滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì)課件

滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 1 第12章滑動(dòng)軸承 12 1滑動(dòng)軸承概述 12 2滑動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu) 12 3滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料 12 4滑動(dòng)軸承軸瓦結(jié)構(gòu) 12 5滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選擇 12 6不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 8其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 2 分類 滾動(dòng)軸承 軸承的功用 用來(lái)支承軸及軸上零件 滑動(dòng)軸承 12 1滑動(dòng)軸承概述 1 能承擔(dān)一定的載荷 具有一定的強(qiáng)度和剛度 2 具有小的摩擦力矩 使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活 3 具有一定的支承精度 保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度 一 軸承的基本要求 二 軸承的分類 按摩擦性質(zhì)分 按受載方向分 按潤(rùn)滑狀態(tài)分 向心推力 徑向止推 軸承 向心 徑向 軸承 推力 止推 軸承 不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承 不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 3 三 滑動(dòng)軸承的應(yīng)用領(lǐng)域 1 工作轉(zhuǎn)速特高的軸承 汽輪發(fā)電機(jī) 2 要求對(duì)軸的支承位置特別精確的軸承 如精密磨床 3 特重型的軸承 如水輪發(fā)電機(jī) 4 承受巨大沖擊和振動(dòng)載荷的軸承 如破碎機(jī) 5 根據(jù)裝配要求必須做成剖分式的軸承 如曲軸軸承 6 在特殊條件下 如水中 或腐蝕介質(zhì) 工作的軸承 如艦艇螺旋槳推進(jìn)器的軸承 7 軸承處徑向尺寸受到限制時(shí) 可采用滑動(dòng)軸承 如多輥軋鋼機(jī) 四 滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)內(nèi)容 軸承的型式和結(jié)構(gòu)選擇 軸瓦的結(jié)構(gòu)和材料選擇 軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)潤(rùn)滑劑及其供應(yīng)量的確定 軸承工作能力及熱平衡計(jì)算 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 4 一 向心滑動(dòng)軸承 組成 軸承座 軸套或軸瓦等 12 2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式 油杯孔 軸承 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低廉 應(yīng)用 低速 輕載或間歇性工作的機(jī)器中 2 因磨損而造成的間隙無(wú)法調(diào)整 3 只能從沿軸向裝入或拆 1 整體式向心滑動(dòng)軸承 軸承座 特點(diǎn) 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 5 將軸承座或軸瓦分離制造 兩部分用聯(lián)接螺栓 剖分式向心滑動(dòng)軸承 螺紋孔 軸承座 軸承蓋 聯(lián)接螺栓 剖分軸瓦 2 剖分式向心滑動(dòng)軸承 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 可以調(diào)整因磨損而造成的間隙 安裝方便 應(yīng)用場(chǎng)合 低速 輕載或間歇性工作的機(jī)器 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 6 作用 用來(lái)承受軸向載荷 二 推力滑動(dòng)軸承 結(jié)構(gòu)形式 空心式 軸頸接觸面上壓力分布較均勻 潤(rùn)滑條件比實(shí)心式要好 單環(huán)式 利用軸頸的環(huán)形端面止推 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 潤(rùn)滑方便 廣泛用于低速 輕載的場(chǎng)合 多環(huán)式 不僅能承受較大的軸向載荷 有時(shí)還可承受雙向軸向載荷 各環(huán)間載荷分布不均 其單位面積的承載能力比單環(huán)式低50 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 7 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在軸的端面 軸肩或安裝圓盤(pán)做成止推面 在止推環(huán)形面上 分布有若干有楔角的扇形快 其數(shù)量一般為6 12 傾角固定 頂部預(yù)留平臺(tái) 類型 固定式 可傾式 用來(lái)承受停車后的載荷 傾角隨載荷 轉(zhuǎn)速自行調(diào)整 性能好 巴氏合金 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 8 12 3滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料 一 滑動(dòng)軸承常見(jiàn)失效形式 磨粒磨損 進(jìn)入軸承間隙的硬顆粒有的隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng) 對(duì)軸承表面起研磨作用 刮傷 進(jìn)入軸承間隙的硬顆?