滑動軸承機械設計課件第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日一、摩擦（一）摩擦表面的摩擦狀態1.干摩擦：兩摩擦表面直接接觸，不加入任何摩擦劑的摩擦。

干摩擦的摩擦阻力最大，磨損最嚴重，使用壽命最短，必須避免。2.邊界摩擦：摩擦表面間存在潤滑油，金屬表面與潤滑油作用形成一層很薄的邊界膜（1m)，保護金屬，這種摩擦稱為邊界摩擦。邊界摩擦不能完全避免金屬的直接接觸，因此仍有磨損產生。第二頁，共五十九頁，2022年，8月28日邊界膜分為：物理吸附膜：利用油中的極性分子牢固的吸附在金屬表面形成表面吸附膜（分子間的吸附力）；

化學吸附膜：利用化學鍵力形成金屬皂膜（吸附在金屬表面原子間的吸附力）；

化學反應膜：油中的S、P、cl元素與金屬表面在（150o～200oC）形成化合物。前兩種吸附膜構成潤滑油的——油性油性的好壞取決于油中所含活性物質：動物油>植物油>礦物油后一種膜構成潤滑油的——極壓性第三頁，共五十九頁，2022年，8月28日3.混合摩擦：隨著摩擦面油膜厚度的增大，表面不平度凸峰接觸數量在縮小，形成的油膜比重增加。膜厚比：最小油膜厚度表面輪廓算術平均值表面粗糙度均方根值hminRa1Ra2第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日

邊界摩擦=1～5混合摩擦增加，油膜厚度增加>5液體摩擦混合摩擦時，仍不能避免金屬的直接接觸，仍存在摩擦，但比邊界磨損小得多。4.液體摩擦：摩擦面間的油膜厚度大到將兩表面的不平度凸峰完全分開,即為完全液體摩擦。非液體摩擦：混合摩擦，邊界摩擦，干摩擦。第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日(二）磨損磨損曲線：機械零件的磨損過程分為三個階段。時間磨損量IIIIII1.跑合磨損階（I）：由于表面粗糙度，致使接觸面積小，單位面積上的載荷大，因此磨損速度很快。2.穩定（正常）磨損階段（II）：磨損過程平穩而又緩慢，標志零件的耐磨壽命。第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日3.劇烈（崩潰）磨損階段（III）：磨損速度急劇增長，間隙增大，振動、噪聲增大，精度下降，以致報廢。設計時要盡量縮短跑合期，延長穩定磨損期，推遲劇烈磨損期的到來。（三）潤滑1.潤滑的目的：能降低摩擦、減少磨損，還能防銹、防塵、冷卻、緩沖吸振。2.潤滑劑及其選擇：潤滑劑：液體（油、水、液態金屬）氣體（空氣等）半固體（潤滑脂）固體（石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯）第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日(1)潤滑油：三大類：有機油、礦物油、合成油。主要性能指標：<1>粘度：流體抵抗變形的能力（流體內摩擦力阻力的大小）兩平行平板間充滿潤滑油，拖動上平板A，且潤滑油作層流流動，油層間的剪應力與速度梯度（速度變化率）成正比。——粘性定律0yvydydxBAxFv第八頁，共五十九頁，2022年，8月28日表達式：式中：“-”表示油層速度v隨y的增大而減小。

——比例常數，即流體的動力粘度。牛頓液體：服從粘性定律的液體。a)動力粘度（絕對粘度）單位：國際單位制（SI）Pa·S絕對單位制（C.G.S)P=100cP換算：1Pa·S=10P=1000cPV=1m/sF=1N1m1m1m第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日b)運動粘度：動力粘度與同溫度下該液體的密度的比值。國際單位制（SI）

m2/s絕對單位制（C.G.S)

St1St=100cSt我國的石油產品是用運動粘度來標定的。換算：1m2/s=104St=106cStc)相對粘度（條件粘度）單位：我國采用恩氏度當200ml待測油在規定溫度t流過恩氏粘度計所需時間與同體積蒸餾水在20oc時流過粘度計所需時間之比。第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日[例]：求50oc時50號機械油的動力粘度。=50cSt=900kg/m31cSt=10-6m2/s==50×10-6×900=0.045Pa·s粘度的性質：粘—溫性：粘度隨溫度升高而顯著降低。(圖4—9)第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日<2>其他性質：油性與極壓性；氧化穩定性；閃點；凝固點。潤滑油的選擇：

