機(jī)械設(shè)計(jì)第 12 章

1、軸承：支承軸頸的部件。分類：徑向軸承（向心軸承） ：向心推力軸承（徑向止推軸承）：推力軸承（止推軸承） ：承受徑向力承受軸向力同時(shí)承受徑向力和軸向力。按受載方向混合潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承。液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承動(dòng)壓潤(rùn)滑靜壓潤(rùn)滑按潤(rùn)滑狀態(tài)按摩擦性質(zhì)滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)： 承載能力大，耐沖擊。 工作平穩(wěn)、噪音低。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小。 液體磨擦滑動(dòng)軸承f很?。黄胀ɑ瑒?dòng)軸承f較大； 滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)內(nèi)容： 決定軸承結(jié)構(gòu)形式； 選擇軸瓦和軸承襯材料； 決定軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 選擇潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法； 計(jì)算軸承工作能力。 滑動(dòng)軸承應(yīng)用： 高速、高精度、重載的場(chǎng)合；如汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、機(jī)床等。 極大型的、極

2、微型的、極簡(jiǎn)單的場(chǎng)合；如自動(dòng)化辦公設(shè)備等。 結(jié)構(gòu)上要求剖分的場(chǎng)合；如曲軸軸承 受沖擊與振動(dòng)載荷的場(chǎng)合；如軋鋼機(jī)。整體式軸承：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。磨損后軸頸與軸承孔之間的間隙無(wú)法調(diào)整；只能沿軸向裝拆。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。螺紋孔油杯孔整體軸套軸承座整體式徑向滑動(dòng)軸承二剖分式（對(duì)開式）徑向滑動(dòng)軸承特點(diǎn)：便于軸的安裝，間隙可調(diào)整，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。螺栓軸承蓋軸承座油杯座孔螺母套管上軸瓦下軸瓦對(duì)開式軸承(剖分軸套)注：剖分面的垂線與徑向力的夾角不得大于35，否則，采用45傾斜剖分式。 應(yīng)用比較廣泛。組成：軸承座、軸承蓋、剖分軸瓦、螺柱等；寬徑比（B/d）：B/d ，軸承兩端磨損 ；三.

3、調(diào)心式徑向滑動(dòng)軸承（自位軸承）：當(dāng)B/d1.5或軸的剛度較小，應(yīng)使用自動(dòng)調(diào)心軸承。調(diào)心式軸承必須成對(duì)使用。主要用于軸的剛度較小，軸承寬度較大的場(chǎng)合。對(duì)軸承材料的要求：（1）失效；主要是磨損，還會(huì)出現(xiàn)膠合、疲勞損壞和軸承襯脫落；（2）對(duì)軸瓦材料的要求：1）減摩性、耐磨性、耐蝕性要好；2）抗膠合能力強(qiáng)，導(dǎo)熱性、散熱性好；3）具有足夠的強(qiáng)度，主要包括疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度；4）具有良好的適應(yīng)性，主要包括：順應(yīng)性：材料通過(guò)表層的彈、塑性變形來(lái)補(bǔ)償軸承滑動(dòng)表面接觸不良和各種 誤差的能力。嵌藏性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動(dòng)的刮傷和磨粒磨損 的性能。磨合性：指材料消除表面不平度而使軸瓦表面和軸頸表面

4、相互吻合的性質(zhì)。減磨性：指材料具有較低磨擦阻力的性質(zhì)；耐磨性：材料抵抗磨粒磨損和膠合磨損的性質(zhì)。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：Sn、Pb、Sb、Cu等的合金，又叫巴氏合金或白合金。青銅：黃銅：Cu與Sn、Pb、Al的合金。Al、Sn的合金?；诣T鐵、耐磨鑄鐵。多孔鐵、多孔青銅。工程塑料： 酚醛樹脂、尼龍、聚四氟乙烯。碳-石墨： 電機(jī)電刷常用材料。橡膠： 可用水作潤(rùn)滑劑。木材：用于多粉塵的地方。膠合磨損局部損壞疲勞剝落氣蝕軸承材料的分類：軸承合金：（白合金、巴氏合金）Sn、Pb、Sb、Cu的合金；以Sn、Pb作軟基體，懸浮銻錫（Sb-Sn）及銅

5、錫（Cu-Sn）硬質(zhì)點(diǎn)，其中硬質(zhì)點(diǎn)起耐磨；軟基體增加材料塑性。特點(diǎn)：綜合機(jī)械性能好，但是強(qiáng)度略低；常用于中高速、重載場(chǎng)合；常作為軸承襯使用。 青銅： 指銅和錫、鋅、鉛、鋁的合金。 鑄錫鋅鉛青銅有很好的疲勞強(qiáng)度，廣泛用于一般軸承； 鑄錫磷青銅減磨性和耐磨性都很好，強(qiáng)度高，應(yīng)用于重載； 銅鉛合金具有良好的抗膠合性，自潤(rùn)性好； 比巴氏合金硬、耐磨性好、強(qiáng)度高、跑合性、減磨性比巴氏合金差。 鋁基軸承合金：耐蝕性好、減摩性好、疲勞強(qiáng)度高?？刹糠执姘褪虾辖鸷洼S承合金。 多孔質(zhì)材料： 鐵粉或銅粉與石墨粉調(diào)勻燒結(jié)而成多孔結(jié)構(gòu) 是一種粉末冶金，具有多孔組織； 作為含油軸承，有自潤(rùn)滑性； 有多孔鐵（鐵石墨）、多

