1、2022-3-51第9章 滑動軸承工作能力設計9-1 滑動軸承概述滑動軸承概述9-2 滑動軸承的失效形式及常用材料滑動軸承的失效形式及常用材料9-3 混合潤滑滑動軸承的工作能力設計混合潤滑滑動軸承的工作能力設計9-4 流體動壓滑動軸承的工作能力設計流體動壓滑動軸承的工作能力設計潘海兵潘海兵2022-3-52分分類類滾動軸承滾動軸承軸承的功用軸承的功用：用來支承軸及軸上零件：用來支承軸及軸上零件 。 滑動軸承滑動軸承優點多，應用廣優點多，應用廣用于高速、高精度、重載、結構上用于高速、高精度、重載、結構上要求剖分等場合。要求剖分等場合。1能承擔一定的載荷，具有一定的強度和剛度。能承擔一定的載荷，具

2、有一定的強度和剛度。2具有小的摩擦力矩，使回轉件轉動靈活。具有小的摩擦力矩，使回轉件轉動靈活。3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉精度。具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉精度。一、軸承的基本要求一、軸承的基本要求 二、軸承的分類二、軸承的分類 按摩擦性按摩擦性質分質分按受載方按受載方向分向分按潤滑承按潤滑承載機理分載機理分徑向滑動軸承徑向滑動軸承 推力滑動軸承推力滑動軸承液體動壓潤滑滑動軸承液體動壓潤滑滑動軸承液體靜壓潤滑滑動軸承液體靜壓潤滑滑動軸承9.1 概述概述潘海兵潘海兵2022-3-53組成：組成：軸承座、軸套或軸瓦等。軸承座、軸套或軸瓦等。油杯孔油杯孔軸承軸承 1) 結構

3、簡單，成本低廉。結構簡單，成本低廉。應用：應用： 低速、輕載或間歇性工作的低速、輕載或間歇性工作的機器中。機器中。2) 因磨損而造成的間隙無法調整。因磨損而造成的間隙無法調整。3) 只能從沿軸向裝入或拆。只能從沿軸向裝入或拆。(1) 整體式徑向滑動軸承整體式徑向滑動軸承 軸承座軸承座特點：特點：潘海兵潘海兵2022-3-54將將軸承座軸承座或或軸瓦軸瓦分離分離制造，兩部分制造，兩部分用聯接螺栓。用聯接螺栓。剖分式向心滑動軸承剖分式向心滑動軸承螺紋孔螺紋孔軸承座軸承座軸承蓋軸承蓋聯接螺栓聯接螺栓剖分軸瓦剖分軸瓦(2) 剖分式徑向滑動軸承剖分式徑向滑動軸承 特點：特點：結構復雜，可以調整因磨損結構

4、復雜，可以調整因磨損而造成的間隙，安裝方便。而造成的間隙，安裝方便。應用場合應用場合：低速、輕載或間歇性工作的機器。低速、輕載或間歇性工作的機器。榫口榫口剖分式徑向滑動軸承剖分式徑向滑動軸承斜剖分式徑向滑動軸承斜剖分式徑向滑動軸承潘海兵潘海兵2022-3-55對開式徑向滑動軸承對開式徑向滑動軸承軸承座軸承座剖分軸瓦剖分軸瓦聯接螺栓聯接螺栓螺紋孔螺紋孔剖分面剖分面軸承蓋軸承蓋潘海兵潘海兵2022-3-56 為了安裝時容易為了安裝時容易對中對中，剖分面上制有階梯形的，剖分面上制有階梯形的定位止口定位止口，軸承上部油孔中，軸承上部油孔中的小油管亦有的小油管亦有止轉作用止轉作用。軸瓦磨損后，可用。軸瓦

5、磨損后，可用更換剖分面墊片更換剖分面墊片或或重新刮瓦重新刮瓦的方法的方法來調整軸承間隙。剖分式軸承裝拆方便，應用較廣。來調整軸承間隙。剖分式軸承裝拆方便，應用較廣。潘海兵潘海兵2022-3-57（3）自動調心式）自動調心式 對于寬徑比較大的滑動軸承（對于寬徑比較大的滑動軸承（L/D1.5），為避免因軸的），為避免因軸的撓曲撓曲或軸承孔或軸承孔的同軸度較低而造成軸與軸瓦端部邊緣產生的同軸度較低而造成軸與軸瓦端部邊緣產生局部接觸局部接觸（左圖），使軸瓦邊緣（左圖），使軸瓦邊緣產生局部磨損，可采用自動調心滑動軸承（右圖），其軸瓦外表面制成產生局部磨損，可采用自動調心滑動軸承（右圖），其軸瓦外表面制成