轉速高，比壓小時，選低的油；轉速低，比壓大時選高的油。高溫時選粘度高些的油。具體選擇時按圖表選取。粘—壓性：粘度隨壓力升高而增高，但一般(<100MPa)時變化很小，忽略不計。對于高副接觸時（齒輪嚙合處壓力達4000MPa)不可忽略。第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日

鈣基脂：抗水性好，耐熱性差。工作溫度不超過55～65oc

鈉基脂：耐熱性好，抗水性差。工作溫度可達120oc

鋰基脂：既抗水又耐高溫(<145oc)

為多用途潤滑脂。鋁基脂：抗水性好，吸附能力強，防銹作用好。(2)潤滑脂：

潤滑油與稠化劑（如鈣、鋰、鈉的金屬皂）的膏狀混合物。類型：第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日主要性能指標：

針入度及稠度：重1.5N的標準錐體，在25oc下，5秒刺入潤滑脂的深度。針入度小,不易從摩擦面擠出，承載能力強，密封性好，但摩擦阻力大，填充性差。潤滑脂的選擇：

單位壓力高、滑動速度低時，選擇針入度小的品種；反之,選擇針入度大的品種。

滴點：潤滑脂從標準測量杯的孔里滴下第一滴時的溫度。標志其耐高溫性能。

所用潤滑脂的滴點應高于軸承工作溫度20～30oc。

在水淋及潮濕的環境下，選用鈣基脂及鋁基脂；在溫度較高處選用鈉基、鋰基或復合鈣基脂。具體選擇時可參考表。第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日(3)添加劑：改善潤滑油及潤滑脂的性能，以適應惡劣的工作條件：高溫、低溫、重載、真空等。

分散凈化劑：使內燃機汽缸、曲軸箱中因氧化生成的膠狀物分散，避免其粘著、卡死或過度磨損。

降凝劑：嚴寒地區或低溫機械（冷凍機）。

抗氧化劑：防止潤滑油氧化變質，腐蝕零件。

油性添加劑：提高油膜強度，保證邊界潤滑狀態。

極壓及抗磨添加劑：在金屬表面形成一層熔點高，剪切強度低的保護膜，以減輕磨損。

增粘劑：改善粘—溫特性，使油高溫不變稀,低溫不致過稠。第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日3.潤滑方法(1)油潤滑方法：分散潤滑及集中潤滑a)分散潤滑：連續的或間歇的，有壓的或無壓的

手工加油潤滑：油孔，自動關閉式鉸鏈油杯，旋套式油杯，壓注油杯

手動式滴油油杯潤滑：作為重要軸承的輔助潤滑

油芯式油杯潤滑

針閥式油杯潤滑

帶油潤滑：油鏈、油輪（水平軸，直徑為25～50mm）

油浴潤滑及飛濺潤滑：5m/s<v<12～13m/s

噴油潤滑：噴咀（減少攪油損失）v>12～15m/s

油霧潤滑：油霧器第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日(2)潤滑脂

手工涂抹潤滑

預填油脂潤滑

潤滑脂杯潤滑

連續壓注油杯潤滑(3)潤滑方法的選擇滑動軸承的潤滑方法可以根據系數k選定。式中：p=F/dB平均壓強（N/mm2）

v——軸頸線速度（m/s）

k2用潤滑脂，油杯潤滑；

k>2～16針閥式油杯潤滑；

k>16～32油鏈或油輪潤滑；

k>32壓力潤滑。b)集中潤滑：一臺機器的許多潤滑點由一個潤滑系統來同時潤滑。第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日12-2滑動軸承概述滑動軸承是支承軸的零件。一、類型1.按摩擦性質分：滑動摩擦軸承、滾動摩擦軸承。2.按承受載荷的方向分：向心軸承（承受徑向載荷）推力軸承（承受軸向載荷）向心推力軸承（同時承受徑向和軸向載荷）二、特點及應用注意：一般盡量采用滾動軸承；某些特殊場合（高速、重載、沖擊、精密及一些不太重要的場合）采用滑動軸承。第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日

工作轉速特高的軸承；

要求對軸的支承位置特別精確的軸承；

特重型軸承；

承受巨大的沖擊和振動載荷的軸承；

要求制成剖分式的軸承；

要求徑向尺寸較小的軸承；

特殊工作條件下（水、腐蝕性介質）工作的軸承；三、滑動軸承設計1.軸承型式和結構的確定；2.軸瓦結構和材料的選擇；3.潤滑劑及潤滑方法的選擇；4.軸承的工作能力計算。第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日12-3滑動軸承的典型結構（一）向心滑動軸承的結構