；蜉S徑表面粗糙的微觀輪廓尖峰 在軸承表面劃出線狀傷痕 膠合 當(dāng)瞬時(shí)溫升過(guò)高 載荷過(guò)大 油膜破裂時(shí)或供油不足時(shí) 軸承表面材料發(fā)生粘附和遷移 造成軸承損傷 疲勞剝落 在載荷得反復(fù)作用下 軸承表面出現(xiàn)與滑動(dòng)方向垂直的疲勞裂紋 擴(kuò)展后造成軸承材料剝落 腐蝕 潤(rùn)滑劑在使用中不斷氧化 所生成的酸性物質(zhì)對(duì)軸承材料有腐蝕 材料腐蝕易形成點(diǎn)狀剝落 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 9 微動(dòng)磨損 發(fā)生在名義上相對(duì)靜止 實(shí)際上存在循環(huán)的微幅相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)緊密接觸的表面上 其它失效形式 氣蝕 氣流沖蝕零件表面引起的機(jī)械磨損 流體侵蝕 流體沖蝕零件表面引起的機(jī)械磨損 電侵蝕 電化學(xué)或電離作用引起的機(jī)械磨損 軸瓦失效實(shí)例 軸瓦磨損 表面劃傷 疲勞點(diǎn)蝕 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 10 二 滑動(dòng)軸承的材料 一 軸承材料性能的要求 1 減摩性 材料副具有較低的摩擦系數(shù) 2 耐磨性 材料的抗磨性能 通常以磨損率表示 3 抗膠合 材料的耐熱性與抗粘附性 4 摩擦順應(yīng)性 材料通過(guò)表層彈塑性變形來(lái)補(bǔ)償軸承滑動(dòng)表面初始配合不良的能力 5 嵌入性 材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入 從而減輕軸承滑動(dòng)表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能 6 磨合性 軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運(yùn)行后 形成相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力 軸承材料是指在軸承結(jié)構(gòu)中直接參與摩擦部分的材料 如軸瓦和軸承襯的材料 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 11 工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不同的金屬組合在一起 性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短 此外還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力 良好的導(dǎo)熱性 工藝性和經(jīng)濟(jì)性 能同時(shí)滿足這些要求的材料是難找的 但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求 滑動(dòng)軸承材料 金屬材料 非金屬材料 軸承合金 銅合金 鋁基軸承合金 鑄鐵 多孔質(zhì)金屬材料 工程塑料 碳 石墨 橡膠 木材 二 常用軸承材料 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 12 1 軸承合金 白合金 巴氏合金 是錫 鉛 銻 銅等金屬的合金 錫或鉛為基體 優(yōu)點(diǎn) f小 抗膠合性能好 對(duì)油的吸附性強(qiáng) 耐腐蝕性好 容易跑合 是優(yōu)良的軸承材料 常用于高速 重載的軸承 缺點(diǎn) 價(jià)格貴 機(jī)械強(qiáng)度較差 只能作為軸承襯材料澆注在鋼 鑄鐵 或青銅軸瓦上 工作溫度 t 120 由于巴式合金熔點(diǎn)低 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 13 2 銅合金 優(yōu)點(diǎn) 青銅強(qiáng)度高 承載能力大 耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金 工作溫度高達(dá)250 缺點(diǎn) 可塑性差 不易跑合 與之相配的軸徑必須淬硬 青銅可以單獨(dú)制成軸瓦 也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上 鋁青銅 鉛青銅 錫青銅 中速重載 中速中載 低速重載 3 鋁基合金 鋁錫合金 有相當(dāng)好的耐腐蝕合和較高的疲勞強(qiáng)度 摩擦性能也較好 在部分領(lǐng)域取代了較貴的軸承合金與青銅 4 鑄鐵 用于不重要 低速輕載軸承 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 14 含油軸承 用粉末冶金法制作的軸承 具有多孔組織 可存儲(chǔ)潤(rùn)滑油 可用于加油不方便的場(chǎng)合 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦溫度升高 由于油的膨脹系數(shù)比金屬大 油自動(dòng)進(jìn)入摩擦表面起到潤(rùn)滑作用 含油軸承加一次油 可使用較長(zhǎng)時(shí)間 5 多孔質(zhì)金屬材料 橡膠軸承 具有較大的彈性 能減輕振動(dòng)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 可用水潤(rùn)滑 常用于潛水泵 沙石清洗機(jī) 鉆機(jī)等有泥沙的場(chǎng)合 工程塑料 具有摩擦系數(shù)低 可塑性 跑合性良好 耐磨 耐腐蝕 可用水 油及化學(xué)溶液等潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 導(dǎo)熱性差 膨脹系數(shù)大 容易變形 為改善此缺陷 可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用 6 非金屬材料 碳 石墨 是電機(jī)電刷常用材料 具有自潤(rùn)滑性 用于不良環(huán)境中 木材 具有多孔結(jié)構(gòu) 可在灰塵極多的環(huán)境中使用 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 