第9章 滑动轴承工作能力设计

第9章 滑动轴承工作能力设计9.1 概述 9.2 轴承材料 9.3 混合润滑滑动轴承的工作能力设计 9.4 流体动压滑动轴承的工作能力设计

9.1 概述象滚动轴承一样，滑动轴承也是支承轴的部件。主要的结构型式为 整体式径向滑动轴承 轴承座

整体式对开式(剖分式) 螺纹孔

轴套 缺点：1)磨损后，间隙过大无法调整； 2)装拆不便(只能从端部装拆)

适用场所：多用于低速、轻载或间歇性工作场所(非液体润滑)

对开式径向滑动轴承 F F

便于对中和和防止横向错动 优点：

1 )装拆方便 2 )轴瓦磨损后可用减少剖分面处的 垫片厚度来调整轴承间隙

对开式径向滑动轴承 螺纹孔

联接螺栓轴承盖 剖分面

轴承座 剖分轴瓦

对开式调心轴承 凸球面瓦背

轴承衬整体轴套

凹球面支承面

滑动轴承的分类 按承受载荷分 径向滑动轴承 推力滑动轴承 非流体润滑滑动轴承 按润滑承载机理分 流体润滑滑动轴承 液体动压轴承

液体静压轴承

与滚动轴承相比，滑动轴承的主要特点 (1) 适于工作转速特高、特重载的场所； (2)能保证轴的支承位置特别精确； (3)适于具有特大冲击载荷和振动的场所； (4) 适于轴承必须剖分安装的场所(如曲轴支承); (5) 适于对径向尺寸有限制的场所； (6) 适于在水或腐蚀性介质中工作。

9.2 轴承材料对轴承材料的要求 1)良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性; 2)良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性; 3)足够的强度和耐腐蚀性;

4)良好的导热性、工艺性、经济性。常用轴承材料 金属材料 如轴承合金、铜合金、铝基合金和铸铁等；

多孔质金属材料；非金属材料 如工程塑料、碳—石墨等。

锡基合金―以锡为软基体，内含锡或铜硬颗粒 1)巴氏合金 铅基合金―以铅为软基体，内含锡或铜硬颗粒 巴氏合金的优点：耐磨性、顺应性、嵌藏性好 巴氏合金(也称为轴承合金)的缺点：强度低 锡青铜―ZQSn10-1、ZQSn6-6-3等； 2)铜合金 铅青铜―ZQPb30等；

铝青铜―ZQAl 9-4等。铜合金既可做轴瓦，也可做轴承衬

3)铝基轴承合金―具有较高的强度和耐腐蚀性，且价格 较轴承合金和铜合金便宜，故应用广泛。 4)灰铸铁及耐磨铸铁―一般用于低速轻载和不受冲击载荷 的场所。 5)多孔质金属材料(粉末冶金)―由不同的金属粉末加上硫 锡、铅及石墨混合后高压成型，再经过高温烧结而 成的多孔性 结构材料，所制成的轴承也称含油轴承。 6)非金属材料―塑料、橡胶、硬木等

9.3 混合润滑滑动轴承的工作能力设计混合摩擦润滑状态―非完全液体润滑滑动轴承的润滑状态 设计应保证的工作条件为： 边界膜不遭破坏，维持

摩擦表面有润滑油存在。 1. 混合润滑径向滑动轴承的工作能力设计 径向滑动轴承的计算 (1)验算轴承的平均压力P(为限制过度磨损)

F P P dB

F—作用在轴承上的径向载荷，N;

B―轴承宽度(根据宽径比B/d)确定；

P ―轴瓦材料的许用压力，Mpa; ( 其值见表9.1)

(2)验算轴承的PV(为限制轴承温升)

F Fn dn PV PV Bd 60 1000 19100 B dn V―轴径圆周速度，即滑动速度。 V 60 1000 n —轴颈的转速，r/min;

PV

―轴承材料的PV许用值，Mpa .m/s。(其值见表9.1)

(3)验算轴承的滑动速度V(为限制加速磨损)

dn V V 60 1000 19100

dn

V ―许用滑动速度，m/s,(其值见

表9.1)

例题9.1

处于边界润滑状态的径向滑动轴承，径向外载荷为3.0kN,

轴颈的转速为1000r/min,工作温度最高为130℃,轴颈允许的最小 直径为65mm。试设计此轴承。 解：(1)初取轴承的内径D=75mm。 (2)设轴承的宽径比B/D=1,则轴承的宽度B=D=75mm。 (3)轴承的工作能力计算： 1)平均压强的计算