6、球面球面，當軸頸傾斜時，當軸頸傾斜時，軸瓦自動調心軸瓦自動調心。2022-3-58對開式調心軸承對開式調心軸承凸球面瓦背凸球面瓦背凹球面支承面凹球面支承面整體軸套整體軸套軸承襯軸承襯潘海兵潘海兵2022-3-59對開式調心軸承對開式調心軸承凸球面瓦背凸球面瓦背凹球面支承面凹球面支承面整體軸套整體軸套軸承襯軸承襯潘海兵潘海兵2022-3-510作用：作用：用來承受軸向載荷用來承受軸向載荷 推力滑動軸承推力滑動軸承 結構形式：結構形式：空心式空心式-軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式要好。軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式要好。單環式單環式-利用軸頸的環形端面止推，結構簡單，潤

7、滑方便，廣泛用于低速、利用軸頸的環形端面止推，結構簡單，潤滑方便，廣泛用于低速、輕載的場合。輕載的場合。多環式多環式-不僅能承受較大的軸向載荷，有時還可承受雙向軸向載荷。不僅能承受較大的軸向載荷，有時還可承受雙向軸向載荷。各環間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環式低各環間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環式低50%。 潘海兵潘海兵2022-3-511三、滑動軸承的應用領域三、滑動軸承的應用領域 (特點特點:課本課本P197) 1.工作工作轉速特高和特重載轉速特高和特重載的軸承，汽輪發電機，水輪發電機；的軸承，汽輪發電機，水輪發電機；2.要求對軸的要求對軸的支承位置特別精確支承位置特

8、別精確的軸承，如精密磨床；的軸承，如精密磨床； 3.承受承受巨大沖擊和振動載荷巨大沖擊和振動載荷的軸承，如破碎機；的軸承，如破碎機； 4.根據裝配要求根據裝配要求必須做成剖分式的軸承必須做成剖分式的軸承，如曲軸軸承；，如曲軸軸承； 6.在在特殊條件下特殊條件下（如水中、或腐蝕介質）工作的軸承，（如水中、或腐蝕介質）工作的軸承， 如艦艇螺旋槳推如艦艇螺旋槳推進器的軸承；進器的軸承； 5.軸承處徑向軸承處徑向尺寸受到限制尺寸受到限制時，可采用滑動軸承。時，可采用滑動軸承。 如多輥軋鋼機。如多輥軋鋼機。 潘海兵潘海兵2022-3-5129.2 滑動軸承的材料滑動軸承的材料(一一)軸承材料性能的要求軸

9、承材料性能的要求(課本課本P198)1) 減摩性減摩性-材料副具有較低的摩擦系數。材料副具有較低的摩擦系數。2) 耐磨性耐磨性-材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。3) 抗膠合抗膠合-材料的耐熱性與抗粘附性。材料的耐熱性與抗粘附性。4) 摩擦順應性摩擦順應性-材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不良的能力。不良的能力。5) 嵌入性嵌入性-材料容納硬質顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發生刮傷或材料容納硬質顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發生刮傷或磨粒磨損的性能。磨粒磨損的性能。6) 磨合性磨合性-軸瓦與軸頸表

10、面經短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形軸瓦與軸頸表面經短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力。狀和粗糙度的能力。軸承材料是指在軸承結構中直接參與軸承材料是指在軸承結構中直接參與摩擦部分的材料摩擦部分的材料，如軸瓦和軸，如軸瓦和軸承襯的材料。承襯的材料。此外還應有此外還應有足夠的強度足夠的強度和和抗腐蝕能力抗腐蝕能力、良好的導熱性良好的導熱性、工藝性工藝性和和經經濟性濟性。潘海兵潘海兵2022-3-513能同時滿足這些要求的材料是難找的，但應根據具體情況主要的使能同時滿足這些要求的材料是難找的，但應根據具體情況主要的使用要求。工程上常用用要求。工程上常用澆鑄澆鑄或或壓合壓合的方法

11、將兩種不同的金屬組合在一起，的方法將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長補短。性能上取長補短。軸承襯軸承襯滑滑動動軸軸承承材材料料 金屬材料金屬材料 非金屬材料非金屬材料 軸承合金軸承合金銅合金銅合金鋁基軸承合金鋁基軸承合金鑄鐵鑄鐵多孔質金屬材料多孔質金屬材料 工程塑料工程塑料碳碳石墨石墨橡膠橡膠木材木材常用軸承材料常用軸承材料潘海兵潘海兵2022-3-5141) 軸承合金（白合金、巴氏合金）軸承合金（白合金、巴氏合金）錫基合金錫基合金以錫為軟基體，內含錫或銅硬顆粒以錫為軟基體，內含錫或銅硬顆粒鉛基合金鉛基合金以鉛為軟基體，內含錫或銅硬顆粒以鉛為軟基體，內含錫或銅硬顆粒巴氏合金的優點：巴氏合金