15 表12 1常用軸瓦及軸承襯材料的性能 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 16 續(xù)表12 1常用軸瓦及軸承襯材料的性能 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 17 12 4滑動(dòng)軸承軸瓦結(jié)構(gòu) 一 軸瓦的形式和結(jié)構(gòu) 按構(gòu)造分類 整體式 對(duì)開(kāi)式 按加工分類 按尺寸分類 按材料分類 需從軸端安裝和拆卸 可修復(fù)性差 可以直接從軸的中部安裝和拆卸 可修復(fù) 軸瓦的類型 整體軸套 對(duì)開(kāi)式軸瓦 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 18 12 4滑動(dòng)軸承軸瓦結(jié)構(gòu) 一 軸瓦的形式和結(jié)構(gòu) 按構(gòu)造分類 按加工分類 按尺寸分類 按材料分類 軸瓦的類型 厚壁 薄壁 薄壁軸瓦 厚壁軸瓦 整體式 對(duì)開(kāi)式 節(jié)省材料 但剛度不足 故對(duì)軸承座孔的加工精度要求高 具有足夠的強(qiáng)度和剛度 可降低對(duì)軸承座孔的加工精度要求 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 19 12 4滑動(dòng)軸承軸瓦結(jié)構(gòu) 一 軸瓦的形式和結(jié)構(gòu) 按構(gòu)造分類 按加工分類 按尺寸分類 按材料分類 軸瓦的類型 單材料 多材料 單一材料 兩種材料 強(qiáng)度足夠的材料可以直接作成軸瓦 如黃銅 灰鑄鐵 軸瓦襯強(qiáng)度不足 故采用多材料制作軸瓦 厚壁 薄壁 整體式 對(duì)開(kāi)式 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 20 12 4滑動(dòng)軸承軸瓦結(jié)構(gòu) 一 軸瓦的形式和結(jié)構(gòu) 按構(gòu)造分類 按加工分類 按尺寸分類 按材料分類 軸瓦的類型 鑄造軸瓦 卷制軸套 鑄造 軋制 鑄造工藝性好 單件 大批生產(chǎn)均可 適用于厚壁軸瓦 只適用于薄壁軸瓦 具有很高的生產(chǎn)率 單材料 多材料 厚壁 薄壁 整體式 對(duì)開(kāi)式 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 21 將軸瓦一端或兩端做凸緣 凸緣定位 二 軸瓦的定位方法 軸向定位 凸耳 定位唇 定位 凸耳 凸緣 目的 防止軸瓦與軸承座之間產(chǎn)生軸向和周向的相對(duì)移動(dòng) 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 22 緊定螺釘 周向定位 銷釘 三 軸瓦的油孔和油槽 作用 把潤(rùn)滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副表面 進(jìn)油孔 油槽 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 23 開(kāi)孔原則 形式 按油槽走向分 沿軸向 繞周向 斜向 螺旋線等 2 軸向油槽不能開(kāi)通至軸承端部 應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠头饷?1 盡量開(kāi)在非承載區(qū) 盡量不要降低或少降低承載區(qū)油膜的承載能力 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 24 寬徑比B d 軸瓦寬度與軸徑直徑之比 重要參數(shù) 液體潤(rùn)滑摩擦的滑動(dòng)軸承 B d 0 5 1 非液體潤(rùn)滑摩擦的滑動(dòng)軸承 B d 0 8 1 5 軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直 載荷傾斜時(shí)結(jié)構(gòu)如圖 大型液體滑動(dòng)軸承常設(shè)計(jì)成兩邊供油的形式 既有利于形成動(dòng)壓油膜 又起冷卻作用 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 25 12 5滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選擇 一 概述 作用 降低摩擦功耗 減少磨損 冷卻 吸振 防銹等 分類 液體潤(rùn)滑劑 潤(rùn)滑油 半固體潤(rùn)滑劑 潤(rùn)滑脂 固體潤(rùn)滑劑 二 潤(rùn)滑脂及其選擇 特點(diǎn) 無(wú)流動(dòng)性 可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜 適用場(chǎng)合 要求不高 難以經(jīng)常供油 或者低速重載以及作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軸承中 當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí) 選擇針入度小一些的品種 反之 選擇針入度大一些的品種 選擇原則 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 26 當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí) 選擇針入度小一些的品種 反之 選擇針入度大一些的品種 選擇原則 所用潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn) 一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20 30 以免工作時(shí)潤(rùn)滑脂過(guò)多地流失 在有水淋或潮濕的環(huán)境下 應(yīng)選擇防水性能強(qiáng)的鈣基或鋁基潤(rùn)滑脂 在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 27 表12 4滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂的選擇 