09第十二章滑動軸承.ppt

1、第十二章 滑 動 軸 承,本章重點(diǎn)：非液體潤滑軸承的設(shè)計(jì)方法 液體動壓潤滑基本原理,金屬表面間的滑動摩擦種類： 1、干摩擦：兩摩擦面間無外加潤滑劑或保護(hù)膜 固體表面直接接觸摩擦、磨損大 2、液體摩擦：兩摩擦表面被一層流體隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力摩擦系數(shù)很小，幾乎無磨損產(chǎn)生。 3、邊界摩擦：兩摩擦面被吸附在金屬表面的很簿的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)不取決于流體粘性，而與邊界膜和表面的吸附性質(zhì)有關(guān)。-因膜很薄，仍有磨損。 4、混合摩擦：實(shí)際中較多的摩擦副表面是處于干摩擦、邊界摩擦和流體摩擦的混合狀態(tài)，故稱為混合摩擦。-摩擦系數(shù)比邊界摩擦小得多，但仍有磨損,12-1 概 述,流體摩擦（流

2、體潤滑）,兩摩擦面完全由液體隔開的摩擦,油膜：靜壓油膜、動壓油膜,流體動力潤滑：兩個(gè)作相對運(yùn)動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩表面完全分開，由流體膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載，稱為流體動力潤滑。,流體靜力潤滑：靠液壓泵將加壓后的流體送入兩摩擦表面之間，由流體靜壓力來平衡外載，稱為流體靜力潤滑。,實(shí)現(xiàn)條件： 1）兩摩擦表面必須構(gòu)成收斂狀間隙； 2）潤滑油必須有一定的粘度。 3）兩表面有一定的相對速度，并帶著潤滑油從 大口走向小口,流體動力潤滑：,x,y,二.流體靜力潤滑：,流體靜力潤滑：靠液壓泵將加壓后的流體送入兩摩擦表面之間，由流體靜壓力來平衡外載，稱為流體靜力潤滑。,軸承功用,

3、滑動軸承 滾動軸承,: 支承軸及軸上零件,并保證旋轉(zhuǎn)精 度,減少軸與支承間的摩擦與磨損。,向心軸承 止推軸承,二. 軸承的分類：,按摩擦性質(zhì),按載荷的方向,主要承受徑向載荷F （力與軸線垂直）,主要承受軸向載荷FA (力與軸線一致),軸承概述,滑動軸承的分類:（按潤滑方式）,液體潤滑滑動軸承(動壓、靜壓),圖12-14,圖12-21,不完全液體潤滑滑動軸承(邊界潤滑或混合潤滑狀態(tài)),自潤滑軸承,一 整體式徑向滑動軸承,結(jié)構(gòu)：軸承座，軸套,12-2 滑動軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低; 但磨損后無法調(diào)整軸承間隙，裝拆不便。,用于：低速、輕載的間歇工作場合。,二 對開式徑向滑動軸承,結(jié)

4、構(gòu)：軸承座、軸承蓋， 剖分軸瓦、螺栓 特點(diǎn)：裝拆方便，磨損后可調(diào)整 間隙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜,軸瓦能擺動，適應(yīng)軸的變形,用于 支承跨距較大或多支點(diǎn)的長軸,三 自動調(diào)心式滑動軸承,結(jié)構(gòu)：空心、實(shí)心、單環(huán)、多環(huán),四止推滑動軸承,組成：軸承座、止推軸徑,123 滑動軸承的失效形式及常用材料,一.滑動軸承的失效形式,2.刮 傷,3.咬粘（膠合）,4.疲勞剝落,1.磨粒磨損,硬顆粒及軸表面粗糙的硬輪廓峰頂刮削軸承,溫升+壓力 油膜破裂材料發(fā)生粘附和遷移,潤滑劑氧化酸性物質(zhì)對軸承腐蝕形成點(diǎn)狀脫落,載荷反復(fù)作用疲勞裂紋擴(kuò)展軸承襯材料剝落,5.腐蝕,硬質(zhì)顆粒磨料研磨軸和軸承表面(導(dǎo)致幾何形狀改變,精度下降等),失 效

5、形 式 圖 例,磨損及膠合,點(diǎn)蝕及金屬剝落,二. 軸承的材料,以錫或鉛為軟基體，均夾著銻錫、銅錫硬晶粒最好，但 價(jià)高、強(qiáng)度低軸承襯。,軸承合金 (通稱白合金、巴氏合金),（軸瓦和軸承襯的材料）,著重要求：良好的減摩性、耐磨性、抗膠合性 順應(yīng)性、嵌入性、磨合性、工藝性,順應(yīng)性：材料通過彈塑性變形補(bǔ)償軸承滑動表面初始配合不良的能力。 嵌入性：容納異物的能力（吸收金屬微粒的能力） 常用材料： 1、金屬材料: 軸承合金 、銅合金、鋁基合金、灰鑄鐵等 2、多孔質(zhì)金屬材料：用不同金屬粉末經(jīng)壓制和燒結(jié)而成。 3、非金屬材料：工程塑料、碳-石墨等。,多孔質(zhì)金屬材料（含油軸承）,鐵（銅）粉石墨壓型燒結(jié),減摩材料