F p B D2)速度计算

3000 0.533MPa 75 75

v

dn60 1000

75 100060 1000

3.925m / s

3)pv值计算

pv 0.533MPa 3.925m / s 2.092MPa m / s4)查表9.1根据计算的工作参数可选择锡青铜，牌号为

ZCuSn10P1。其相应的最大许用值为：

[ p] 15MPa, [v] 10m / s, [ pv] 15MPa m / s3000 P 0.533MPa < [ p] 15MPa, 75 75

75 100060 1000

3.925m / s < [v] 10m / s,

P 2.092MPa m / s < [ pv] 15MPa m / s轴承的工作能力满足要求。

2. 混合润滑推力轴承的工作能力设计(1 )校验平均压强 P(为限制过度磨损)

d1―轴承孔直径，mm; d 2―轴环直径，mm;F ―轴向载荷，N;

Fa F P P A k (d 2 d 2 ) z 2 1 4

Z ―推力环的数目；k―考虑承载面积因油沟而减少的系数，随油沟的数目与宽

度的不同取 k=0.8~0.9。

(2)校验pv值(为限制轴承的温升)

Fn pv [ pv] k 30000(d d0 ) zV —推力轴颈平均直径上的圆周速度，m/s。

V [ p]、[pv]

n( d d 0 )60 1000 2— 所用材料的许用值 ，见表9.1。

★对于多环轴承因各环受力不均，这些许用值比表9.1中值要降低20%~30%。

9.4 流体动压滑动轴承的工作能力设计

1. 流体动压润滑的机理 推导基本方程的合理假设： 1)流体为牛顿流体； 2)流体为层流流动；3)流体不可压缩； 4)忽略流体的惯性力和重力；5)沿膜厚方向油膜压力不变。 y

ux

V212

1

V

dxdyz

V dV1

V12

dxdz dydz

z

V21

dxdy2

V12

( dz ) dxdy z

dxdy V dVV23

对微单元油膜求 X 方向的平衡方程，得：

P pdydz dxdy ( P dz )dxdy dx)dydz ( z x 整理后得： p (9.6) x zy

ux

( dz ) dxdy z

z Pdydz

dxdy

P (P dx) dydz x

假设流体为牛顿流体，则有物理方程：

u z

(9.7)

将式(9.7)代入式(9.6),得：

p u 2 x z2

(9.8)

将式(9.8)积分，得到油膜沿着膜厚方向(z轴)的速度分布:

1 p 2 u z C1 z C2 2 x根据边界条件：

z=h时，u=0;z=0时，u=Uh。则积分常数C1、C2分别为:

uh P h C1 ; h x 2

C2 u h

1 p 2 h z u ( z zh) U h 2 x h润滑油单位时间内沿x方向，流过任意截面单位宽度面积的 体积流量为：

h h3 p h Uh qx udz 12 x 2 0假设润滑油沿y 轴不流动(无端泄),且不可压缩流体流量 是连续的，则在任何截面上的qx都是常数，即:3 d h p U dh dqx h ( ) 0 2 dx dx 12 x dx 整理后得: p 6 U dh 1 h x dx h3

一维雷诺方程

由一维雷诺方程可得出形成流体动压润滑油膜压力的基本条件：

(h h0 ) p 6 U h x h3(1)润滑油要具有一定的粘度。

p 0 x

Pmaxxh2

(2)两摩擦表面要具有一定的相对滑动速度。 (3)相对滑动的表面要形成 收敛的楔形间隙。 (4)有足够充足的供油量。 h1

uhh0

速度分布 h>h0 h < h0

h>h0 h < h0

p 0 x p 0 x

h = h0 , p 0

z

x

P Pmax

2 流体动压径向滑动轴承的主要几何参数 径向滑动轴承形成流体动力润滑的的过程

(1) (a)图为轴颈静止时，轴颈在最低位置与轴瓦接触；(2) (b)图为轴颈开始转动时，转速极低，带入轴承间隙中的 油量较少，轴瓦给轴颈的摩擦力与轴颈表面圆周速度相反，迫使 轴颈沿孔壁向左爬升； (3)随着轴颈转速增大，带入楔形空间的润滑油增加，动力 油膜将轴颈向右浮起。 F FF F F FD d

ω ω Ff (b)

ω ω ω

Ff( c)

(a)

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