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 28 但p 10Mpa時(shí)可忽略 變化很小 潤(rùn)滑油的特性 1 溫度t 2 壓力p 選用原則 1 載荷大 轉(zhuǎn)速低的軸承 宜選用粘度大的油 2 載荷小 轉(zhuǎn)速高的軸承 宜選用粘度小的油 粘 溫圖 L TSA32 L TSA32 L TSA32 L TSA32 二 潤(rùn)滑油及其選擇 3 高溫時(shí) 粘度應(yīng)高一些 低溫時(shí) 粘度可低一些 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 29 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 30 聚氟乙烯樹(shù)脂 適用場(chǎng)合 用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)合 如高溫 低速重載 有環(huán)境清潔要求 石墨 二流化鉬 MoS2 性能穩(wěn)定 t 350 才開(kāi)始氧化 可在水中工作 摩擦系數(shù)低 使用溫度范圍廣 60 300 但遇水性能下降 摩擦系數(shù)低 只有石墨的一半 使用方式 1 調(diào)和在潤(rùn)滑油中 2 涂覆 燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜 3 混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型 其應(yīng)用日漸廣泛 三 固體潤(rùn)滑劑及其選擇 特點(diǎn) 可在滑動(dòng)表面形成固體膜 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 31 12 6不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 一 失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 工作狀態(tài) 因采用潤(rùn)滑脂 油繩或滴油潤(rùn)滑 由于軸承的不到足夠的潤(rùn)滑劑 故無(wú)法形成完全的承載油膜 工作狀態(tài)為邊界潤(rùn)滑或混合摩擦潤(rùn)滑 失效形式 邊界油膜破裂 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 保證邊界膜不破裂 因邊界膜強(qiáng)度與溫度 軸承材料 軸頸和軸承表面粗糙度 潤(rùn)滑油供給等有關(guān) 目前尚無(wú)精確的計(jì)算方法 但一般可作條件性計(jì)算 校核內(nèi)容 驗(yàn)算摩擦發(fā)熱pv pv 驗(yàn)算滑動(dòng)速度v v p pv的驗(yàn)算都是平均值 考慮到軸瓦不同心 受載時(shí)軸線彎曲及載荷變化等的因素 局部的p或pv可能不足 故應(yīng)校核滑動(dòng)速度v fpv是摩擦力 限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱 驗(yàn)算平均壓力p p 以保證強(qiáng)度要求 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 32 二 徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件 外加徑向載荷F N 軸頸轉(zhuǎn)速n r mm 及軸頸直徑d mm 驗(yàn)算及設(shè)計(jì) 驗(yàn)算軸承的平均壓力p 驗(yàn)算摩擦熱 v 軸頸圓周速度 m s B 軸瓦寬度 p 許用壓強(qiáng) 見(jiàn)下頁(yè) pv 軸承材料的許用值 見(jiàn)下頁(yè) pv n 軸速度 m s 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 33 3 驗(yàn)算滑動(dòng)速度V v 材料的許用滑動(dòng)速度 v v 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 34 表12 2常用軸瓦及軸承襯材料的性能 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 35 選擇配合 一般可選 H9 d9或H8 f7 H7 f6 二 止推滑動(dòng)軸承的計(jì)算 p 考慮承載的不均勻性 p pv 應(yīng)降低50 已知條件 外加徑向載荷F N 軸頸轉(zhuǎn)速n r mm 1 根據(jù)軸向載荷和工作要求 選擇軸承結(jié)構(gòu)尺寸和材料 2 驗(yàn)算平均壓力 3 驗(yàn)算pv值 z 軸環(huán)數(shù) 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 36 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 37 先分析平行板的情況 板B靜止 板A以速度向左運(yùn)動(dòng) 板間充滿潤(rùn)滑油 無(wú)載荷時(shí) 液體各層的速度呈三角形分布 近油量與處油量相等 板A不會(huì)下沉 但若板A有載荷時(shí) 油向兩邊擠出 板A逐漸下沉 直到與B板接觸 如兩板不平行板 板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布 且板A有載荷 當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí) 兩端速度若程虛線分布 則必然進(jìn)油多而出油少 由于液體實(shí)際上是不可壓縮的 必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力 迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹 而出油端的速度往外鼓 進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹 出油端間隙小而速度曲線外凸 進(jìn)出油量相等 