12、的優點：耐磨性、順應性、嵌藏性好耐磨性、順應性、嵌藏性好巴氏合金（也稱為軸承合金）的缺點：巴氏合金（也稱為軸承合金）的缺點：強度低強度低2）銅合金）銅合金錫青銅錫青銅ZQSn10-1、ZQSn6-6-3等；等；鉛青銅鉛青銅ZQPb30等；等；鋁青銅鋁青銅ZQAl 9-4等。等。銅合金既可做銅合金既可做軸瓦軸瓦，也可做，也可做軸承襯軸承襯3）鋁基軸承合金）鋁基軸承合金 鋁基軸承合金：鋁基軸承合金： 有相當好的耐腐蝕合和較高的疲勞強度，摩擦性能也有相當好的耐腐蝕合和較高的疲勞強度，摩擦性能也較好。在部分領域取代了較貴的軸承合金與青銅。較好。在部分領域取代了較貴的軸承合金與青銅。潘海兵潘海兵2022

13、-3-5154) 灰鑄鐵和耐磨鑄鐵：灰鑄鐵和耐磨鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承和不受沖擊。用于不重要、低速輕載軸承和不受沖擊。含油軸承：含油軸承： 用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲潤滑油。可用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲潤滑油。可用于加油不方便的場合。用于加油不方便的場合。5) 多孔質金屬材料多孔質金屬材料 橡膠軸承：橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運轉平穩，可用水潤滑。常具有較大的彈性，能減輕振動使運轉平穩，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機、鉆機等有泥沙的場合。用于潛水泵、沙石清洗機、鉆機等有泥沙的場合。工程塑料：工程塑料：具有摩擦系數低、可塑性、跑合性良

14、好、耐磨、耐腐蝕、可用具有摩擦系數低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學溶液等潤滑的優點。水、油及化學溶液等潤滑的優點。缺點：缺點：導熱性差、膨脹系數大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯導熱性差、膨脹系數大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復在金屬軸瓦上使用。粘復在金屬軸瓦上使用。6) 非金屬材料非金屬材料 碳碳-石墨：石墨：是電機電刷常用材料，具有自潤滑性，用于不良環境中。是電機電刷常用材料，具有自潤滑性，用于不良環境中。木材：木材：具有多孔結構，可在灰塵極多的環境中使用。具有多孔結構，可在灰塵極多的環境中使用。潘海兵潘海兵2022-3-516常用金屬軸承材料性能常

15、用金屬軸承材料性能注：注：1.pV為不完全液體潤滑下的許用值。為不完全液體潤滑下的許用值。2性能比較：性能比較：15依次由佳到差。依次由佳到差。潘海兵潘海兵2022-3-517常用金屬軸承材料性能注：注：1.pV為不完全液體潤滑下的許用值。為不完全液體潤滑下的許用值。2性能比較：性能比較：15依次由佳到差。依次由佳到差。潘海兵潘海兵2022-3-5181. 失效形式與設計準則失效形式與設計準則 工作狀態：工作狀態：因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，由于軸承得不到足夠的潤滑因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，由于軸承得不到足夠的潤滑劑，故無法形成完全的承載油膜，工作狀態為邊界潤滑或混合摩擦潤滑。劑，故無法

16、形成完全的承載油膜，工作狀態為邊界潤滑或混合摩擦潤滑。失效形式：失效形式：溫升或疲勞產生的磨損。溫升或疲勞產生的磨損。設計準則：設計準則：保證邊界膜不破裂。保證邊界膜不破裂。因邊界膜強度與溫度、軸承材料、軸頸和軸承表面粗糙度、潤滑油供給等有關，目前尚無精確的計算方法，但一般可作條件性計算。校核內容：校核內容： 2驗算摩擦發熱驗算摩擦發熱pvpv，限制軸承溫升限制軸承溫升； 3驗算滑動速度驗算滑動速度vv，限制加速磨損限制加速磨損。p，pv的驗算都是平均值。考慮到軸瓦不同心，受載時軸線彎曲及載荷變化等的因素，局部的p或pv可能不足，故應校核滑動速度v 。 fpv是摩擦力，限制pv 即間接限制摩擦

17、發熱。1驗算平均壓力驗算平均壓力 p p，限制過度磨損限制過度磨損；9.3 混合潤滑滑動軸承的工作能力設計混合潤滑滑動軸承的工作能力設計潘海兵潘海兵2022-3-5192. 混合潤滑混合潤滑徑向徑向滑動軸承的工作能力設計滑動軸承的工作能力設計 已知條件：外加徑向載荷已知條件：外加徑向載荷F (N)、軸頸轉速、軸頸轉速n(r/mm)及及 軸頸直徑軸頸直徑d (mm) 驗算及設計驗算及設計 ：1) 驗算軸承的驗算軸承的平均壓強平均壓強p (限制過度磨損限制過度磨損)2) 驗算摩擦熱驗算摩擦熱(限制軸承溫升限制軸承溫升)v軸頸圓周速度，軸頸圓周速度，m/s；B-軸承寬度，軸承寬度， d-軸頸直徑，軸

