的比值，即在国际单位制中，ν的单位是m2/s。

15 §15-4 润滑剂和润滑装置 一般润滑油的牌号就是该油在40℃时的运动粘度(单位为cSt (厘斯)或mm2/s) 的平均值，见表15－2。
选择原则：主要考虑润滑油的粘度。 转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。 高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。 2. 润滑脂 润滑脂是由润滑油和各种稠化剂(如钙、钠、铝、锂等金属皂)混合稠化而成。 特点： 无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 适用场合：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。

16 §15-4 润滑剂和润滑装置 针入度（锥入度）：表示润滑脂性能的重要参数。在25℃时，总荷重为150±0.25g的标准锥在5s内垂直穿入润滑脂试样的深度叫润滑脂锥入度，以1/10mm表示。锥入度是表示润滑脂软硬的项目。锥入度越大，稠度越大，稠度越小，润滑脂就越软。反之，则润滑脂越硬，稠度越大。 润滑脂的选择原则： 1) 当压力高和滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；反之，选择针入度大的润滑脂。 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。

17 §15-4 润滑剂和润滑装置 3.固体润滑剂 固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氯乙烯树脂等多种品种。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。 使用方法： 1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面； 2）或调配到润滑油和润滑脂中使用； 3）渗入轴承材料中或成型后镶嵌在轴承中使用。

18 §15-4 润滑剂和润滑装置 二、润滑装置 滑动轴承的给油方法多种多样。 1）压力润滑； 2）滴油润滑； 3）油浴飞溅润滑；
4）旋盖式注油油杯（用于脂润滑）； 5）油环润滑； 7）油绳润滑； 8）压注油杯润滑等 6）油垫润滑； 压力润滑 油环润滑

19 §15-4 润滑剂和润滑装置 压注油杯润滑 旋盖式注油油杯 油绳润滑 针阀式注油杯

20 § 非液体摩擦滑动轴承的计算（自学） 非液体摩擦滑动轴承可用润滑油润滑，也可用润滑脂润滑。在润滑油、润滑脂中加入少量鳞片状石墨或二硫化铝粉末，有助于形成更坚韧的边界油膜，且可填平粗糙表面而减少磨损。 维持边界油膜不遭破裂，是非液体摩擦滑动轴承的设计依据。 计算方法是间接的、条件性的。 计算内容： 限制压强 p 、pv值、滑动速度v ，不超过许用值。

21 §15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 一、向心轴承
§15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 一、向心轴承 1．轴承的压强p：限制轴承压强p，以保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴瓦产生过度的磨损。即 式中：F为轴承径向载荷，N；B为轴瓦宽度，mm；d为轴颈直径，mm;［p］为轴瓦材料的许用压强，MPa(表15-1)。 2. 轴承的pv值 pv值与摩擦功率损耗成正比，它简略地表征轴承的发热因素。 pv值越高，轴承温升起高，容易引起边界油膜的破裂。

22 §15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 pv值的验算式为：
§15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 pv值的验算式为： 式中： n为轴的转速，r/min；[pv]为轴瓦材料的许用值，MPa·m/s(表 15- 1)。 ３．验算滑动速度 v (m/s) 式中：[ v]—材料的许用滑动速度。

23 §15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 二、推力轴承
§15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 F a d1 d2 二、推力轴承 由右图可知，推力轴承应满足 推力轴承的[p]和[pv]值由表15-1查取。对于多环推力轴承，由于制造和装配误差使各支承面上所受的载荷不相等，[p]和[pv]值应减小20％~40％。

24 § 动压润滑的基本原理 动画

25 § 动压润滑的基本原理

26 §15-6 动压润滑的基本原理 形成动压油膜的必要条件是： 一、动压润滑的形成原理和条件 两工作表面间必须有收敛的楔形间隙；
§ 动压润滑的基本原理 一、动压润滑的形成原理和条件 形成动压油膜的必要条件是： 两工作表面间必须有收敛的楔形间隙； 两工作表面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体； 两工作表面间必须有一定的相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。 此外，对于一定的载荷F，必须使速度v，粘度η及间隙等匹配恰当(充分条件)。

