機械設計基礎第15章滑動軸承

1、洛陽高專用 第第15章章 滑動軸承滑動軸承15-1 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài)15-2 滑動軸承的結構型式滑動軸承的結構型式15-3 軸瓦及軸承襯材料軸瓦及軸承襯材料15-5 非液體摩擦滑動軸承的計算非液體摩擦滑動軸承的計算15-4 潤滑劑和潤滑裝置潤滑劑和潤滑裝置15-6 動壓潤滑的基本原理動壓潤滑的基本原理15-8 靜壓軸承與空氣軸承簡介靜壓軸承與空氣軸承簡介15-7 液體動壓多油楔軸承簡介液體動壓多油楔軸承簡介洛陽高專用 1）支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；）支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；2）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損分類：分類：滾動軸承滾動軸承軸

2、承的功用：軸承的功用：滑動軸承滑動軸承應用實例：應用實例：汽輪機、離心式壓縮機、內(nèi)燃機、大型電汽輪機、離心式壓縮機、內(nèi)燃機、大型電機、水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等機械常采用機、水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等機械常采用滑動軸承?；瑒虞S承。優(yōu)點多，應用廣優(yōu)點多，應用廣用于高速、高精度、重載、結用于高速、高精度、重載、結構上要求剖分等場合。構上要求剖分等場合。洛陽高專用 1. 干摩擦干摩擦 固體表面直接接觸，因而固體表面直接接觸，因而 不用許出現(xiàn)干摩擦！不用許出現(xiàn)干摩擦！2. 邊界摩擦邊界摩擦15-1 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài) 功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 運動副表面有一層厚度運動副

3、表面有一層厚度1 m的薄油的薄油膜，不足以將兩金屬表面分開，其表膜，不足以將兩金屬表面分開，其表面微觀高峰部分仍將相互搓削。面微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。彼此不直接接觸。3. 液體摩擦液體摩擦摩擦和磨損極輕摩擦和磨損極輕，f 0.001 0.01 vv v洛陽高專用 fn/p o在一般機器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。在一般機器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。邊界摩擦邊界摩擦混合摩擦混合摩擦液體摩擦液體摩擦摩擦特性曲線摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)稱無量綱參數(shù)n/p為

4、軸承為軸承特性數(shù)。特性數(shù)。 -動力粘度，p-壓強 ，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù) 洛陽高專用 一、一、 向心滑動軸承向心滑動軸承組成：組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。15-2 滑動軸承的結構型式滑動軸承的結構型式整體式向心滑動軸承整體式向心滑動軸承剖分式向心滑動軸承剖分式向心滑動軸承榫口榫口螺紋孔螺紋孔軸承座軸承座軸承軸承軸承座軸承座軸承蓋軸承蓋聯(lián)接螺栓聯(lián)接螺栓剖分軸瓦剖分軸瓦洛陽高專用 薄壁軸瓦薄壁軸瓦軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進油口和油溝，以利于潤滑油均勻分軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進油口和油溝，以利于潤滑油均勻分布在整個軸徑上。布在整個軸徑上。進油孔進油孔油溝油溝F厚壁軸瓦

5、厚壁軸瓦整體軸套整體軸套卷制軸套卷制軸套洛陽高專用 軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。載荷傾斜時結構如圖大型液體滑動軸承常設計成兩邊供油的形式，既有利大型液體滑動軸承常設計成兩邊供油的形式，既有利于形成動壓油膜，又起冷卻作用。于形成動壓油膜，又起冷卻作用。45 油溝形式油溝形式 寬徑比寬徑比B/d-軸瓦寬度與軸徑直徑之比。軸瓦寬度與軸徑直徑之比。重要參數(shù)液體潤滑摩擦的滑動軸承液體潤滑摩擦的滑動軸承: B/d=0.51非液體潤滑摩擦的滑動軸承非液體潤滑摩擦的滑動軸承: B/d=0.81.5 Bd洛陽高專用 作用：作用：用來承受軸向載荷用來承受軸向載荷