18、頸直徑，p-許用壓強許用壓強Fdn pv軸承材料的許用值。軸承材料的許用值。n軸速度，軸速度，m/s；3) 驗算驗算滑動速度滑動速度v(限制加速磨損限制加速磨損) v軸頸圓周速度的許用值軸頸圓周速度的許用值 PdBFPFpvBd60 1000dn19100FnB pv60 1000dnv19100dn v潘海兵潘海兵2022-3-5203. 推力滑動軸承的工作能力設計推力滑動軸承的工作能力設計 ()2204Fpkddz p多環軸承考慮承載的不均勻性，多環軸承考慮承載的不均勻性， v為推力軸頸為推力軸頸平均直徑平均直徑上的上的圓周速度圓周速度，p、pv應降低應降低20-30%。 Fd1d2已知條

19、件：外加徑向載荷已知條件：外加徑向載荷F (N)、軸頸轉速、軸頸轉速n(r/mm) 1)根據軸向載荷和工作要求，選擇軸承結構尺寸和材料；根據軸向載荷和工作要求，選擇軸承結構尺寸和材料；2)驗算平均壓強驗算平均壓強(限制過度磨損限制過度磨損)；3)驗算驗算pv值值(為限制軸承的溫升為限制軸承的溫升) ()126010002n ddv ()2130000anFpvpvzdd z-推力環數推力環數潘海兵潘海兵2022-3-521推力滑動軸承的推力滑動軸承的p、pv 潘海兵潘海兵2022-3-522例題例題9.1處于邊界潤滑狀態的徑向滑動軸承，徑向外載荷為處于邊界潤滑狀態的徑向滑動軸承，徑向外載荷為3

20、.0kN，軸頸的轉速為軸頸的轉速為1000r/min，工作溫度最高為，工作溫度最高為130，軸頸允許的最小直，軸頸允許的最小直徑為徑為65mm。試設計此軸承。試設計此軸承。解：（解：（1）初取軸承的內徑）初取軸承的內徑D=75mm。（3）軸承的工作能力計算：）軸承的工作能力計算：（2）設軸承的寬徑比）設軸承的寬徑比B/D=1，則軸承的寬度，則軸承的寬度B=D=75mm。1）平均壓強的計算）平均壓強的計算 FpB D2）速度計算）速度計算 60 1000dnv30000.53375 75MPa75 10003.925/60 1000m s3）pv值計算值計算 0.5333.925/pvMPam

21、s2.092/MPa m s潘海兵潘海兵2022-3-5234）查表）查表9.1根據計算的工作參數可選擇錫青銅，牌號為根據計算的工作參數可選擇錫青銅，牌號為ZCuSn10P1。其。其相應的最大許用值為：相應的最大許用值為： 15,pMPa 10/ ,vm s15/pvMPa m s30000.53375 75PMPa75 10003.925/60 1000m s2.092/PMPa m s 15/pvMPa m s15,pM Pa 10/,vms軸承的工作能力滿足要求。軸承的工作能力滿足要求。潘海兵潘海兵2022-3-524FFFF先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運動，板間充滿潤滑

22、油，無載荷時， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會下沉。但若板A有載荷時，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。如兩板不平行板。板間間隙呈沿運動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當板A運動時，兩端速度若程虛線分布，則必然進油多而出油少。由于液體實際上是不可壓縮的，必將在板內擠壓而形成壓力，迫使進油端的速度往內凹，而出油端的速度往外鼓。進油端間隙大而速度曲線內凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進出油量相等，同時間隙內形成的壓力與外載荷平衡，板A不會下沉。這說明了在間隙內形成了壓力油膜。這種因運動而產生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡

23、到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。 v v vvh1aah2ccvvh0bbF1. 流體動壓潤滑的機理流體動壓潤滑的機理 兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ 動壓油膜動壓油膜-因運動而產生的壓力油膜。潘存云教授研制F9.4 流體動壓滑動軸承的工作能力設計流體動壓滑動軸承的工作能力設計潘海兵潘海兵2022-3-525流體動力潤滑基本方程的建立流體動力潤滑基本方程的建立 為了得到簡化形式的流體動力平衡方程為了得到簡化形式的流體動力平衡方程（NavierStokes方程），作如下方程），作如下假設假設：流體的流動是流體的流動是層流層流; 忽略壓力對流體粘度的影響忽略

24、壓力對流體粘度的影響; 略去略去慣性力及重力慣性力及重力的影響，故所研究的單元體為的影響，故所研究的單元體為 靜平衡狀態靜平衡狀態或或勻速直線運動勻速直線運動，且只有表面力作用于，且只有表面力作用于單元體上；單元體上； 流體是流體是不可壓縮不可壓縮的；的； 流體中的流體中的壓力壓力在各流體層之間保持為在各流體層之間保持為常數常數。 B實際上粘度隨壓力的增高而增加； 即層與層之間沒有物質和能量的交換； VAxzy 流體滿足流體滿足牛頓定律牛頓定律，即，即 ；()uy 潘海兵潘海兵2022-3-52623vdxdydzz)(12vdxdy12v uyxzzdxdydxdzdydz2121v21vv

