第9章 滑动轴承

1第9章滑动轴承重要基本概念1．动压油膜形成过程随着轴颈转速的提高，轴颈中心的位置和油膜厚度的变化如图9-3所示。图9-3从n=0，到n→∞，轴颈中心的运动轨迹为一半圆。利用此原理可以测量轴承的偏心距e，从而计算出最小油膜厚度hmin。2．动压油膜形成条件(1)相对运动的两表面必须构成收敛的楔形间隙；(2)两表面必须有一定的相对速度，其运动方向应使润滑油从大口流入、从小口流出；(3)润滑油必须具有一定的粘度，且供油要充分。3．非液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则和验算内容，液体动压润滑轴承设计时也要进行这些计算失效形式：磨损、胶合设计准则：维护边界油膜不被破坏，尽量减少轴承材料的磨损。验算内容：为防止过度磨损，验算：p=BdP≤[p]MPa为防止温升过高而胶合，验算：Pv=100060ndBdP≤[pv]MPa·m/s为防止局部过度磨损，验算：V=100060nd≤[v]m/s因为在液体动压润滑滑动轴承的启动和停车过程中，也是处于非液体摩擦状态，也会发生磨损，也需要进行上述三个条件的验算。4．对滑动轴承材料性能的要求除强度（抗压、抗冲击）外，还应有良好的减摩性（摩擦系数小）、耐磨性（抗磨损、抗胶合）、跑合性、导热性、润滑性、顺应性、嵌藏性等。25．液体动压润滑轴承的工作能力准则(1)保证油膜厚度条件：hmin≥[h]；(2)保障温升条件：t≤[t]=10~30C。精选例题与解析例9-1一向心滑动轴承，已知：轴颈直径d=50mm，宽径比B/d=0.8，轴的转速n=1500r/min，轴承受径向载荷F=5000N，轴瓦材料初步选择锡青铜ZcuSn5Pb5Zn5，试按照非液体润滑轴承计算，校核该轴承是否可用。如不可用，提出改进方法。解：根据给定材料ZCuSn5Pb5Zn5查得：[p]=8MPa，[v]=3m/s，[pv]=12MPa·m/s。根据宽径比B/d=0.8，知B=40mm。则：50405000BdFp2.5MPa＜[p]=8MPa10006050150050405000100060ndBdFpv9.82MPa·m/s＜[pv]=12MPa·m/s100060501500100060ndv3.93m/s＞[v]=3m/s可见：p和pv值均满足要求，只有v不满足。其改进方法是：如果轴的直径富裕，可以减小轴颈直径，使圆周速度v减小；采用[v]较大的轴承材料。改进方法：将轴承材料改为轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2，[p]=15MPa，[v]=12m/s，[pv]=10MPa·m/s。则：p2.5MPa＜[p]=15MPapv9.82MPa·m/s＜[pv]=10MPa·m/sv3.93m/s＜[v]=12m/s结论：轴承材料采用轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2，轴颈直径d=50mm，宽度B=40mm。例9-2一向心滑动轴承，已知：轴颈直径d=150mm，宽径比B/d=0.8，直径间隙Δ=0.3mm，轴承包角180°，轴的转速n=1500r/min，轴承受径向载荷F=18000N，采用N32润滑油，在工作温度下的动力粘度η=0.0175Pa·s，轴颈和轴瓦的表面粗糙度分别为Rz1=1.6m和Rz2=3.2m，试校核该轴承是否可以获得流体动压润滑。解：(1)确定[h]取K=2，则［h］=K（RZ1+RZ2）=2（1.6+3.2）=9.6m(2)求hmin轴承宽度：B=0.8d=0.8×150=120mm轴承相对间隙：1503.0d0.002轴颈转速：n=1500r/min=25r/s轴承特性数：18000002.015.012.0250175.022FnBdS=0.109根据S和宽径比查图，得到331.0minCh所以0465.02/3.031.02/31.031.0minChmm=46.5m可见，满足hmin＞[h]，轴承可以获得流体动压润滑。