6、 二、二、 推力滑動軸承推力滑動軸承 結構特點：結構特點： 在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形塊。其數(shù)量在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形塊。其數(shù)量一般為一般為612。-傾角固定，頂部預留平臺傾角固定，頂部預留平臺， 類型類型固定式固定式可傾式可傾式用來承受停車后的載荷。-傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行 調(diào)整，性能好。調(diào)整，性能好。 FF巴氏合金巴氏合金繞此邊線自繞此邊線自行傾斜行傾斜F洛陽高專用 材料要求：材料要求：15-3 軸瓦及軸承襯材料軸瓦及軸承襯材料1）摩擦系數(shù)?。唬┠Σ料禂?shù)?。?）導熱性好

7、，熱膨脹系數(shù)?。唬嵝院?，熱膨脹系數(shù)??；3）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強；）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強；4）有足夠的機械強度和塑性。）有足夠的機械強度和塑性。能同時滿足這些要求的材料是難找的，但應根據(jù)具體情況主要的使用要求。工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不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，性能上取長補短。同的金屬組合在一起，性能上取長補短。軸承襯軸承襯一、軸承合金（白合金、巴氏合金）一、軸承合金（白合金、巴氏合金）1）錫銻軸承合金）錫銻軸承合金優(yōu)點：優(yōu)點： f 小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐蝕性好、容易跑合、是優(yōu)良的軸承材料，

8、常用于高速、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。重載的軸承。洛陽高專用 2）青銅）青銅缺點：缺點：價格貴、機械強度較差；價格貴、機械強度較差；只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。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：工作溫度：t120 由于巴式合金熔點低優(yōu)點：優(yōu)點：青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性 都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達250 。缺點：缺點：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬?？伤苄圆?、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸

9、承襯澆注在鋼或青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。鑄鐵軸瓦上。鋁青銅鋁青銅鉛青銅鉛青銅錫青銅錫青銅 中速重載中速重載中速中載中速中載低速重載低速重載洛陽高專用 3）具有特殊性能的軸承材料）具有特殊性能的軸承材料含油軸承：含油軸承： 用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲潤滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱龊??？?，可存儲潤滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱龊稀Ｏ鹉z軸承：橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機、鉆穩(wěn)，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機、鉆機等有泥沙的場合

10、。機等有泥沙的場合。塑料軸承：塑料軸承：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學溶液等潤滑的優(yōu)點。耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學溶液等潤滑的優(yōu)點。運轉(zhuǎn)時軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大， 油自動進入摩擦表面起到潤滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長時間。鑄鐵：鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。用于不重要、低速輕載軸承。缺點：缺點：導熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此導熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此 缺陷，可作為軸承襯粘復在金屬軸瓦上使用。缺陷，可作為軸承襯粘復在金屬軸瓦上使用。洛陽高專用 表表15-1 常用軸瓦及軸承

11、襯材料的性能常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號材料及其代號鑄錫銻軸承合金鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn5鑄鋁青銅鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3pMpapvMpa.m/s平穩(wěn)平穩(wěn)沖擊沖擊25202015HBS金屬型金屬型 砂型砂型最高工作最高工作溫度溫度軸徑硬度軸徑硬度150HBS150HBS150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC150150150150280280280280280280272730309090808

12、065656060110110100100151515158 815151010151515151212洛陽高專用 15-4 潤滑劑和潤滑裝置潤滑劑和潤滑裝置一、一、 潤滑劑潤滑劑作用：作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類分類液體液體潤滑劑潤滑劑-潤滑油潤滑油半固體半固體潤滑劑潤滑劑-潤滑脂潤滑脂固體固體潤滑劑潤滑劑1. 潤滑油潤滑油在用的大部分潤滑油為礦物油（石油）粘度粘度-重要參數(shù)重要參數(shù) 在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性。A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平

13、移動速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦切應力：液體層與層之間摩擦切應力：=dudy- 牛頓液體流動定律牛頓液體流動定律 -液體的液體的動力粘度，動力粘度，簡稱簡稱粘度粘度量綱：量綱：力力時間時間/ /長度長度2單位：單位：N s /m/m2 (Pa ss) 或泊：或泊：1P=1 dyn s /cm/cm2 運動粘度：運動粘度： = 單位：單位： m m2 / / s 或斯或斯St：cmcm2 / /s 或厘斯或厘斯cSt：1St=100 cSt1St=100 cSt實驗結果：實驗結果： oxyy

