滑动轴承设计与计算50页PPT

高速主轴轴承一般应选用L-FD油，可根据轴承 间隙按下表选牌号。
主轴油的选用
•润滑脂 脂润滑轴承可根据滑动速度参考表22-5选用润滑脂的锥入度， 根据工作温度选取润滑脂品种。
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表22-5 脂润滑轴承润滑脂的选择
润滑剂与润滑方法的选用
•固体润滑剂 滑动轴承常用的固体润滑剂有炭石墨、二硫化钼、聚四氟 乙烯等。
2.工况参数
载荷F(包括大小、方向和特性)；轴的 转速n(包括大小、方向和特性)。一般
已知。
3.热力学参数
功耗P、散热量、轴承各处温度和润滑剂的温度。
实测值必须在允许的范围内，通过计算在设计 时加以控制。
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无润滑轴承的设计计算
滑动轴承的设计计算
设计已知条件：轴径d、转速n、载荷F、轴瓦材料。
•无润滑轴承的失效形式:磨损
半径间隙c(c=R－r) 相对间隙ψ(ψ=c/r) 轴瓦宽度B
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•推力轴承
止推环的外径do或外半径ro 止推垫圈的内直径di或内半径ri
轴瓦宽度B、轴颈的直径d、止推环 的外径do、止推垫圈的内直径di需
通过承载能力计算确定，而半径间
隙c或相对间隙ψ则需要根据经验
选取。
滑动轴承的设计计算
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滑动轴承的设计计算
设计准则:轴承的p、v值不要超过轴承材料极限p-v曲线
限定的范围。 •设计步骤
1)计算出滑动速度 : v=πdn (径向轴承) 2)计算允许的p值
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滑动轴承的设计计算
3)确定轴承宽度
2．嵌入性 材料允许润滑剂中外来硬质颗粒嵌入而防止刮伤和磨粒磨 损的性能。 3．顺应性
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滑动轴承材料
3．顺应性 材料靠表层的弹塑性变形补偿滑动摩擦表面初始配合不良 和轴的挠曲的性能。

聚四氟乙烯
4、气体润滑剂——空气
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1、润滑油
用作润滑剂的油类有三类：①有机油， 通常是动植物油；②矿物油，主要是石油产 品；③化学合成油。
（1）粘度——表征润滑油的内摩擦特性。
1）动力粘度 牛顿粘性液体摩擦定律（简称粘性定律）： 在流体中任意点处的切应力均与该处流体的 速度梯度成正比。
➢ 滑动轴承具有一些独特的优点，在某些不 能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合， 如工作转速特高、特大冲击与振动、径向 空间尺寸受到限制或必须剖分安装(如曲轴 的轴承)、以及需在水或腐蚀性介质中工作 等条件下，占有重要地位。在轧钢机、汽 轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属刨 削机床中应用广泛。
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§01 摩擦状态
干摩擦
摩擦
静摩擦 动摩擦
滑动摩擦 滚动摩擦
边界摩擦（润滑） 流体摩擦（润滑） 混合摩擦（润滑）
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干摩擦
边界摩擦
流体摩擦
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➢ 干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的
纯金属接触时的摩擦。 ➢ 当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜
隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附
单位换算：
1St（斯）=1cm2/s=100cSt（厘斯）=10-4m2/s
3）条件粘度
条件粘度是在一定条件下，利用某种规格的粘度
计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量
的粘度。我国常用恩氏度（0Et）作为条件粘度单位。
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➢ 流体的粘度，特别是
润滑油的粘度，随温
度而变化的情况十分
可塑性差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。
➢青铜可以单独做成轴瓦。为节省有色金属，也可将