例9-3一向心滑动轴承，轴颈直径d=60mm，宽径比B/d=1，轴承包角180，直径间隙Δ=0.09mm，轴颈和轴瓦的表面粗糙度Rz1=1.6m，Rz2=3.2m，转速n=1500转/分，用N15号机械油润滑，tm=50℃（η=0.095Pa·s）。试求获得流体动压润滑的许用载荷。解：(1)确定hmin取K=2，则［h］=K（RZ1+RZ2）=)2.36.1(2=9.6m取：hmin=10m=0.01mm(2)求S半径间隙C：C=Δ/2=0.09/2=0.045mm偏心率：=1-hmin/C=1-0.010/0.045=0.78根据和宽径比查得S=0.051(3)求F轴承宽度：B=d=60mm=0.06m轴承相对间隙：6009.0d0.0015轴颈转速：n=1500r/min=25r/s则：051.00015.006.0250095.0222SnBdF=7451N所以，形成流体动压润滑的最大工作载荷为7451N。例9-4一单油楔向心滑动轴承，包角180，轴颈直径d=100mm，轴承宽度B=100mm，轴承的直径间隙Δ=0.15mm，轴颈和轴瓦的表面粗糙度分别为Rz1=3.2m，Rz2=6.3m，承受径向载荷F=32000N，在工作温度下润滑油的动力粘度η=0.027Pa·s，试求能形成流体动压润滑的最低工作转速。解：(1)确定hmin取K=1.5，则［h］=K（RZ1+RZ2）=1.5（3.2+6.3）=14.25m取：hmin=14.25m=0.01425mm(2)求S半径间隙C：C=Δ/2=0.15/2=0.075mm偏心率：=1-hmin/C=1-0.01425/0.075=0.81轴承宽径比：B/d=100/100=1根据和宽径比查得S=0.045(3)求n轴承相对间隙：10015.0d0.0015则：1.01.0027.0045.0320000015.022BdFSn=12r/s=720r/min所以，形成流体动压润滑的最低工作转速为720r/min。4例9-5承载油楔示意如例9-5图1所示，下板固定不动，上板沿x轴方向以速度U运动。已知：流速方程：yyhxpyhhUu)(21)(一维雷诺方程：306hhhUxp式中：h——沿x轴任意位置的间隙h0——油压最大处的间隙——润滑油粘度u——润滑油层流速度试根据油楔承载机理，定性地画出油压p沿x轴的变化曲线，和油楔入口、出口和h0处流速u沿y轴方向的变化曲线，并简要说明理由。解题要点：(1)画p(x)曲线设：油楔的外面，p=0，则在出入口处，p=0。根据雷诺方程，在油楔的入口一侧，h＞h0，则：xp＞0，p(x)为增函数；同理，在油楔的出口一侧，h＜h0，则：xp＜0，p(x)为减函数。另根据实验，pmax偏向油楔的出口端。这样，p(x)曲线可以定性画出，如图所示。(2)画层流速度曲线u(y)油楔入口处：剪切流)(1yhhUu，呈线性分布。当y=0，u1=U；当y=h，u1=0。压力流yyhxpu)(212，当y=0，u2=0；当y=h，u2=0；当0＜y＜h，因xp＞0，(h-y)＞0，则：u2＜0。合成剪切流和压力流，得到入口处流速变化曲线。油楔出口处：剪切流，和入口分布规律相同，呈线性分布。压力流，只因xp＜0，使u2＞0。合成剪切流和压力流，得到出口处流速变化曲线。h0处（pmax处）：因：hh0=0，根据雷诺方程可知，xp=0，从而压力流u2=0。只有剪切流。综上，油楔入口、出口和h0处流速u沿y轴方向的变化曲线如9-5图2所示。自测题与答案一、选择题例9-5图1例9-5图259-1．滑动轴承材料应有良好的嵌藏性是指________。A．摩擦系数小B．顺应对中误差C．容纳硬污粒以防磨粒磨损D．易于跑合9-2．下列各材料中，可作为滑动轴承衬使用的是________。A．