6、軸承襯,124 軸 瓦 結(jié) 構(gòu),軸承襯,整體式軸瓦,剖分式軸瓦,軸瓦上開設(shè)油孔和油溝,油孔：供應(yīng)潤滑油；,油溝：輸送和分布潤滑油；,油孔及油槽,油溝、油孔：不能開在油膜承載區(qū)，否則，承載能力,油溝長度0.8B（軸瓦寬度），即不能開通，否則漏油。,125 滑動軸承潤滑劑的選用,潤滑劑潤滑油液體 潤滑脂潤滑油稠化劑 固體潤滑劑石墨、oS2、聚四氟乙稀,潤滑油是應(yīng)用最廣的潤滑劑,一. 潤滑油及其選擇,粘度：液體抵抗變形的能力,它標(biāo)志著液體的內(nèi)摩擦阻力的大小 粘度愈大，內(nèi)摩擦阻力愈大，流動性愈小。,溫度粘度潤滑效果。,主要性能指標(biāo):粘度、潤滑性（油性）、極壓性、閃 點(diǎn)、凝點(diǎn)等,選擇原則： 轉(zhuǎn)速高、壓力

7、小粘度低 轉(zhuǎn)速低、壓力大粘度高 高溫度下工作（t60）較高粘度 不完全液體潤滑軸承潤滑劑的選擇見表： 表124 液體潤滑軸承潤滑劑的選擇見表： 41,潤滑性（油性）：反映潤滑油吸附與摩擦表面的性能。油 性越好，吸附能力越強(qiáng)。 極壓性：潤滑油中加入添加劑后，在金屬表面生成化學(xué)反 應(yīng)膜的能力。 閃點(diǎn)：遇火焰即能發(fā)出閃光的最低溫度。應(yīng)使工作溫度比 閃點(diǎn)低30-400C 凝點(diǎn)：潤滑油冷卻到不能流動時(shí)的溫度。,三. 固體潤滑劑,選擇原則 壓力大、速度低小針入度，反之選針入度大的 潤滑脂滴點(diǎn)應(yīng)高于軸承工作溫度2030，以免流失 在有水或潮濕場合，應(yīng)選防水性的潤滑脂。 （表12-3） 。,用于特殊場合,二.

8、 潤滑脂及其選擇,潤滑脂要求不高、難經(jīng)常供油或低速重載軸承,性能指標(biāo): 針入度、滴點(diǎn) 針入度(稠度）：表征潤滑脂稀稠程度的指標(biāo)。針入度 越大，表示潤滑脂流動性越大。 滴點(diǎn)：表示潤滑脂受熱后開始滴落的溫度。,一 失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,磨損: 間隙運(yùn)動精度 膠合：溫度 粘度,潤滑惡化膠合,維持邊界油膜不破裂,1.主要失效形式,2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,126 不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算,對于工作要求不高,轉(zhuǎn)速較低,載荷不大,難于維護(hù)等條件下工作的滑動軸承往往設(shè)計(jì)成不完全液體潤滑滑動軸承,二.徑向滑動軸承的計(jì)算,1.徑向滑動軸承設(shè)計(jì)：,1、確定軸承結(jié)構(gòu)型式，按表12-4選擇軸瓦材料 2、按寬徑比確定軸承寬度

9、B：B/d=0.51.5,二.徑向滑動軸承的校核計(jì)算,Mpa m/S,2.驗(yàn)算軸承的p值,Mpa,1.驗(yàn)算軸承的平均壓強(qiáng) p,F徑向載荷mm ； B軸承寛度mm； d軸頸直徑mm ； n軸頸轉(zhuǎn)速r/min ； p，pV許用應(yīng)力Mpa, Mpam/S 查表(122),限制溫升,防止油膜破裂 及膠合的發(fā)生,避免在載荷作用下潤滑 油被完全擠出,進(jìn)而出現(xiàn) 過度磨料磨損,3.驗(yàn)算滑動速度,考慮由于安裝誤差，軸頸偏轉(zhuǎn)變 形等因素而引起軸承邊緣局部比壓 高，若v過大,加速磨損,V v ms,結(jié)構(gòu)：空心、實(shí)心、單環(huán)、多環(huán),實(shí)心式：,空心式：,二. 止推滑動軸承的計(jì)算,實(shí)心式：邊緣v大，磨損快，中間p，壓力分布

10、不均。,空心式：壓力分布均勻性。,1.驗(yàn)算軸承的平均壓力p,Mpa,2. 驗(yàn)算軸承的值,Mpa m/S,m/S,平均速度 值,127 液體動力潤滑徑向滑動軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,流體動力潤滑： 兩相對運(yùn)動物體的摩擦表面，借助相對速度產(chǎn)生的油膜把兩表面完全隔開，由油膜產(chǎn)生的壓力來平衡外載荷,1、建模,為方便研究，作如下假設(shè)：,一.流體動力潤滑基本方程,研究對象：被潤滑油隔開作相對運(yùn)動的兩剛體， 一個(gè)以v運(yùn)動，一個(gè)靜止。,1）忽略p-效應(yīng)（壓粘效應(yīng)）,2）油沿z方向無流動，即無限寬軸承,3）層流,4）油與表面吸附，一起運(yùn)動或靜止,5）不計(jì)油的慣性力和重力,6）油不可壓縮：=const,7）膜厚方向壓力不變,