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4．调心式径向滑动轴承（自位轴承）
特点：轴瓦能自动调整位置，以适应轴的偏斜。
注：调心式轴承必须成对使用。
当轴倾斜时，可保证轴颈与轴承配合表面接触良好，从而避免产生偏载。
主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。
滑动轴承的结构
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二、止推滑动轴承的结构
止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：
◆设计准则 ：维持边界膜不破裂。
◆条件性计算内容：限制压强 p 、pv 值、滑动速度v不超过许用值
失效形式：
磨损胶合
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§12-6 滑动轴承的条件性计算
一、径向滑动轴承的计算
已知条件：径向载荷F (N)、 轴颈转速n (r/mm)轴颈直径d (mm)
１．限制轴承的平均压强 p
2．工作平稳，噪音低；
3．结构简单，径向尺寸小。
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§12-2 滑动轴承的主要结构形式
一、径向滑动轴承的结构
１．整体式径向滑动轴承
特点：结构简单，成本低廉。
应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中
磨损后间隙无法调整；只能沿轴向装拆。
常用的滑动轴承已经标准化，可根据使用要求从有关手册中合理选用。
－考虑油槽使承载面积减小的系数，其值＝0.85～0.95。
Z－止推环数。
滑动轴承的条件性计算
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注意：设计时液体动压润滑轴承，常按上述条件性计算进行初步计算。（动压润滑轴承在起动和停车阶段，往往也处于混合润滑状态）
2．限制 值
vm－止推环平均直径dm=(d2+d1)/2 处的圆周速度。
1）油槽沿轴向不能开通，以防止润滑油从端部大量流失。

设计准则
非液体摩擦滑动轴承处于混合摩擦状态，主要 要求保证其轴瓦材料的正常工作，维持边界油 膜不破。
主要进行压强p、压强与速度乘积 pv 的验算
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轴承承载面平均压强的验算
限制压力防止油膜破裂
p F p
A
Mpa
p F p
BD
径向轴承
p
4
F (D22 D12)
p
轴向轴承
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轴承摩擦热效应的限制性验算
润滑脂的选择原则 压力大、速度低——小针入度，反之选针入度大的 润滑脂的滴点应高于轴承工作温度20~30℃，以免流失 在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂
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第二节
摩擦学基本知识
滑动轴承的特点
滑动轴承的分类 轴瓦结构及材料 润滑剂及润滑方法 滑动轴承的几何参数 非液体摩擦滑动轴承的设计 液体动压润滑滑动轴承的设计
限制温升防止油膜破裂
轴承承载面压强与速度的乘积用于表征滑动轴承的摩擦功耗
p vB F1 D 0 D 6 0n 0 0 1F 9 nB 10 p0 V Mpa·m/S
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轴承最大相对滑动速度的条件性验算
防止速度太高加速磨损 v ≤［v］ m／s
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第八节
摩擦学基本知识 滑动轴承的特点 滑动轴承的分类 轴瓦结构及材料 润滑剂及润滑方法 滑动轴承的几何参数 非液体摩擦滑动轴承的设计
多支点的长轴
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轴向（推力）滑动轴承
止推面：轴端面、轴中段做凸肩 或装上推力圆盘 分类：空心式、单环式、多环式
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第四节
摩擦学基本知识 滑动轴承的特点 滑动轴承的分类
轴瓦结构及材料
润滑剂及润滑方法 滑动轴承的几何参数 非液体摩擦滑动轴承的设计 液体动压润滑滑动轴承的设计