25、dv21vdxdyvdv潘海兵潘海兵2022-3-527pdydzdxdydzz)( uyxz()ppdx dydzx對微單元油膜求對微單元油膜求 x方向的平衡方程，得：方向的平衡方程，得：pdydz dxdydxdydzz)()ppdx dydzxdxdy整理后得：整理后得：pxz 任意一點的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點y向的速度梯度的導數有關。潘海兵潘海兵2022-3-528又有：又有：對對z z積分得：積分得：邊界條件：邊界條件： 當當z=0時，時，u=uh當當z=h時，時，u=0,則積分常數則積分常數C1、C2分別為分別為:代入得代入得, ,通過通過任意截面單位寬度面積的體積流量

26、任意截面單位寬度面積的體積流量為：為：()uz 得：得：22puxz 21212puzC zCx 2hCu12huP hhCx ；30122 hhxU hhdpqudydx任意截面內的流量：任意截面內的流量：潘海兵潘海兵2022-3-529vvFaaccxzy依據流體的連續性原理，通過不同截面的流量是相等的021vhqxb-b截面內的流量：截面內的流量：該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0負號表示流速的方向與x方向相反，因流經兩個截面的流量相等，故有：- 一維雷諾方程一維雷諾方程由上式可得壓力分布曲線由上式可得壓力分布曲線: p=f(x)在在b-b處：處：h=h0， p=pmax速度梯度速度梯

27、度du/dy呈線性分布，其余位置呈非線呈線性分布，其余位置呈非線性分布性分布。流量相等，陰影面積相等。液體動壓潤滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動力粘度、相對滑動速度及油膜厚度h之間的關系。pmaxxph0bb得：得：036()hUphhxh 潘海兵潘海兵2022-3-530由由一維雷諾方程一維雷諾方程可得出形成可得出形成流體動壓潤滑油膜壓力流體動壓潤滑油膜壓力的基本條件：的基本條件： 03()6hhhpUxh（1）潤滑油要具有一定的粘度。）潤滑油要具有一定的粘度。（2）兩摩擦表面要具有一定的相對）兩摩擦表面要具有一定的相對滑動速度。滑動速度。（3）相對滑動的表面要形成收斂的）相對滑動

28、的表面要形成收斂的楔形間隙。楔形間隙。0 xpuhmaxPhh0h h0hh0h h00px0pxh = h00pxmaxPP速度分布速度分布zh1 h0h2x（4）有足夠充足的供油量。）有足夠充足的供油量。潘海兵潘海兵2022-3-531 軸承的孔徑軸承的孔徑D和軸頸的直徑和軸頸的直徑d名義尺寸相等；直徑間隙名義尺寸相等；直徑間隙是公差形成的。是公差形成的。 軸頸上作用的液體壓力與軸頸上作用的液體壓力與F相平衡，在與相平衡，在與F垂直的方向，垂直的方向，合力為零合力為零。軸頸最終的平衡位置可用軸頸最終的平衡位置可用a和偏心距和偏心距e來表示。來表示。 軸承工作能力取決于軸承工作能力取決于hl

29、im，它與，它與、和和F等有關，等有關， 應保證應保證 hlimh。F Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0徑向滑動軸承動壓油膜的形成過程：徑向滑動軸承動壓油膜的形成過程：靜止靜止 爬升爬升將軸起抬將軸起抬轉速繼續升高質心左移質心左移穩定運轉穩定運轉達到工作轉速e e -偏心距偏心距eahlim2 流體動壓徑向滑動軸承的主要幾何參數流體動壓徑向滑動軸承的主要幾何參數潘海兵潘海兵2022-3-532初始狀態初始狀態穩定工作狀態穩定工作狀態Foo1Fhminoo1aeFo1odD潘海兵潘海兵2022-3-533流體動壓徑向滑動軸承的主要幾何關系流體動壓徑向滑動軸承的主要幾何關系2) 定義

30、定義: e / 為偏心率為偏心率 3) 最小油膜厚度：最小油膜厚度： hmin= e (1- )=r(1-) 直徑間隙：直徑間隙： D d 半徑間隙：半徑間隙： R r1) 相對間隙：相對間隙： / r R-r /r hmineah0設軸孔半徑為：設軸孔半徑為：R, r 直徑為：直徑為： D， d ，偏心距偏心距: e 偏位角：偏位角：ahDd4) 承載區內任意處的油膜厚度承載區內任意處的油膜厚度hcoshRre(1cos )x潘海兵潘海兵2022-3-534o1Pmaxo5）偏位角偏位角和軸承包角和軸承包角徑向滑動軸承穩定工作時，徑向外徑向滑動軸承穩定工作時，徑向外載荷載荷 F 與軸承孔和軸

31、頸中心連心線與軸承孔和軸頸中心連心線之間的夾角之間的夾角稱為偏位角稱為偏位角 F軸承包角軸承包角一般為一般為120和和180e潘海兵潘海兵2022-3-535滑動軸承常見失效形式滑動軸承常見失效形式1) 磨粒磨損磨粒磨損-進入軸承間隙的硬顆粒有的隨軸一起轉動，對軸承表面起進入軸承間隙的硬顆粒有的隨軸一起轉動，對軸承表面起研磨作用。研磨作用。5) 刮傷刮傷-進入軸承間隙的硬顆粒或軸徑表面粗糙的微觀輪廓尖峰，在軸進入軸承間隙的硬顆粒或軸徑表面粗糙的微觀輪廓尖峰，在軸承表面劃出線狀傷痕。承表面劃出線狀傷痕。2) 膠合膠合-當瞬時溫升過高，載荷過大，油膜破裂時或供油不足時，軸承當瞬時溫升過高，載荷過大

