機(jī)械設(shè)計(jì) 15章滑動(dòng)軸承

1、1軸承功用滑動(dòng)軸承滾動(dòng)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。向心軸承推力軸承二. 軸承的分類：FaFrFA2FA1FR1FR2按摩擦性質(zhì)按摩擦性質(zhì)按載荷的方向按載荷的方向主要承受徑向載荷F （與軸心線垂直）主要承受軸向載荷FA (與軸心線一致)FR1FR2FA2FA1前前 言言15-1 摩擦狀態(tài) 1.干摩擦2.邊界摩擦3.液體摩擦4.混合摩擦 兩摩擦面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑固體表面直接接觸摩擦、磨損大強(qiáng)烈溫升不允許 兩摩擦面由吸附著的很簿的邊界膜隔 開(kāi)的摩擦0. 10.3 兩摩擦面完全由液體隔開(kāi)的摩擦理想0.0010.01干、邊界、液體摩擦并存實(shí)際非液體摩擦15-2

2、滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) p.238(一)向心滑動(dòng)軸承主要承受徑向載荷FR 1.整體式整體式 軸承座、軸瓦(軸套) 2.剖分式剖分式 軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦(兩邊)、 螺栓連接件。 實(shí)心、空心、 單環(huán)、多環(huán)式。 在止推軸承上開(kāi)出若干楔形扇形面 固定式 可傾式(二)推力軸承主要承受軸向載荷FA(Fa)軸的端面或凸肩(推力圓盤(pán))可形成動(dòng)壓潤(rùn)滑圖15-83.軸瓦定位配合4.必要時(shí)開(kāi)油室5.軸瓦(三)對(duì)軸瓦結(jié)構(gòu)的要求：1.剖分式軸瓦 2.軸承應(yīng)開(kāi)油孔、油溝 (供應(yīng)輸送, 分布) 承載區(qū) 非承載區(qū)油溝開(kāi)在軸瓦內(nèi)表面油溝開(kāi)在軸瓦內(nèi)表面以油以油口為中心縱向、斜向或橫向口為中心縱向、斜向或橫向潤(rùn)滑油應(yīng)由非承載區(qū)引入

3、潤(rùn)滑油應(yīng)由非承載區(qū)引入保證良好潤(rùn)滑 不降低油膜承載力o35o35油溝形式油溝形式貯油和穩(wěn)定供油貯油和穩(wěn)定供油油溝與軸瓦端面保持一定距離，防止漏油油溝與軸瓦端面保持一定距離，防止漏油寬徑比：寬徑比：軸瓦寬度與軸頸直徑之比軸瓦寬度與軸頸直徑之比B/d 液體摩擦滑動(dòng)軸承：液體摩擦滑動(dòng)軸承：B/d=0.5-1； 非液體摩擦的滑動(dòng)軸承：非液體摩擦的滑動(dòng)軸承：B/d=0.8-1.515-3 軸瓦及軸承襯材料 摩擦系數(shù)小，抗膠合性能好，對(duì)油的吸附性強(qiáng)，耐蝕性好，易跑合，常用于高速、重載價(jià)格貴、機(jī)械強(qiáng)度差軸承襯軸承襯1.錫銻軸承和金一.軸承合金 (白合金、巴氏合金) 材料具有的性能 1）摩擦系數(shù)?。?）導(dǎo)熱性

4、好，熱膨脹系數(shù)??；3）耐磨、耐蝕、抗膠合能力強(qiáng)；4）足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可塑性兩層不同金屬（澆鑄或壓合）做成軸瓦軸承襯2.鉛銻軸承和金較脆，中速、中載軸承較脆，中速、中載軸承灰鑄鐵、耐磨鑄鐵粉未治金（含油軸承、陶質(zhì)金屬）輕載、低速鐵（銅）粉石墨壓型燒結(jié)；多孔性組織，空隙內(nèi)可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油強(qiáng)度高、承載能力大，耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金，可在較高溫度下工作，但可塑性差，不宜跑合，與之相配的軸頸必須淬硬。二. 青銅三. 具有特殊性能的軸承材料：塑料、橡膠15-4 潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置 p.242潤(rùn)液體潤(rùn)滑劑：潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油滑半固體潤(rùn)滑劑：潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂劑固體潤(rùn)滑劑固體潤(rùn)滑劑石墨、oS2、聚四氟乙稀一.潤(rùn)滑目的：摩