1. 金属材料 •轴承合金 •铜合金 •铝基轴承合金
•铸铁
2. 多孔质金属材料 多孔质金属材料由铜、铁、石墨等粉末压制、烧
结而成。 具有多孔结构，在使用前先把轴瓦在热油中浸渍
数小时，使孔隙内充满润滑油，因此这种材料的轴承 常称为含油轴承。
3. 非金属材料 用于轴承的非金属材料有塑料、橡胶、碳-石墨
二、液体动压径向滑动轴承的承载量系数
承载量系数
C 3 B/2 2
p
B/2 1
1
1cos coLeabharlann sos30dcosadC12z2dz
B
有限宽轴承油膜的总承载能力
Bd
F
2
Cp
承载量系数为由一组有量纲数组成的无量纲数!
Cp
F2 Bd
F2 2vB
承载量系数 C p 与偏心率 和宽径比 B / d 的关系曲线
得积分常数为
C1
h
2
p x
v h
C2 v
uvhh yyh 2 y p x
两相对运动平板间油膜中的速度分布和压力分布
2. 求润滑油流量 （取单位宽度）
q hudyvhh3 p
0
2 12 x
设在p=pmax处，油膜厚度为h0，即：
p x0时 ,hh0,此q处 v20h,
3. 导出一维雷诺方程 （各截面流量相等）
分类方式
类型及特点
按
➢液体动压轴承(以一定的相对
滑 动 表
液体润滑轴承 运动速度将润滑油带入两摩擦 (轴颈和轴瓦表面 表面间收敛间隙，形成动压油
面
间无微凸体接触) 膜把两摩擦表面分开)
间 润 滑
➢液体静压轴承(用足以平衡外 载的压力将润滑油输入两滑动

机械设计基础
特 点：结构复杂、安装方便。磨损后可通过减少 剖分面垫片厚度来调整轴承间隙。
机械设计基础
轴承中直接支承 轴颈的零件是轴瓦。
为了节省贵重金属 或因其他需要，常在 轴瓦表面粘附一层轴 承衬。
为了安装时容易对 中，在轴承盖与轴承 座的剖分面作出阶梯 形的榫口
轴承盖上制有螺纹孔， 以便安装油杯或油管
机械设计基础
一、轴瓦的形式和结构
按构造 整体式 分 类 对开式
需从轴端安装和拆 卸，可修复性差。
轴 按尺寸 瓦 分类 的 类 按材料 型 分类
按加工 分类
整体轴套
对开式轴瓦
可以直接从轴的中 部安装和拆卸，可 修复。
机械设计基础
按构造 整体式 分 类 对开式
轴 按尺寸 薄壁 瓦 分 类 厚壁 的 类 按材料 型 分类
机械设计基础
推力滑动轴承
Fa
Fa
d0
d
d
(a)
(b)
机械设计基础
Fa
Fa
d d0
d0 d
(c)
(d)
空心F式a
Fa 单环式 Fa
多F环a式
空心式
单环式
多环式
◆ 空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件 较实心式的改善。
◆ 单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润
滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。
§18-1 概 述
轴承的作用是支承轴。轴在工作时可以是旋转的， 也可以是静止的。 一、轴承应满足如下基本要求：
1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。 2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。 3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回 转精度。
机械设计基础

5）不计油的惯性力和重力
6）油不可压缩：ρ=const
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2、求解 针对“连续介质”，通过取“微单元体”手段：
X 0:
pdydz ( p p dx )dydz dxdz ( dy )dxdz 0
x
y
p
x y
由于：
u
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p x
2u y 2
二次积分
u
1
※若二板平行：
任何截面处h=h0，xp =0 ，不能产生高于出口、入口处的
油压→不能承载。
v
※若二滑动表面为扩散形：
进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负压）
→不能承载，相反使两表面相吸。 v
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液体动压润滑形成的必要条件：
1、润滑油有一定粘度η。
η↑→
p x
↑，承载能力↑。
2. 脂润滑
#润滑杯(黄油杯) #润滑方式的决定
k pv3
k2---润滑脂,油杯润滑,
k=2~16----针阀注油,
k=16~32---油环或飞溅润滑,
k32----压力循环润滑
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13.6 非液体润滑滑动轴承的计算
一、混合摩擦滑动轴承失效形式 胶合、磨损等 设计准则：至少保持在边界润滑状态， 即维持边界油膜不破裂。 复杂 计算方法：简化计算（条件性计算）
两刚体，一个以v运动，一个静止。
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为方便研究，作如下假设：
1）忽略压力对润滑油粘度的影响
2）油沿z方向无流动，即无限宽轴承 B→∞（无限宽）：一维方程 B为有限宽时：二维方程
p 0 z