ZchSnSb8-4B.38SiMnMoC．GCr15D.HT2009-3．在非液体摩擦滑动轴承设计中，限制p值的主要目的是________。A．防止轴承因过度发热而胶合B．防止轴承过度磨损C．防止轴承因发热而产生塑性变形D．防止轴承因发热而卡死9-4．在非液体摩擦滑动轴承设计中，限制pv值的主要目的是________。A．防止轴承因过度发热而胶合B．防止轴承过度磨损C．防止轴承因发热而产生塑性变形D．防止轴承因发热而卡死9-5．润滑油的主要性能指标是________。A．粘性B．油性C．压缩性D．刚度9-6．向心滑动轴承的偏心距e随着________而减小。A．转速n增大或载荷F的增大B．n的减小或F的减小C．n的减小或F的增大D．n增大或F减小9-7．设计动压向心滑动轴承时，若通过热平衡计算发现轴承温升过高，在下列改进设计的措施中有效的是________。A．增大轴承的宽径比B/dB．减少供油量C．增大相对间隙D．换用粘度较高的油9-8．动压向心滑动轴承，若其它条件均保持不变而将载荷不断增大，则________。A．偏心距e增大B．偏心距e减小C．偏心距e保持不变D．增大或减小取决于转速高低9-9．设计动压向心滑动轴承时，若宽径比B/d取得较大，则________。A．轴承端泄量大，承载能力高，温升高B．轴承端泄量大，承载能力高，温升低C．轴承端泄量小，承载能力高，温升低D．轴承端泄量小，承载能力高，温升高9-10．一流体动压滑动轴承，若其它条件都不变，只增大转速n，其承载能力________。A．增大B．减小C．不变D．不会增大9-11．设计流体动压润滑轴承时，如其它条件不变，增大润滑油粘度，温升将________。A．变小B．变大C．不变D．不会变大9-12．设计动压式向心滑动轴承时，若发现最小油膜厚度hmin不够大，在下列改进措施中有效的是________。6A．减小轴承的宽径比B/dB．增多供油量C．减小相对间隙D．换用粘度较低的润滑油9-13．三油楔可倾瓦向心滑动轴承与单油楔圆瓦向心轴承相比，其优点是________。A．承载能力高B．运转稳定C．结构简单D．耗油量小9-14．在动压滑动轴承能建立液体动压润滑的条件中，不必要的条件是________。A．轴颈和轴瓦表面之间构成楔形间隙B．轴颈和轴瓦表面之间有相对滑动C．充分供应润滑油D．润滑油温度不超过50℃9-15．在滑动轴承工作特性试验中可以发现，随转速n的提高，摩擦系数f________。A．不断增大B．不断减小C．开始减小，进入液体摩擦后有所增大D．开始增大，进入液体摩擦后有所减小9-16．通过对流体动压滑动轴承的计算知道，随着相对间隙的增大，轴承的温升变小了，这是由于________。A．进油量增加，摩擦系数减小，轴承发出的热量减少了B．轴承金属的受热面积增加，吸收和传导热量的能力增大了C．被轴承间隙散发出的热量增加了D．进油量增加，润滑油带走的热量增多了9-17．液体动压滑动轴承需要足够的供油量，主要是为了________。A．补充端泄油量B．提高承载能力C．提高轴承效率D．减轻轴瓦磨损9-18．一向心滑动轴承。直径间隙为0.08mm，现测得它的最小油膜厚度hmin=21m，轴承的偏心率应该是________。A．0.26B．0.475C．0.52D．0.749-19．流体动压润滑轴承达到液体摩擦的许用最小油膜厚度受到________限制。A．轴瓦材料B．润滑油粘度C．加工表面粗糙度D．轴承孔径9-20．验算滑动轴承最小油膜厚度hmin的目的是________。A．确定轴承是否能获得液体润滑B．控制轴承的发热量C．计算轴承内部的摩擦阻力D．控制轴承的温升9-21．在________情况下，滑动轴承润滑油的粘度不应选得过高。A．重载B．高速C．工作温度高D．承受变载荷或冲击载荷9-22．非金属材料轴瓦中的橡胶轴承主要用于以________作润滑剂之处。A．润滑油B．润滑脂C．水D．石墨7