5、擦功耗磨損, 冷卻、吸振、防銹粘度粘度液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦性能內(nèi)部剪應(yīng)力二. 潤(rùn)滑油：潤(rùn)滑效果好，具冷卻、清洗作用。 供油、 密封麻煩。溫度粘度（粘溫圖）。 1.主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo): 2.特點(diǎn)特點(diǎn):壓力粘度，變化極微，可忽略。3.潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑方法:間歇潤(rùn)滑:油孔、油杯連續(xù)潤(rùn)滑:油杯、油環(huán)、飛濺、壓力動(dòng)力粘度 PaS(Ns/m2)(國(guó)際)(15-1) 運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s) 潤(rùn)滑油作層流流動(dòng)時(shí), 各油層間的剪應(yīng)力與速度梯度成正比。4.牛頓粘性定律牛頓粘性定律液體密度 (kg/m3)沿 y 坐標(biāo)各油層速度呈線性分布剪切流。dydu三. 潤(rùn)滑脂:特點(diǎn)特點(diǎn):潤(rùn)滑油+稠化劑(金屬皂 氫氧化物+硬脂酸)不

6、易流失，易密封、不需經(jīng)常添加對(duì)速度和載荷的變化有較大的適應(yīng)范圍，受溫度影響不大；但摩擦磨損大，效率低，不宜于高速，易變質(zhì)四. 固體潤(rùn)滑劑:石墨、二硫化鉬、聚氟乙烯樹(shù)脂潤(rùn)滑油不能用場(chǎng)合，如高溫或低速重載液體液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承非液體非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承 (一)失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:磨損間隙運(yùn)動(dòng)精度耗功溫度粘度潤(rùn)滑惡化燒瓦、膠合維持邊界油膜不遭破裂1.主要失效形式:2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:在潤(rùn)滑劑中加少量石墨或MOS2邊界油膜較堅(jiān)韌15-5非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算 pp pVpV (二)設(shè)計(jì)計(jì)算： 一.向心軸承： pBdFpRpVdnBdFpVR601000Mpa m/S (15-4)2.驗(yàn)算驗(yàn)算p值值Mpa (1

7、5-3)1.軸承壓強(qiáng)軸承壓強(qiáng)(p)驗(yàn)算驗(yàn)算 油不被過(guò)大壓力擠出不產(chǎn)生 過(guò)大磨損限制溫升防止油膜破裂防止膠合維持邊界油膜不遭破裂二. 推力軸承FR徑向載荷N ； 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(15-1) p.257d2二. 推力軸承：1.軸承壓強(qiáng)驗(yàn)算軸承壓強(qiáng)驗(yàn)算: pddzFpA)(42122pvpvm d2 、 d1環(huán)狀支承面的外、內(nèi)徑mm Z軸環(huán)數(shù)2.驗(yàn)算值驗(yàn)算值: Mpa (15-6)Mpa m/S (15-7)Vm 支承面平均半徑的圓周速度 m/s100060ndVmm221dddmp,pV 許用應(yīng)力Mpa,

8、 Mpam/S 多環(huán)推力軸承，表中值減小20%40%二. 形成動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件三. 向心滑動(dòng)軸承形成動(dòng)壓潤(rùn)滑的過(guò)程四.液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程15-6 動(dòng)壓潤(rùn)滑基本原理一. 動(dòng)壓潤(rùn)滑形成原理 液體潤(rùn)滑是軸瓦與軸頸間存在一定厚度的潤(rùn)滑油膜兩摩擦面不直接接觸形成液體潤(rùn)滑(靜、動(dòng)壓) 。F(兩板間液體)層流 流量相等 油膜無(wú)承載能力1.兩平行板間不能形 成動(dòng)壓潤(rùn)滑楔形間隙楔形間隙相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)(由大由大小小)連續(xù)流體連續(xù)流體當(dāng)兩 板 間 兩端速度若按虛線三角形帶入油量帶出油量間隙內(nèi)油壓油膜具承載力流體由中向兩端流動(dòng)壓力流。2. 兩板相互傾斜兩板相互傾斜:壓力油膜壓力油膜起始起始于入口處， 終止終止