32、，油膜破裂時或供油不足時，軸承表面材料發生粘附和遷移，造成軸承損傷。表面材料發生粘附和遷移，造成軸承損傷。4) 疲勞剝落疲勞剝落-在載荷得反復作用下，軸承表面出現與滑動方向垂直的疲在載荷得反復作用下，軸承表面出現與滑動方向垂直的疲勞裂紋，擴展后造成軸承材料剝落。勞裂紋，擴展后造成軸承材料剝落。3) 腐蝕腐蝕-潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質對軸承材料有腐潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質對軸承材料有腐蝕，材料腐蝕易形成點狀剝落。蝕，材料腐蝕易形成點狀剝落。3 流體動壓徑向滑動軸承的工作能力設計流體動壓徑向滑動軸承的工作能力設計其它失效形式其它失效形式: :氣蝕、流體侵蝕、電侵蝕、

33、微動磨損氣蝕、流體侵蝕、電侵蝕、微動磨損 前三項為主要失效形式。前三項為主要失效形式。潘海兵潘海兵2022-3-536對于有限寬度軸承，油膜的總承對于有限寬度軸承，油膜的總承載能力為載能力為 212( , )cos()0zpFFdBpyrBFCd dy 承載量系數承載量系數Cp ，計算很困難，工程上可查表確定。，計算很困難，工程上可查表確定。dDFyz B B 222PFFCdBvB 設計準則：保證軸承具有一定承載能力設計準則：保證軸承具有一定承載能力的同時嚴格控制溫升。的同時嚴格控制溫升。潤滑油的動力粘度，潤滑油的動力粘度，Pas；軸頸的角速度，軸頸的角速度，rad/s。CP 承載系數承載系

34、數 承載系數承載系數CP越大，承載能力越大。越大，承載能力越大。1）承載量的設計）承載量的設計 潘海兵潘海兵2022-3-537有限寬度滑動軸承的承載量系數有限寬度滑動軸承的承載量系數Cp注意：注意： 1.Cp是軸頸在軸承中的位置函數，其值與包角是軸頸在軸承中的位置函數，其值與包角a、相對偏心率、相對偏心率和寬徑比和寬徑比B/d有關，有關，是一個無量綱的量。是一個無量綱的量。2.由表可見：最小油膜厚度由表可見：最小油膜厚度hmin，相對偏心率，相對偏心率 ，承載能力，承載能力F。潘海兵潘海兵2022-3-5382）最小油膜厚度）最小油膜厚度 動力潤滑軸承的設計應保證：動力潤滑軸承的設計應保證：

35、 h其中：其中： h=S(Rz1+Rz2)S 安全系數，常取安全系數，常取S2。一般軸承可取為一般軸承可取為3.2m和和6.3m，1.6 m和和3.2m。重要軸承可取為重要軸承可取為0.8m和和1.6m，或，或0.2m和和0.4m。Rz1、Rz2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點高度。分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點高度。考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等min(1)hrx 但最小油膜厚度但最小油膜厚度hmin受到軸頸和軸承表面粗造度、軸的剛性及軸承與受到軸頸和軸承表面粗造度、軸的剛性及軸承與軸頸的幾何形狀誤差等的限制軸頸的幾何形狀誤差等的限制,不能無限縮小。不能無限縮小。 偏心率偏心率x

36、愈大則愈大則 hmin 愈小愈小，軸承的軸承的承載能力承載能力就就愈大愈大 。潘海兵潘海兵2022-3-5393）軸承的熱平衡計算）軸承的熱平衡計算 熱平衡方程：產生的熱量熱平衡方程：產生的熱量=散失的熱量散失的熱量 Q=Q1+Q2 其中，摩擦熱其中，摩擦熱： Q=fv式中式中: q -潤滑油流量潤滑油流量m3/s； -滑油密度滑油密度kg/m3；c -潤滑油的比熱容，潤滑油的比熱容，J/(kg. )；ti -油出口溫度油出口溫度 ；3 -表面傳熱系數表面傳熱系數 W/(m2. )。滑油帶走的熱滑油帶走的熱：Q1 = qc(to-ti)軸承散發的熱：軸承散發的熱： Q2 =3dB (to-ti

37、) Wto -油入口溫度油入口溫度 ；溫升的原因：溫升的原因：軸承工作時摩擦功耗轉變為熱量軸承工作時摩擦功耗轉變為熱量,使潤滑油溫度升高使潤滑油溫度升高。 溫升過高的后果：溫升過高的后果：軸承承載能力降低軸承承載能力降低 。熱平衡計算的目的：熱平衡計算的目的：將軸承的溫升限制在允許的范圍內。將軸承的溫升限制在允許的范圍內。潘海兵潘海兵2022-3-540熱平衡時溫度差：熱平衡時溫度差： 013fptttqcvBdv qvBd 其中其中 -潤滑油流量系數；潤滑油流量系數； 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.240.220.200.180.160.140.120.100.