滑动轴承的材料选择
陶瓷材料
具有优异的耐磨和耐腐蚀性能，可 在高温和恶劣环境中使用。
聚四氟乙烯
金属材料
具有低摩擦系数和优良的自润滑性 能，在高速和高温环境下表现出色。
常见的金属滑动轴承材料包括铜合 金、铝合金和钢等，适用于各种工 作条件。
滑动轴承的工作原理
滑动轴承通过润滑剂形成润滑膜，减少摩擦，使轴承套和轴承座之间产生相 对滑动，将外力和负荷传递到润滑膜上。
《滑动轴承》PPT课件
本课件将介绍滑动轴承的定义、分类、特点、优点和缺点，以及应用领域、 材料选择、工作原理，摩擦学性能，磨损机理，寿命预测和故障诊断等内容。
滑动轴承的定义
滑动轴承是一种通过润滑剂形成润滑膜减少摩擦的机械元件。它由轴承套、 轴承座、润滑剂和密封件等组成。
滑动轴承的分类
1 按结构分类
2 按润滑方式分类
分为滑动面轴承和滚动体轴承，滑动面轴承可进 一步细分为径向和轴向滑动轴承。
分为液体润滑、固体润滑和气体润滑滑动轴承。
滑动轴承的特点
高承载能力
滑动轴承具有较大的接触面积和 承载能力，适用于高负荷和冲击 负荷条件下的工作。
摩擦系数低
由于润滑膜的存在，滑动轴承具 有较低的摩擦系数，能够减少能 量损耗和磨损。
滑动轴承的摩擦学性能
1 摩擦系数
2 温度特性
3 磨损机理
滑动轴承的摩擦系数取决于 材料、润滑方式和摩擦副表 面粗糙度等因素。
摩擦系数随温度的变化而变 化，需要在设计中考虑温度 因素。
磨损机理包括热磨损、疲劳 磨损和磨料磨损等，对滑动 轴承的寿命和性能有重要影 响。
滑动轴承的寿命预测
滑动轴承的寿命预测基于统计和试验数据，考虑负荷、转速、润滑条件和材料等因素，以估算其可靠运行的时间。

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粘度——衡量润滑油内部摩擦力大小的最重要的性能指标。
（1）动力粘度
du
dy
——流体单位面积上的剪切阻力，
即切应力；
du——流体沿垂直于运动方向(即沿图中y轴方向或流体膜厚度 dy 方向)的速度梯度；“－”号表示u 随y 的增大而减小；
η——比例常数，即流体的动力粘度。
牛顿粘性流体摩擦定律(简称粘性定律)；凡是服从这个粘性定律的流体 都叫牛顿流体。 国际单位制(SI)中，动力粘度单位为1N.s／m2或1Pa.s(帕.秒)。
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2、常用轴承材料及其性质 轴承材料可分为三类：金属材料、粉末冶金材料和 非金属材料。
金属材料包括轴承合金、青铜、黄铜、铝合金和铸铁 （1）轴承合金： 轴承合金又称白金或巴氏合金
锡基轴承合金，如ZChSnSb10-6，ZChSnSb8-4 铅基轴承合金，如ZChPbSb16-16-2，ZChPbSb15-15-3
对于载荷大、速度小的轴承宜选粘度大的润滑油。
对于载荷小、速度大的轴承宜选粘度小的润滑油。
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2.润滑脂(半固体润滑剂) 是在液体润滑剂(常用矿物油)中加入增稠剂而成。
(1)钙基润滑脂 这种润滑脂具有良好的抗水性，但耐热能力差，工作温度不宜超过55～65℃。 (2)钠基润滑脂 这种润滑脂有较高的耐热性，工作温度可达120℃，但抗水性差。由于它能
一、轴瓦结构 整体式轴瓦
剖分式轴瓦
轴瓦和轴承座一般采用过盈配合。 为了向摩擦表面间加注润滑剂,在轴承上方开设注油孔。
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双金属轴瓦：节省贵重金属 单金属轴瓦：结构简单，成本低
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双金属轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表