9、于最小油膜厚度處。進(jìn)口流速進(jìn)口流速凹形凹形出口流速出口流速凸形凸形二. 形成動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件:1.有楔形間隙有楔形間隙2.連續(xù)充滿粘性流體連續(xù)充滿粘性流體3.有相對(duì)運(yùn)動(dòng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(由大截面由大截面小截面小截面) 兩工作平面間必須 hminen=0,形成形成彎曲的楔彎曲的楔形空間形空間軸瓦對(duì)軸頸摩擦力軸瓦對(duì)軸頸摩擦力軸頸向右滾動(dòng)而軸頸向右滾動(dòng)而偏移偏移開(kāi)始形成動(dòng)壓開(kāi)始形成動(dòng)壓潤(rùn)滑潤(rùn)滑，軸頸受軸頸受力向左移動(dòng)力向左移動(dòng)形成動(dòng)壓潤(rùn)滑形成動(dòng)壓潤(rùn)滑，并穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)三. 向心滑動(dòng)軸承形成動(dòng)壓潤(rùn)滑的過(guò)程： 2.公式的建立:四.液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程1.基本方程建立的假設(shè):1)Z向無(wú)限長(zhǎng) ,潤(rùn)滑油在

10、Z向沒(méi)有流動(dòng)2)壓力p不隨y值的大小而變化 ,即同一油膜截面上壓力為常數(shù)3)潤(rùn)滑油的粘度不隨壓 力而變化,并且忽略油 層的重力和慣性4)潤(rùn)滑油處于層流狀態(tài)。1)油層的速度分布2)潤(rùn)滑油流量3)液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程2.公式的建立:AB板間形成動(dòng)壓潤(rùn)滑板間形成動(dòng)壓潤(rùn)滑取一微單元體(dx,dy,dz)它承受油壓p、內(nèi)摩擦切應(yīng)力 根據(jù)平衡條件,沿x方向:由牛頓粘性定律xyzpp+dp +d 0)()(dxdzdydzdppdxdzddydzpdyddxdpdydu(15-8)22dyuddxdp沿沿x方向單位壓力變化率方向單位壓力變化率 = 沿沿y方向切應(yīng)力變化率。方向切應(yīng)力變化率。油膜壓力變化率與

11、速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。油膜壓力變化率與速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。1)油層的速度分布: (式15-7對(duì)y積分)21221CyCydxdpu當(dāng)y=0 ,u=v當(dāng)y=h ,u=0vhhyhyydxdpu)(21222dyuddxdp(15-8)油層速度由兩部分組成油層速度由兩部分組成(后)呈線性分布剪切流(前)呈拋物線分布?jí)毫α?油壓沿x方向變化)由邊界條件:(15-9)2)潤(rùn)滑油流量:流體連續(xù)原理流體連續(xù)原理 流過(guò)不同截面的流量相等。212130hvhdxdpudyqhx油壓最大處,速度呈線性分布3)液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程 (一維雷諾方程):021vhqx306hhhvdxdp(15-10)h = h0

12、dp/dx = 0 油壓最大15-7 向心動(dòng)壓軸承的幾何關(guān)系和承載量的計(jì)算dD2rde)1 ()1 (minreh直徑間隙半徑間隙相對(duì)間隙偏心率最小油膜厚度)cos1 ()cos1 (rh任意極角油膜厚度油膜壓力最大處的油膜厚度)cos1 (00h一. 向心動(dòng)壓軸承的幾何系數(shù)302)cos1 ()cos(cos6wddpPCdBF21302)cos1 ()cos(cos6dwp306hhhvdxdp(15-10)承載量系數(shù)二. 最小油膜厚度)1 ()1 (minreh 其他條件不變，hmin越小，則偏心率越大，Cp也越大，軸承承載能力也愈大。但受粗糙度、軸剛度、幾何形狀誤差等影響，油膜厚度不能

