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,15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算,15-4 润滑剂和润滑装置,15-6 动压润滑的基本原理,15-8 静压轴承与空气轴承简介,15-7 液体动压多油楔轴承简介,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,轴承的功用：,滑动轴承,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。,1. 干摩擦,固体表面直接接触，因而,不用许出现干摩擦！,2. 边界摩擦,15-1 摩擦状态,功耗,磨损,温度,烧
2、毁轴瓦,运动副表面有一层厚度1 m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,有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。,3. 液体摩擦,摩擦和磨损极轻，f 0.001 0.01,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,称无量纲参数n/p为轴承特性数。 -动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数,一、 向心滑动轴承,组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。,15-2 滑动轴承的结构型式,整体式向心滑动轴承,剖分式向心滑动轴承,螺纹孔,轴承座,轴承,轴承座,轴承盖,联接螺栓,剖分轴瓦,薄壁轴瓦,轴瓦非承载区内表面开有进
3、油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。,进油孔,油沟,厚壁轴瓦,整体轴套,卷制轴套,作用：用来承受轴向载荷,二、 推力滑动轴承,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612。,-倾角固定，顶部预留平台，,类型,固定式,可倾式,用来承受停车后的载荷。,-倾角随载荷、转速自行 调整，性能好。,巴氏合金,材料要求：,15-3 轴瓦及轴承衬材料,1）摩擦系数小；,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。,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。,工程上
4、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。,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。,2）青铜,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：t120 由于巴式合金熔点低,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
5、,低速重载,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。,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。,运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大， 油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。,铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。,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。,15-4 润滑剂和润滑装置,
6、一、 润滑剂,作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。,分类,液体润滑剂-润滑油,半固体润滑剂-润滑脂,固体润滑剂,1. 润滑油,在用的大部分润滑油为矿物油（石油）,粘度-重要参数,在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。,A、B两板之间充满了液体，B板静止，A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用，A板表面的液体速度为v，而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。,液体层与层之间摩擦切应力：,- 牛顿液体流动定律,-液体的动力粘度，简称粘度,量纲：力时间/长度2,单位：N s /m2 (Pa s),或泊：1
7、P=1 dyn s /cm2,运动粘度：,单位： m2 / s,或斯St：cm2 /s,或厘斯cSt：1St=100 cSt,实验结果：,分析位置y处薄层的受力,我国石油产品是用运动粘度标定的,2. 润滑脂,润滑油的特性：,1）温度 t ,2）压力p ,选用原则：,1) 载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；,2) 载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；,-润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。,优点：密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度和温度不敏感，适用范围广。, ,但p 10 Mpa时可忽略。变化很小, ,粘-温图,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA3
8、2,L-TSA32,3. 固体润滑剂,缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。,目前使用最多的是钙基脂，有耐水性，常用于60 以下的各种机械设备的轴承。,聚氟乙烯树脂,用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载。,石墨,二流化钼（MoS2）,-性能稳定、t 350 才开始氧化， 可在水中工作。,-摩擦系数低，使用温度范围广(-60300 )，但遇水性能下降。,-摩擦系数低，只有石墨的一半。,使用方式：,1.调和在润滑油中；,2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；,3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。,其应用日渐广泛,二、润滑装置,1. 油杯,针阀式油杯,旋盖式油杯 脂用,压注式油杯,弹簧
9、盖油杯,2. 油环,一、 向心轴承,在油、脂中加入少量石墨或二流化钼粉末，形成边界油膜，填平粗糙表面而减少磨损。不能完全排除磨损。,1. 轴承的压强p,F-径向载荷，B-轴瓦宽度，d-轴径，p-许用压强。,15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算,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渡的磨损。,2. 轴承的pv值 压强限制p以保证润滑剂不被挤出,n-转速，pv-许用值。,pv,pv与功耗成正比，它表征了轴承的发热因素，pv越大，温升越高，越容易引起油膜的破裂,二、 推力轴承,z-轴环数,pvm=pv,p,考虑承载的不均匀性， p、pv应降低2040%,一、动压润滑的形成
10、和原理和条件,15-6 动压润滑的基本原理,先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。,两平形板之间不能形成压力油膜！,如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷， 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的
11、压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。,动压油膜-因运动而产生的压力油膜。,形成动压油膜的必要条件：,1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；,2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,向心轴承动压油膜的形成过程：,静止,爬升,将轴起抬 转速继续升高,稳定运转达到工作转速,e -偏心距,二、流体动压润滑的基本
12、方程,假设条件：,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；,3.润滑油粘度 不随压力而变化；,4.润滑油处于层流状态。,取微单元进行受力分析:,pdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0,整理后得：,又有：,任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率，与该点y向的速度梯度的导数有关。,对y积分得：,边界条件：,当y=0时，u=-v,C2 = -v,当y=h时，u=0,代入得：,任意截面内的流量：,依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的,b-b截面内的流量：,该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0,负号表示流速的方向与x方向相反，因
13、流经两个截面的流量相等，故有：,- 一维雷诺方程,由上式可得压力分布曲线: p=f(x),在b-b处：h=h0， p=pmax,速度梯度du/dy呈线性分布，其余位置呈非线性分布。流量相等，阴影面积相等。,液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力p的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度h之间的关系。,15-7 液体动压多油楔轴承简介,将轴瓦内孔做成特殊形状，以产生多个动压油膜，提高轴承的工作稳定性和旋转精度。,一、椭圆轴承,特点：形成两个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗加大、供油量增大、承载能力降低。矢量之合,二、三油楔轴承,特点：形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。摩擦损耗加大、承载
14、能力降低，制造困难。,固定式,可倾式,制造时两半之间加垫片，镗出圆孔，使用时拆去垫片即可。,15-8 静压轴承与空气轴承简介,一、静压轴承,工作原理：依靠供油装置，将高压油压入轴承间隙中，强制形成油膜。,特点：静压轴承载任何工况下都能胜任工作。,常用节流器,关键器件： 节流器,节流器作用：根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。,二、空气轴承,空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7润滑油的1/4000， 摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。,空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。 分静压和动压两种。,气膜厚度-20 m,制造精度,严格过滤,优点：1)不随温度变化，可用于高温或低温；,2)没有油污染的危险；,3)回转精度高，运行噪音低。,缺点：承载能力不大，密封困难。,本 章 要 求,(1) 了解滑动轴承的润滑与摩擦状态。(2) 熟悉滑动轴承的主要结构型式、轴瓦及轴承材料。(3) 了解润滑剂和润滑装置。,