特點：結構簡單；拆裝不便；磨損后間隙無法調整；應用：低速輕載或間歇工作。1.整體式：第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.對開式：（剖分式）特點：拆裝方便；間隙可通過加減墊片調整應用：廣泛。第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日3.橢圓軸承，多油楔軸承，可傾瓦軸承雙油楔橢圓軸承和雙油楔錯位軸承示意圖：第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日三油楔和四油楔軸承示意圖：第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日特點：由幾個承載油楔共同作用，維持軸較穩定運轉。應用：液體摩擦滑動軸承(重要)可傾瓦多油楔徑向軸承示意圖：第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）推力滑動軸承的結構1.固定式：實心式，單環式，空心式，多環式第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.多油楔式，可傾扇面式——易形成液體潤滑可傾瓦止推軸承示意圖：第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日12-4軸瓦的材料和結構軸瓦是軸承上直接與軸頸接觸的零件。軸瓦表面既承受載荷又是摩擦面，因此軸瓦是軸承的重要組成部分。（一）軸瓦的材料1.對軸瓦材料的主要要求

摩擦系數小，磨損小；

抗粘著性好；

適應性好：硬度低,塑性好,彈性系數低的材料適應性好；

容納異物的能力；

抗疲勞性好；減薄軸承合金的厚度，制成軸承襯；

強度：抗壓強度，疲勞強度，抗沖擊能力；

抗腐蝕性；

價格及來源。第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.常用的軸瓦材料1)軸承合金（巴氏合金）——軸承襯材料錫基：以錫為基本成分加入適量銻、銅。如：ZChSnSb10—6鉛基：以鉛為基本成分加入適量錫、銻。如：ZChPbSn16—16—2均為優良的軸承材料，但錫基抗腐蝕性、抗粘著性好；而鉛基抗腐蝕性較差。軟基體硬顆粒2)銅合金——常用軸瓦材料第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日

鑄造錫磷青銅如：ZCuSn10P1性能最好的銅合金。

鑄造錫鋅鉛青銅如ZCuSn5Pb5Zn5

鑄造鉛青銅如ZCuPb30用于雙金屬或三金屬軸瓦。

鑄造鋁青銅如ZCu10Fe3強度高，硬度高，與淬硬且表面光潔度高的軸頸配用。

鑄造黃銅如ZCuZn16Si4或ZCuZn40Mn2

用于滑動速度不高的軸瓦。3)鋁合金——雙金屬軸瓦如2%鋁錫合金強度高，耐腐蝕，導熱性好；軸頸表面必須具有高硬度、高表面光潔度。4)鑄鐵：耐磨鑄鐵，球墨鑄鐵。輕載、低速軸承的軸瓦材料。第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日5)多孔質金屬材料（含油軸承）——多孔質結構，具有自潤滑作用。用于平穩無沖擊載荷，中、小速度下。6)其他非金屬材料如石墨、橡膠、酚醛膠布、尼龍見表12—2(金屬材料）表12—3(非金屬材料）（二）軸瓦的結構已標準化，可直接由手冊中查出（自學）要點：1.軸瓦的形式和結構常用的軸瓦有整體式和對開式兩種結構。第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.軸瓦的定位軸向定位——兩端凸緣；周向定位——緊定螺釘、銷釘。3.油孔及油槽：使油可靠地流到摩擦面。軸向油槽——單軸向油槽、雙軸向油槽周向油槽——寬度一定時，設有周向油槽軸承的承載能力低于設有軸向油槽的軸承。第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日12-5不完全液體潤滑滑動軸承的設計計算（三）設計計算已知條件：d(軸頸直徑)、n(轉速)、P(軸承載荷)不完全液體潤滑滑動軸承用于：速度較低、載荷不大、工作要求不高的場合。一、徑向滑動軸承的計算（一）主要失效形式：磨損（二）設計準則：保持邊界膜，防止過度磨損設計步驟：1.確定軸承類型，選擇軸瓦材料表12—2、表12—32.確定軸瓦寬度B：選定B/d，根據已知d即可定B第三十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日3.軸承工作能力驗算

比壓p的驗算：防止過度磨損式中：[p]——軸瓦材料的許用比壓。查表12—2、表12—3fpV值驗算（f為摩擦系數）：限制軸承表面發熱量，防止邊界膜破裂dnFB第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日