38、080.060.04qvBd=0.4Bd 1.3 2.0 1.5 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 0.9 潘海兵潘海兵2022-3-541摩擦系數：摩擦系數： 0.55fp 系數系數與寬徑比有關，與寬徑比有關，若若B/d 3540時，表明時，表明軸承承載能力有冗余軸承承載能力有冗余，可采取如下措施：，可采取如下措施： 增大表面粗糙度，以降低成本；增大表面粗糙度，以降低成本； 減小間隙，提高旋轉精度；減小間隙，提高旋轉精度；加寬軸承，充分利用軸承的承載能力。加寬軸承，充分利用軸承的承載能力。潘海兵潘海兵2022-3-542 當當 ti 3540時，表明軸承的承載能力不足，可采取如下措施：

39、時，表明軸承的承載能力不足，可采取如下措施：加散熱片，以增大散熱面積；加散熱片，以增大散熱面積；在保證承載能力的不下降的條件下，適當增大軸承間隙；在保證承載能力的不下降的條件下，適當增大軸承間隙；提高軸和軸承的加工精度。提高軸和軸承的加工精度。增加冷卻裝置：加風扇、冷卻水管、循環油冷卻增加冷卻裝置：加風扇、冷卻水管、循環油冷卻 ；油泵油泵冷冷卻卻器器冷冷卻卻水水潘海兵潘海兵2022-3-5434）軸承參數的選擇）軸承參數的選擇 取值范圍：取值范圍：B/d=0.31.5 影響效果：影響效果：B/d小小，有利于提高穩定性，增大端排泄量以降低溫度，承載能，有利于提高穩定性，增大端排泄量以降低溫度，承

40、載能力下降；力下降； B/d大大，端泄速度慢，不利于散熱，支承剛度好，承載能力大。，端泄速度慢，不利于散熱，支承剛度好，承載能力大。0.61.5-電動機、發電機、離心機、齒輪變速器電動機、發電機、離心機、齒輪變速器;(1) 寬徑比寬徑比B/d 應用應用 : B/d= 0.31.0-汽輪機、鼓風機汽輪機、鼓風機; 0.81.2-機車、拖拉機機車、拖拉機; 0.60.9-軋鋼機。軋鋼機。 潘海兵潘海兵2022-3-5444）軸承參數的選擇）軸承參數的選擇 取值范圍：取值范圍：B/d=0.31.5 (1) 寬徑比寬徑比B/d 寬徑比小：寬徑比小：增大端泄量降低溫度。增大端泄量降低溫度。運轉的平穩性好

41、。運轉的平穩性好。承載能力下降。承載能力下降。PPFF寬徑比大：寬徑比大：端泄速度慢，不利于散熱。端泄速度慢，不利于散熱。寬度寬度B大，支承剛度好。大，支承剛度好。承載能力大。承載能力大。高速軸承高速軸承B/d 宜選較小值；宜選較小值；有支承剛度要求有支承剛度要求B/d宜選較大值宜選較大值FF潘海兵潘海兵2022-3-545油膜壓力沿軸向的分布：油膜壓力沿軸向的分布：理論分布曲線理論分布曲線-水平直線，各處壓力一樣；水平直線，各處壓力一樣；實際分布曲線實際分布曲線-拋物線拋物線且曲線形狀與軸承的寬徑比且曲線形狀與軸承的寬徑比B/dB/d有關。有關。FdD B B B B FdDB/d=1/4F

42、dDB/d=1/3FdDB/d=1/2FdDB/d=1潘存云教授研制FdDB/d= 潘海兵潘海兵2022-3-546不同寬徑比不同寬徑比dB/軸承的壓力分布軸承的壓力分布dD B=131=12（a）F（a）圖：周向分布）圖：周向分布（b）圖：軸向分布）圖：軸向分布Bd=14（b）Bd=潘海兵潘海兵2022-3-547選取原則：選取原則： 1）速度高，）速度高，取大值；取大值； 載荷小，載荷小，取小值；取小值； 2）直徑大，寬徑比小，調心性能好，加工精度高，）直徑大，寬徑比小，調心性能好，加工精度高，取小值；反之，取小值；反之，取大值。取大值。應用應用 : = 0.0010.0002-汽輪機、電

43、動機、發電機、齒輪變速器汽輪機、電動機、發電機、齒輪變速器; 0.00020.0015-軋鋼機鐵路機車輛；軋鋼機鐵路機車輛；0.00020.00125-機床、內燃機。機床、內燃機。 0.00020.00125-鼓風機、離心機。鼓風機、離心機。一般軸承，按如下經驗公式計算：一般軸承，按如下經驗公式計算： 4/931/9( /60)10n (2) 相對間隙相對間隙 影響因素：載荷和速度，軸徑尺寸，寬度影響因素：載荷和速度，軸徑尺寸，寬度/直徑，調心直徑，調心 能力，加工精度。能力，加工精度。潘海兵潘海兵2022-3-548(3) 潤滑油粘度潤滑油粘度 1/37/6( /60)10n 對承載能力，功