11、2、求解,取“微單元體”：,流體的壓力變化與速度的變化情況成正比,由牛頓粘性定律,（u:流體流動速度）,1.油層的速度分布,代入邊界條件后得： y=0:u=v;y=h:u=0;,x,y,2.潤滑油流量：,無側(cè)漏時(shí)，潤滑油在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng) 任意截面上單位寬度面積的流量為：,連續(xù)流動方程：任何截面沿x方向單位寬度流量q相等,一維雷諾方程,3、油楔承載機(jī)理,p 積分油膜承載能力 平衡外載,可見，對收斂形油楔，油楔內(nèi)各處油壓大于入口、出口處油壓正壓力承載。,h0,進(jìn)口小、出口大，油壓p低于出口、入口壓力（負(fù)壓）,不能承載，相反使兩表面相吸。,液體動壓潤滑形成的必要條件：P290,1、相對滑動的兩表面之

12、間必須形成收斂的楔形間隙,2、兩表面有一定相對滑動速度v，油從大口流進(jìn)， 小口流出。,3、潤滑油有一定粘度，供油應(yīng)充分,二 徑向滑動軸承形成流體動力潤滑的過程,起動前階段,起動階段,液體潤滑階段,三、 徑向滑動軸承的幾何關(guān)系,直徑、半徑間隙：=Dd，=Rr= 2 相對間隙：= d= r， =r,偏心距與偏心率： e=OO1， =e 最小油膜厚度： hmin=e= （1 ） =r （1 ）,四、徑向滑動軸承工作能力計(jì)算簡介,基本思路： 建立極坐標(biāo)積分某點(diǎn)的壓力 積分單位寬度上油膜的承載 能力積分油膜的總承載能力 取O為極點(diǎn)，連心線OO1為極軸， 對于任意角 的油膜厚度為h, 將 代入雷諾方程：,

13、1軸承的承載量計(jì)算及承載量系數(shù),極坐標(biāo)形式的雷諾方程：,積分得任意位置的壓力：,壓力在外載荷方向的分量；,軸承單位寬度上的油膜承載力：,油膜總承載力：,考慮斷泄：在 角和距軸承中線z處的油膜壓力:,承載量系數(shù)Cp,結(jié)果：,B軸承寬度 d軸承直徑 軸承角速度 油的粘度 C與B/d和 有關(guān)的系數(shù),表126,3軸承的熱平衡計(jì)算,軸承產(chǎn)生的熱量Q = 油流動帶走熱量Q1 + 軸承散發(fā)熱量Q2,目的：控制油溫，避免粘度降低,Rz1 、Rz2 軸頸、軸承孔表面粗造度十點(diǎn)高度 S安全系數(shù) S2,1 熱平衡條件：,hmin越小，則 越大，F(xiàn)越大。但加工精度有限， hmin應(yīng)比誤差大，即,2 最小油膜厚度hmi

14、n,兩種情況： ti 3540 容易達(dá)到熱平衡，可降低tm ，增大粗造度 ti 3540 不易達(dá)到熱平衡，可加大間隙，降低粗造度,2 溫升,3 校核進(jìn)口油溫ti,c 比熱容 見附錄 密度 s傳熱系數(shù) f摩擦系數(shù),耗油量系數(shù),tm給定的平均溫度 tm =5075,五 參數(shù)選擇,1 寬徑比 B/d=0.31.5,高速重載取小值 低速重載取大值 輕載取小值,估算需要的粘度：,B/d 承載能力，但端泄,t B/d 端泄,t 但承載能力,2 相對間隙,3 粘度,過小,油膜厚度過小,會出現(xiàn): 增大時(shí)，溫升會降低,但承載能力、回轉(zhuǎn)精度也會降低. 按轉(zhuǎn)速取的經(jīng)驗(yàn)公式：,設(shè)計(jì)計(jì)算步驟,計(jì)算Cp查得： ,選B/d值,選材料,驗(yàn)算p、pv、v,估算,選油牌號,估算,驗(yàn)算hmin,計(jì)算t ,驗(yàn)算ti,小 結(jié): 1.滑動軸承的結(jié)構(gòu)及分類 2.軸瓦（ 軸承襯）的材料和結(jié)構(gòu) 3. 非全液體滑動軸承的設(shè)計(jì)（失效形式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則） 4.流體動力潤滑的形成原理?xiàng)l件 5 動壓軸承的承載原理和形成過程,1、液體摩擦動壓滑動軸承的軸瓦上的油孔、油溝位置應(yīng)開在 2、設(shè)計(jì)計(jì)算非液體滑動軸承時(shí)要驗(yàn)