14、dydu分析位置y處薄層的受力 AB我國石油產(chǎn)品是用運動粘度標定的 洛陽高專用 表表15-2 常用常用潤滑油的主要性質(zhì)常用常用潤滑油的主要性質(zhì)名名 稱稱全損耗全損耗系統(tǒng)用油系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機油汽輪機油GB11120-89代代 號號40 的粘度的粘度mm2/sL- -AN7 6.127.48 - -10 110凝點凝點 C閃點閃點(開式開式) C用于高速底負荷機械、用于高速底負荷機械、精密機床、紡織紗錠的精密機床、紡織紗錠的潤滑和冷卻。潤滑和冷卻。普通機床的液壓油。普通機床的液壓油。用于一般滑動軸承、用于一般滑動軸承、齒輪、蝸輪的潤滑齒輪、蝸輪的潤滑用于重型機床導軌、用于重型機床導軌

15、、礦山機械的潤滑。礦山機械的潤滑。用于汽輪機、發(fā)電機等用于汽輪機、發(fā)電機等高速高負荷軸承和各種高速高負荷軸承和各種小型液體潤滑軸承小型液體潤滑軸承L-AN100 90110 0 210L- -AN10 9.011.0 - -10 125L- -AN15 13.516.5 - -10 165L- -AN32 28.832.2 - -10 170L- -AN46 41.450.6 - -10 180L- -AN68 61.274.8 - -10 190L-TSA32 28.835.2- -7 180L-TSA46 41.450.6主要用途主要用途洛陽高專用 0.080.080.070.070.06

16、0.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 90902.2. 潤滑脂潤滑脂潤滑油的特性：潤滑油的特性：1）溫度）溫度 t 2）壓力）壓力p 選用原則：選用原則：1) 載荷大、溫度高的軸承，載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；宜選用粘度大的油；2) 載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；宜選用粘度小的油；-潤滑油與各種稠化劑潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。皂）混合稠化而成。優(yōu)點：優(yōu)點：密封簡單、不需要經(jīng)常密封簡單、不需要

17、經(jīng)常添加、不易流失；對速度和溫添加、不易流失；對速度和溫度不敏感，適用范圍廣。度不敏感，適用范圍廣。 但但p 350 才開始氧化，才開始氧化， 可在水中工作?？稍谒泄ぷ?。-摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (- -60300 )，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.調(diào)和在潤滑油中；調(diào)和在潤滑油中；2.2.涂覆、燒結在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結在摩擦表面形成覆蓋膜；3.3.混入金屬或塑料粉末中燒結成型?；烊虢饘倩蛩芰戏勰┲袩Y成型。其應用日漸廣泛洛陽高專用 二、潤滑裝置二、潤滑裝置1.

18、油杯油杯 針閥針閥式油式油杯杯旋蓋式油杯旋蓋式油杯 脂用壓注式油杯壓注式油杯彈簧彈簧蓋油蓋油杯杯洛陽高專用 2. 油環(huán)油環(huán) 洛陽高專用 一、一、 向心軸承向心軸承在在油、脂油、脂中加入少量中加入少量石墨石墨或或二流化鉬二流化鉬粉末，形成邊界粉末，形成邊界油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。1. 軸承的壓強軸承的壓強pF-徑向載荷，徑向載荷，B-軸瓦寬度，軸瓦寬度，d-軸徑，軸徑，p-許用壓強。許用壓強。15-5 非液體摩擦滑動軸承的計算非液體摩擦滑動軸承的計算限制軸承壓強p，以保證潤滑油不被過大的壓力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)生過渡的磨損。

19、 p= pFBd表表15-1 常用軸瓦及軸承襯材料的性能常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號材料及其代號鑄錫銻軸承合金鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn5pMpapvMpa.m/s平穩(wěn)平穩(wěn)沖擊沖擊25202015HBS金屬型金屬型 砂型砂型最高工作最高工作溫度溫度軸徑硬度軸徑硬度150HBS150HBS150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC45HBC150150150150280280280280272730309090808065656060151