44、耗、溫升都有影響；對承載能力，功耗、溫升都有影響； 根據平均溫度：根據平均溫度：tm = (ti + to )/2 決定潤滑油粘度；決定潤滑油粘度； 設計時假設，設計時假設，tm=5075 ，計算所得應在：計算所得應在： ti= 3540 ； 初始計算時，可取：初始計算時，可取： 平均溫度平均溫度tm過低，粘度過低，粘度較大，算出的承載能力偏高，反之承較大，算出的承載能力偏高，反之承載能力偏低載能力偏低.潘海兵潘海兵2022-3-5495) 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計過程液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計過程 1已知條件：外加徑向載荷已知條件：外加徑向載荷F(N)，軸頸轉速，軸頸轉速n(r/m

45、in)及軸頸直徑及軸頸直徑d(mm)。2設計及驗算設計及驗算 保證在平均油溫保證在平均油溫 tm下下 hmin ha) 選擇軸承材料，驗算選擇軸承材料，驗算 p、v、pv。b) 選擇軸承參數，如軸承寬度選擇軸承參數，如軸承寬度(B)、相對間隙、相對間隙() 和潤滑油和潤滑油() 。c) 計算承載量系數計算承載量系數(Cp)并查表確定偏心率并查表確定偏心率()。d) 計算最小油膜厚度計算最小油膜厚度(hmin)和許用油膜厚度和許用油膜厚度(h)。潘海兵潘海兵2022-3-550 極限工作能力校核極限工作能力校核a) 根據直徑間隙根據直徑間隙()，選擇配合。，選擇配合。b) 根據最大間隙根據最大間

46、隙(max)和最小間隙和最小間隙(min) ，校核軸承的最小油膜厚度和，校核軸承的最小油膜厚度和潤滑油入口油溫。潤滑油入口油溫。 繪制軸承零件圖繪制軸承零件圖 驗算溫升驗算溫升 a) 計算軸承與軸頸的摩擦系數計算軸承與軸頸的摩擦系數( f )。c) 計算軸承溫升計算軸承溫升(t )和潤滑油入口平均溫度和潤滑油入口平均溫度( ti )。b) 根據寬徑比根據寬徑比( B/d)和偏心率和偏心率()查取潤滑油流量系數。查取潤滑油流量系數。潘海兵潘海兵2022-3-551例題例題9.2 設計一機床的液體動力潤滑徑向滑動軸承，載荷垂直向下，工設計一機床的液體動力潤滑徑向滑動軸承，載荷垂直向下，工作情況穩定

47、，采用對開式軸承。已知工作載荷作情況穩定，采用對開式軸承。已知工作載荷F=100000N，軸頸直徑，軸頸直徑d=200mm，轉速，轉速n=500r/min，在水平剖分面單側供油。，在水平剖分面單側供油。解：解：1選擇軸承寬度、軸瓦材料、潤滑油牌號及配合選擇軸承寬度、軸瓦材料、潤滑油牌號及配合（1） 選擇軸承寬度選擇軸承寬度根據機床軸承常用的寬徑比范圍，取寬徑比為根據機床軸承常用的寬徑比范圍，取寬徑比為1。則軸承寬度。則軸承寬度(/)BB dd0.2m1 0 .2（2）按非液體滑動軸承的設計準則選擇軸瓦材料）按非液體滑動軸承的設計準則選擇軸瓦材料 1）計算軸頸圓周速度）計算軸頸圓周速度60 10

48、00dnv200 50060 10005.23/m s2）計算軸承工作壓力）計算軸承工作壓力FpdB2.5MPa1000000.2 0.23 3）計算）計算PVPV值值13/pvMPa m s查表查表9.19.1，軸承材料為，軸承材料為ZCuSn10P1ZCuSn10P1。潘海兵潘海兵2022-3-5522）計算相應的運動粘度）計算相應的運動粘度 取潤滑油密度取潤滑油密度（3）選擇潤滑油牌號）選擇潤滑油牌號1）初估潤滑油動力粘度）初估潤滑油動力粘度 由式（由式（9.24）：）： 1376()6010n0.034Pa s1376500()60103900/kg m610v 由式（由式（2.7）：）：38cSt60.034109003） 選定平均油溫選定平均油溫現選平均油溫現選平均油溫Ctm501）估算相對間隙由式（）估算相對間隙由式（9.23）49319()6010n取取為為0.00125（4）選擇配合）選擇配合0.00149319500()6010潘海兵潘海兵2022-3-5532）估算直徑間隙）估算直徑間隙d 0.00125 200mm0.25mm67Fd0.0790.0502000.1700.216200根據直徑間隙根據直徑間隙=0.25mm，按，按G