同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡 板A不會(huì)下沉 這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜 這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜 各截面的速度圖不一樣 從凹三角形過(guò)渡到凸三角形 中間必有一個(gè)位置呈三角形分布 一 動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成原理和條件 兩平形板之間不能形成壓力油膜 動(dòng)壓油膜 因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜 12 7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 38 形成動(dòng)壓油膜的必要條件 1 兩工件之間的間隙必須有楔形間隙 2 兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體 3 兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度 其運(yùn)動(dòng)芳方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn) 從小截面出來(lái) 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 39 二 流體動(dòng)力潤(rùn)滑基本方程的建立 為了得到簡(jiǎn)化形式的流體動(dòng)力平衡方程 Navier Stokes方程 作如下假設(shè) 流體的流動(dòng)是層流 忽略壓力對(duì)流體粘度的影響 略去慣性力及重力的影響 故所研究的單元體為靜平衡狀態(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng) 且只有表面力作用于單元體上 流體是不可壓縮的 流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù) 實(shí)際上粘度隨壓力的增高而增加 即層與層之間沒(méi)有物質(zhì)和能量的交換 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 40 取微單元進(jìn)行受力分析 pdydz d dxdz p dp dydz dxdz 0 整理后得 又有 任意一點(diǎn)的油膜壓力p沿x方向的變化率 與該點(diǎn)y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān) 對(duì)y積分得 邊界條件 當(dāng)y 0時(shí) u v C2 v 當(dāng)y h時(shí) u 0 代入得 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 41 任意截面內(nèi)的流量 依據(jù)流體的連續(xù)性原理 通過(guò)不同截面的流量是相等的 b b截面內(nèi)的流量 該處速度呈三角形分布 間隙厚度為h0 負(fù)號(hào)表示流速的方向與x方向相反 因流經(jīng)兩個(gè)截面的流量相等 故有 一維雷諾方程 由上式可得壓力分布曲線 p f x 在b b處 h h0 p pmax 速度梯度du dy呈線性分布 其余位置呈非線性分布 流量相等 陰影面積相等 液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程 它描述了油膜壓力p的變化與動(dòng)力粘度 相對(duì)滑動(dòng)速度及油膜厚度h之間的關(guān)系 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 42 軸承的孔徑D和軸頸的直徑d名義尺寸相等 直徑間隙 是公差形成的 軸頸上作用的液體壓力與F相平衡 在與F垂直的方向 合力為零 軸頸最終的平衡位置可用 a和偏心距e來(lái)表示 軸承工作能力取決于hlim 它與 和F等有關(guān) 應(yīng)保證hlim h Fy F Fx 0 Fy F Fx 0 徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程 靜止 爬升 將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速 e 偏心距 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 43 三 徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系和承載量系數(shù) 最小油膜厚度 hmin e r 1 定義 e 為偏心率 直徑間隙 D d 半徑間隙 R r 2 定義連心線OO1為極坐標(biāo)的極軸 相對(duì)間隙 r d 穩(wěn)定工作位置如圖所示 連心線與外載荷的方向形成一偏位角 設(shè)軸孔半徑為 R r直徑為 D d 偏心距 e偏位角 a 在三角形中有 R2 e2 r h 2 2e r h cosv 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 44 略去二次微量 并取根號(hào)為正號(hào) 得 任意位置油膜厚度 將dx rd v r h0 h代入上式得 壓力最大處的油膜厚度 0為壓力最大處的極角 積分得 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 45 積分可得軸承單位寬度上的油膜承載力 在外載荷方向的分量 理論上只要將py乘以軸承寬度就可得到油膜總承載能力 但在實(shí)際軸承中 由于油可能從軸承兩端泄漏出來(lái) 考慮這一影響時(shí) 壓力沿軸向呈拋物線分布 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 46 油膜壓力沿軸向的分布 理論分布曲線 水平直線 各處壓力一樣 實(shí)際分布曲線 拋物線 且曲線形狀與軸承的寬徑比B d有關(guān) B d 1 4 B d 1 3 B d 1 2 B d 1 B d 