軸頸圓周速度V的驗算：限制由于安裝誤差，使軸承邊緣壓力增大，當V過大時，造成軸承邊緣工作溫度過高。4.選擇軸承的配合根據不同使用要求，保證一定的旋轉精度，按表12—4合理選擇軸承的配合，以保證一定的間隙。第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、止推滑動軸承的計算1.驗算軸承的平均壓力Fa—軸向載荷，Nz—環的數目[p]許用壓力，Mpa見表12—7第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日式中：b—軸頸環形工作寬度，mmn—軸頸的轉速，r/minV—軸頸的圓周速度，m/s[pV]—pV的許用值，MPa·m/s,

見表12—72.驗算軸承的pV值第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日12-6流體動力潤滑徑向滑動軸承設計計算按摩擦表面間油膜形成原理分為：流體動力潤滑——動壓軸承流體靜力潤滑——靜壓軸承（一）流體動力潤滑的基本方程（雷諾方程）基本方程：建立流體動力潤滑的條件；油膜壓力的分布情況。兩平板被一層油膜完全隔開，一定，A（動板），B（定板），取一微單元體。第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日假定：層流沿Z軸方向無流動流體不可壓縮忽略流體的慣性力和重力粘度與壓力無關相對運動表面為理想光滑表面xyzvBA第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日dxdzdypdydzdxdz沿x方向的平衡條件：x=0第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日根據無側漏條件及流量連續性定理，在單位時間內流過各剖面的流量應相等，任意剖面上的流量為沿油壓最大處第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日

為什麼收斂性楔形間隙能形成動壓油膜？平行間隙、發散性楔形間隙呢？PPQ木楔P水楔油楔AvBP第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.平行間隙油層速度沿y方向呈三角形分布，各截面流量、流速相同沒有油壓，油膜不能承受載荷，接觸面直接接觸，無法實現液體摩擦。vxoP=0AB第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.收斂性楔形間隙油由大口進小口出，因為油不可壓縮，流量守恒，所以油膜建立起油壓，以保持流量守恒。油壓與外載荷P平衡。各截面油層速度分布=線性分布+拋物線分布Pvxyh0V=0該截面僅有速度流動沒有壓力流動，因此呈三角形分布。第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日同理可證：發散性楔形間隙，油膜亦不能建立油壓。結論：收斂性楔形間隙可以建立流體動壓潤滑。建立流體動力潤滑的條件：1.相對運動兩表面間必須形成收斂性楔形間隙.2.相對運動兩表面必須有一定的潤滑速度V當V下降到一定程度，不足以承受外載荷時，失效。3.流體必須有一定粘度，供油量充足。第四十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）徑向滑動軸承形成流體動力潤滑的過程向心軸承建立液體動壓潤滑的過程可分為三個階段：

軸的啟動階段；不穩定潤滑階段：軸頸沿軸承內壁上爬，不時發生表面接觸的摩擦；液體動壓潤滑運行階段：這時由于轉速足夠高，帶入到摩擦面間的油量充足，能形成楔形油膜，將軸抬起。第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日軸中心的位置將隨著轉速與載荷的不同而不斷地改變。n=0n>>0第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日（三）徑向滑動軸承的幾何關系和承載量系數B/2B/2rReh

Fzwog

jj0j2aa1hmaxpmaxh0hmino1第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日1.向心軸承的幾何關系用極坐標表示比較方便，oo1——極坐標軸。軸承間隙：=D-d，=R-r,=/d=/r偏位角a，液體動壓油膜起始角1，終止角2油膜厚度h，最小油膜厚度hmin，最大比壓處油膜厚度h0偏心距e，相對偏心距第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.承載量系數Cp雷諾方程用極坐標表示：令dx=rd，V=r，將h,h0代入第五十頁，共五十九頁，2022年，8月28日油膜承載能力理論上pyB。但因側漏，沿z軸方向的壓力呈拋物線分布。第五十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日第五十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日(四）最小油膜厚度hmin第五十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日（五）軸承的熱平衡計算——防止軸承過熱熱平衡：發熱量=散熱量H=H1+H2式中：Q——耗油量，由耗油量系數求出。(m3/s)——油的密度。礦物油=850～900kg/m3C——油的比熱。礦物油c=1675～2090J/(kg·oc）t0——油的出口溫度（oc）ti——油的入口溫度（oc）ti——35～40ocs——散熱系數，隨軸承結構和散熱條件而定。輕型結構：周圍介質溫度高，散熱困難（軋鋼機）：

s=