13、無(wú)限減小，需要加以限制。)1 (minhrh)(21RzRzShRz1、Rz2：軸頸、軸瓦孔表面微觀不平度的十點(diǎn)平均高度S：安全系數(shù)，常取2。15-8 液體動(dòng)壓多油楔軸承與靜壓軸承簡(jiǎn)介在多油楔滑動(dòng)軸承中，軸瓦的內(nèi)孔制成特殊形狀，目的是在工作中產(chǎn)生多個(gè)油楔，形成多個(gè)動(dòng)壓油膜，借以提高軸承的工作穩(wěn)定性加旋轉(zhuǎn)精度。 橢圓軸承，它的項(xiàng)隙和側(cè)隙之比常制成1：2，減小了頂隙而擴(kuò)大了側(cè)隙。頂隙減小，在頂部也可形成動(dòng)壓油膜；側(cè)隙擴(kuò)大，增加端泄油量，降低軸承溫升。工作時(shí)，橢圓軸承中形成上下兩個(gè)動(dòng)壓油膜，有助于提高穩(wěn)定性。但其摩擦損耗將會(huì)有所增加，而且供油量增大，承載量降低。(b) 固定式三油楔軸承。形成三個(gè)動(dòng)壓

14、油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，但承載量為三個(gè)油楔中的油膜力的向量和，比單油楔圓軸承低；其摩擦損耗為三個(gè)油楔中的損耗之和，較單油楔軸承損耗大。固定式三油楔軸承只允許軸頸沿一個(gè)固定的方向回轉(zhuǎn)。(c) 可傾式多油楔軸承。通常采用三片軸瓦，也有四片、五片軸瓦的。軸瓦由帶球端的螺釘支承著。單向回轉(zhuǎn)時(shí)，支點(diǎn)不安置在正中而偏向一側(cè)(見(jiàn)圖示0.41L)，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)條件的改變能自行傾斜，以保證時(shí)時(shí)處于最佳工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，這正是可傾式優(yōu)于固定式之處。此外，可傾式多油楔軸承還具有較好的抗振性能、旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，但制造、調(diào)試都較費(fèi)事。靜壓軸承與空氣軸承簡(jiǎn)介u靜壓軸承是依靠給油裝置，將高壓油壓入軸承的間隙中，強(qiáng)制形成油

15、膜，保證軸承在液體摩擦狀態(tài)下工作。油膜的形成與相對(duì)滑動(dòng)速度無(wú)關(guān)，承載能力主要取決于油泵的給油壓力，因此靜壓軸承對(duì)高速、低速、輕載、重載下都能勝任工作。u在啟動(dòng)、停止和正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期內(nèi)，軸與軸承之間均無(wú)直接接觸，理論上軸瓦沒(méi)有磨損，軸承壽命長(zhǎng)，可以長(zhǎng)時(shí)期保持精度。而且正由于任何時(shí)期內(nèi)軸承間隙中均有一層壓力油膜，故對(duì)軸和軸瓦的制造精度可適當(dāng)降低，對(duì)軸瓦的材料要求也較低。 應(yīng)用節(jié)流器能隨外載荷的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)的壓力，節(jié)流器選擇得恰當(dāng)，可使主軸的位移e達(dá)到最小值。 節(jié)流器是靜壓軸承中的關(guān)鍵部分。 常用的節(jié)流器有小孔節(jié)流器(圖15-21)和毛細(xì)管節(jié)流器等。 空氣軸承v空氣是一種取之不盡的流體，而且粘性小，它的粘度為L(zhǎng)AN7全損耗系統(tǒng)用油的1/4000，所以利用空氣作為潤(rùn)滑劑，可以解決每分鐘數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)的超高速軸承的溫升問(wèn)題。 氣體潤(rùn)滑在本質(zhì)上與液體潤(rùn)滑一樣，也有靜壓式和動(dòng)壓式兩類。它形成的動(dòng)壓氣膜厚度很薄，最大不超過(guò)20m，故對(duì)于空氣軸承制造要求十分精確，而且空氣需經(jīng)嚴(yán)格過(guò)濾?？諝獾恼扯群苌偈軠囟鹊挠绊?，因此有可能在低溫及高溫中應(yīng)用。 缺點(diǎn)：承載量不能太大和密封較困難。它常用于高速磨頭、陀螺儀、醫(yī)療設(shè)備等方