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 47 油膜沿軸承寬度上的壓力分布表達(dá)式為 py為無(wú)限寬度軸承沿軸向單位寬度上的油膜壓力 C 為取決于寬徑比和偏心率的系數(shù) 對(duì)于有限寬度軸承 油膜的總承載能力為 式中Cp為承載量系數(shù) 計(jì)算很困難 工程上可查表確定 或 解釋這些參數(shù)的含義 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 48 表12 8有限寬度滑動(dòng)軸承的承載量系數(shù)Cp 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 49 四 最小油膜厚度 動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)應(yīng)保證 hmin h 其中 h S Rz1 Rz2 S 安全系數(shù) 常取S 2 一般軸承可取為3 2 m和6 3 m 1 6 m和3 2 m 重要軸承可取為0 8 m和1 6 m 或0 2 m和0 4 m Rz1 Rz2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度 考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 50 五 軸承的熱平衡計(jì)算 熱平衡方程 產(chǎn)生的熱量 散失的熱量Q Q1 Q2 其中 摩擦熱 Q f vW 式中 q 潤(rùn)滑油流量m3 s 滑油密度kg m3 c 潤(rùn)滑油的比熱容 J kg ti 油出口溫度 to 油入口溫度 3 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W m2 滑油帶走的熱 Q1 q c to ti W軸承散發(fā)的熱 Q2 3 dB to ti W 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 51 溫升公式 其中 潤(rùn)滑油流量系數(shù) 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 52 摩擦系數(shù) 系數(shù) 與寬徑比有關(guān) 若B d 1 則 B d 1 5若B d 1 則 1 由于軸承內(nèi)部各處溫度不一樣 計(jì)算時(shí)采用平均溫度 為了保證軸承能正常 其平均溫度 tm 70 80 設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)使進(jìn)油溫度 ti tm t 2 35 40 當(dāng)ti 35 40 時(shí) 表明軸承承載能力有冗余 可采取如下措施 增大表面粗糙度 以降低成本 減小間隙 提高旋轉(zhuǎn)精度 加寬軸承 充分利用軸承的承載能力 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 53 當(dāng)t1 35 40 時(shí) 表明軸承的承載能力不足 可采取如下措施 加散熱片 以增大散熱面積 在保證承載能力的不下降的條件下 適當(dāng)增大軸承間隙 提高軸和軸承的加工精度 風(fēng)冷 增加冷卻裝置 加風(fēng)扇 冷卻水管 循環(huán)油冷卻 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 54 六 軸承參數(shù)的選擇 取值范圍 B d 0 3 1 5 影響效果 B d小 有利于提高穩(wěn)定性 增大端排泄量以降低溫度 B d大 增大軸承的承載能力 0 6 1 5 電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī) 離心機(jī) 齒輪變速器 1 寬徑比B d 應(yīng)用 B d 0 3 1 0 汽輪機(jī) 鼓風(fēng)機(jī) 0 8 1 2 機(jī)車 拖拉機(jī) 0 6 0 9 軋鋼機(jī) 2 相對(duì)間隙 影響因素 載荷和速度 軸徑尺寸 寬度 直徑 調(diào)心能力 加工精度 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 55 選取原則 1 速度高 取大值 載荷小 取小值 2 直徑大 寬徑比小 調(diào)心性能好 加工精度高 取小值 反之 取大值 應(yīng)用 0 001 0 0002 汽輪機(jī) 電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī) 齒輪變速器 0 0002 0 0015 軋鋼機(jī)鐵路機(jī)車輛 0 0002 0 00125 機(jī)床 內(nèi)燃機(jī) 0 0002 0 00125 鼓風(fēng)機(jī) 離心機(jī) 一般軸承 按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 56 3 潤(rùn)滑油粘度 對(duì)承載能力 功耗 溫升都有影響 根據(jù)平均溫度 tm ti to 2決定潤(rùn)滑油粘度 設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè) tm 50 75 計(jì)算所得應(yīng)在 ti 35 40 初始計(jì)算時(shí) 可取 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 57 七 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)過(guò)程 已知條件 外加徑向載荷F N 軸頸轉(zhuǎn)速n r min 及軸頸直徑d mm 設(shè)計(jì)及驗(yàn)算 保證在平均油溫tm下hmin h a 選擇軸承材料 驗(yàn)算p v pv b 選擇軸承參數(shù) 如軸承寬度 B 相對(duì)間隙 和潤(rùn)滑油 c 計(jì)算承載量系數(shù) Cp 并查表確定偏心率 d 計(jì)算最小油膜厚度 hmin 和許用油膜厚度 h 滑動(dòng)軸承機(jī)械設(shè)計(jì) 58 極限工作能力校核 a 根據(jù)直徑間隙 選擇配合 b 根