20、515158 8101015151515洛陽高專用 2. 軸承的軸承的pv值值 壓強限制p以保證潤滑劑不被擠出n-轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，pv-許用值。許用值。 pv = FBddn60 1000pvpv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素，pv越大，溫升越高，越容易引起油膜的破裂二、二、 推力軸承推力軸承 z-軸環(huán)數(shù)軸環(huán)數(shù), pvm=pvzddFp)(42122p考慮承載的不均勻性，考慮承載的不均勻性， p、pv應降低應降低2040%Fd1d2Fd1d2洛陽高專用 一、動壓潤滑的形成和原理和條件一、動壓潤滑的形成和原理和條件15-6 動壓潤滑的基本原理動壓潤滑的基本原理FFFF先分析平行板的情況。板B靜

21、止，板A以速度向左運動，板間充滿潤滑油，無載荷時， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會下沉。但若板A有載荷時，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！ v vvh1aah2cc如兩板不平行板。板間間隙呈沿運動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當板A運動時，兩端速度若程虛線分布，則必然進油多而出油少。由于液體實際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進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，進出油量相等，同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，

22、板A不會下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。動壓油膜動壓油膜-因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。 v vvh0bbF洛陽高專用 F形成動壓油膜的必要條件：形成動壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；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)充滿潤滑油或其它液體；兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方向必須兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。保證潤滑油從大截面流進

23、，從小截面出來。 Fy =F Fx 0 Fy =F Fx = 0向心軸承動壓油膜的形成過程：向心軸承動壓油膜的形成過程：靜止靜止 爬升爬升 將軸起抬將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高質(zhì)心質(zhì)心左移左移穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達到工作轉(zhuǎn)速e -偏心距偏心距e洛陽高專用 B二、流體動壓潤滑的基本方程二、流體動壓潤滑的基本方程假設條件：假設條件：1.Z向無限長，潤滑油在向無限長，潤滑油在Z向沒有流動；向沒有流動；2.壓力壓力 p 不隨不隨 y 值的大小而變化；值的大小而變化；3.潤滑油粘度潤滑油粘度 不隨壓力而變化；不隨壓力而變化；4.潤滑油處于層流狀態(tài)。潤滑油處于層流狀態(tài)。取微單元進行受力分析取微單元進行受力分析: +d

24、p+dppAxzypdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：=dxdpd2ud y2得：得：任意一點的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點y向的速度梯度的導數(shù)有關。對對y積分得：積分得：u= y2+C1y+C2 21dxdp邊界條件：邊界條件：當當y=0時，時，u=- -v C2 = - -v當當y=h時，時，u=0 0 C1= h +h +21dxdphv洛陽高專用 vvFaaccxzy代入得：代入得： u= (y2- - hy) +21dxdpv vhy- -h212130hvhdxdpudyqhx任意截面內(nèi)的

25、流量：任意截面內(nèi)的流量：依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過不同截面的流量是相等的021vhqxb- -b截面內(nèi)的流量：截面內(nèi)的流量：該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0負號表示流速的方向與x方向相反，因流經(jīng)兩個截面的流量相等，故有：=6vdxdph0- -hh3得：得：- 一維雷諾方程一維雷諾方程由上式可得壓力分布曲線由上式可得壓力分布曲線: p=f(x)在在b-b處：處：h=h0， p=pmax速度梯度速度梯度du/dy呈線性分布，其余呈線性分布，其余位置呈非線性分布。位置呈非線性分布。流量相等，陰影面積相等。液體動壓潤滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動力粘度、相對滑動速度及油膜厚度h之間的關系。pmaxxph0bb洛陽高專用 15-7 液體動壓多油楔軸承簡介液體動壓多油楔軸承簡介 將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個動壓油膜，提將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個動壓油膜，提高軸承的高軸承的工作穩(wěn)定性工作穩(wěn)定性和和旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度。一、橢圓軸承一、橢圓軸承 特點：特點：形成兩個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加形成兩個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加 大、供油量增大、承載能力降低。大、供油量增大、承載能力降低。矢量之合二、三油楔軸承二、三油楔軸承特點：特點：形成三個動壓油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。形成三個動