27 §15-6 动压润滑的基本原理 二、液体动压润滑的基本方程 1. 速度分布方程
§ 动压润滑的基本原理 二、液体动压润滑的基本方程 对照图15-18，假设： 1) z向无限长，润滑油在z向没有流动； 2) 压力p不随y值的大小而变化，即同一油膜截面上压力为常数(由于油膜很薄，故这样假设是合理的)； 3) 润滑油粘度η不随压力而变化，并且忽略油层的重力和惯性； 4) 润滑油处于层流状态。 1. 速度分布方程 在油膜中取出一微单元体，它承受油压p和内摩擦切应力τ(图15-18)。根据平衡条件，得

28 §15-6 动压润滑的基本原理 整理后，得 : 将 代入上式，得
§ 动压润滑的基本原理 整理后，得 : 将 代入上式，得 此式表明，任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率dp/dx，与该点速度梯度(y向)的导数有关。 上式对y积分得

29 §15-6 动压润滑的基本原理 式中C1、C2是积分常数，可由边界条件来确定。 当 y=0时，u=-v，所以C2=-v;
§ 动压润滑的基本原理 式中C1、C2是积分常数，可由边界条件来确定。 当 y=0时，u=-v，所以C2=-v; 当y=h时，u=0，所以 代回原式并整理之 由上式可知，油层的速度u 由两部分组成：式中后一项的速度呈线性分布，这是直接在板 A 的运动下由各油层间内摩擦力的剪切作用所 引 起 的 流动，称为剪切流；式中前一项的速度呈抛物线分布，这是由于油膜中压力沿y 方向的变化所引起的流动，称为压力流。

30 § 动压润滑的基本原理 2. 流量方程 根据流体的连续性原理，流过不同截面的流量应该是相等的，为此先求任意截面上的流量(z方向取单位长) 3. 液体动压润滑的基本方程———一维雷诺方程 取图15-16c上的b-b截面，该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0，故 式中的负号表示流速的方向与x方向相反。

31 §15-6 动压润滑的基本原理 因流经两个截面上的流量相等，故
§ 动压润滑的基本原理 因流经两个截面上的流量相等，故 式(15-9)为液体动压润滑的基本方程，称为一维雷诺方程。它描述了两平板间油膜压力p的变化与润滑油的动力粘度η、相对滑动速度v及油膜厚度h之间的关系。 当h=h0 (b-b截面)时，dp/dx =0，p有极大值pmax，所以b点是对应于pmax处的特定点。又dp/dx =0，即 d2u/dy2=0，所以速度梯度du/dy必须是常量，亦即b-b截面处的速度呈三角形分布。 由式(15-9)可求出油膜压力p沿x方向分布的曲线(图15-16c)，再根据油膜压力的合力，便可确定油膜的承载能力。但实际轴承的宽度是有限的，计算中必须考虑润滑油从轴承两端泄漏对油膜承载能力的影响。

32 §15-7 液体动压多油楔轴承简介 在多油楔滑动轴承中，轴瓦的内孔制成特殊形状，目的是在工作中产生多个油楔，形成多个动压油膜，借以提高轴承的工作稳定性加旋转精度。 a）椭圆轴承 b）固定式三油楔轴承 c）可倾式多油楔轴承

33 §15-8 静压轴承与空气轴承简介 一、静压轴承 静压轴承是依靠一套给油装置，将高压油压入轴承的间隙中，强制形成油膜，保证轴承在液体摩擦状态下工作。油膜的形成与相对滑动速度无关，承载能力主要取决于油泵的给油压力，因此静压轴承对高速、低速、轻载、重载下都能胜任工作。在启动、停止和正常运转时期内，轴与轴承之间均无直接接触，理论上轴瓦没有磨损，轴承寿命长，可以长时期保持精度。而且正由于任何时期内轴承间隙中均有一层压力油膜，故对轴和轴瓦的制造精度可适当降低，对轴瓦的材料要求也较低。

34 §15-8 静压轴承与空气轴承简介 应用节流器能随外载荷的变化而自动调节各油腔内的压力，节流器选择得恰当，可使主轴的位移e达到最小值。 节流器是静压轴承中的关键部分。 常用的节流器有小孔节流器(图15-21)和毛细管节流器等。 二、空气轴承 原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为润滑介质。 分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。 特点：高转速(n > r/min)、低摩擦损失、无污染、承载能力低。 应用：高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆等场合。