6、孔青銅（青銅石墨）兩種； 適用于平穩(wěn)無(wú)沖擊及中小速度場(chǎng)合，韌性差。 軸承塑料： 塑料軸承有自潤(rùn)滑性，可用油或水潤(rùn)滑； 優(yōu)點(diǎn)： f??； 有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，可承受沖擊載荷； 耐磨性和跑合性好； 塑性好，嵌藏性好； 缺點(diǎn)： 導(dǎo)熱性差、線脹系數(shù)大； 吸水、油后體積會(huì)膨脹；受載后有冷流性等不利于軸承尺寸穩(wěn)定； 灰鑄鐵： HT150、HT200； 用于輕載、低速（v13m/s）合無(wú)沖擊場(chǎng)合。 一.軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式（又稱軸套）剖分式（對(duì)開式）按材料分類單材料多材料不便于裝拆，可修復(fù)性差。 安裝和拆卸方便，可修復(fù)。 如黃銅，灰鑄鐵等制成的軸瓦。以鋼、鑄鐵或青銅作軸瓦基體，在其表面澆鑄

7、一層或兩層很薄的減摩材料（稱為軸承襯）。單材料、整體式厚壁鑄造軸瓦多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦多材料、對(duì)開式厚壁鑄造軸瓦 軸承襯的厚度很小，通常不超過(guò) 6 mm。二.油孔、油溝和油室：油孔起供油作用，油溝起輸送和布油作用；油溝的性質(zhì)和位置影響軸承中油膜壓力分布情況；潤(rùn)滑油應(yīng)從油膜壓力最小的地方輸入軸承；油溝不應(yīng)開在承載區(qū)：軸向油溝的開法：?jiǎn)屋S向油溝最好開在最大油膜厚度處；對(duì)剖分式徑向軸承，把油溝開在剖分面處；1)軸向油溝的長(zhǎng)度為80%B。周向油溝：適合于載荷方向變動(dòng)范圍超過(guò)180度的場(chǎng)合；常設(shè)在軸承中部；設(shè)有周向油溝的軸承的承載能力低于設(shè)有軸向油槽的軸承；軸瓦的定位： 目的：防止軸瓦沿軸向和周

8、向移動(dòng)。軸瓦一端或兩端做凸緣；定位唇（凸耳）軸向定位方法有：（也可做軸向定位）周向定位方法有：緊定螺釘銷 釘 軸瓦的應(yīng)用軸瓦的應(yīng)用雙斜向油槽（用于混合潤(rùn)滑軸承）定位唇凸緣潤(rùn)滑油： 選用原則：主要考慮潤(rùn)滑油的粘度。 壓力大、或沖擊、變載等工作條件下，應(yīng)選粘度大的油； 滑動(dòng)速度高，易形成油膜，應(yīng)選粘度低的油； 特點(diǎn)：有良好的流動(dòng)性，可形成動(dòng)壓、靜壓潤(rùn)滑或邊界潤(rùn)滑。 適用場(chǎng)合：混合潤(rùn)滑軸承和液體潤(rùn)滑軸承。轉(zhuǎn)速高、壓力小時(shí)，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時(shí)，粘度應(yīng)高一些；低溫時(shí)，粘度可低一些。表面粗糙或未經(jīng)跑合的表面，應(yīng)選粘度高的油；循環(huán)潤(rùn)滑、芯捻潤(rùn)滑或油墊潤(rùn)滑時(shí)，應(yīng)選粘度低的油；飛濺潤(rùn)滑

9、應(yīng)選高品質(zhì)、防氧化或防乳化的油；低溫工作的軸承應(yīng)選凝點(diǎn)低的油；液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的粘度通過(guò)計(jì)算或類比確定。潤(rùn)滑脂：軸頸速度小于12m/s的滑動(dòng)軸承可以采用潤(rùn)滑脂； 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 ：難以經(jīng)常供油，或低速重載以及往復(fù)擺動(dòng)的軸承。 鈣基脂只能在60度以下使用； 而鈉基脂比鈣基脂耐熱，但怕水，用在t32：壓力循環(huán)潤(rùn)滑。 二.滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式選擇： 速度低、載荷大、有沖擊或間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的滑動(dòng)軸承；以及脂潤(rùn)滑、油繩潤(rùn)滑及滴油潤(rùn)滑的軸承，工作中處于邊界潤(rùn)滑或混合潤(rùn)滑狀態(tài)。 計(jì)算目的：保護(hù)邊界膜不破裂。 對(duì)于邊界膜的強(qiáng)度，目前尚無(wú)完善的計(jì)算方法，常進(jìn)行條件性計(jì)算。u這是混

10、合潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑的主要計(jì)算方法；u液體動(dòng)力潤(rùn)滑用它作初步計(jì)算。u這類軸承的承載能力不僅與邊界膜的強(qiáng)度和工作溫度有關(guān)、還與軸承材料、摩擦表面的粗糙度。潤(rùn)滑油的供給量有關(guān)。 計(jì)算內(nèi)容： 限制壓強(qiáng) p 、p 值、滑動(dòng)速度 不超過(guò)許用值一.徑向軸承：限制軸承的平均壓強(qiáng)：， 應(yīng)限制軸承壓強(qiáng)；1.校核：pdBFp 低速或間隙工作的軸承只需進(jìn)行該項(xiàng)計(jì)算； 限制軸承的pv：Bdpv摩擦功耗發(fā)熱量易膠合限制滑動(dòng)速度v：當(dāng)p 較小，p與pv都在許用范圍內(nèi)，也可能因v過(guò)高而加速磨損；校核： 限制pv的目的是為了防止溫升過(guò)高邊界膜破壞而引起膠合；校核：19100100060pvBFndndBFpv100060vdnv

11、 注：軸承孔與軸頸的配合一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6 推力軸承：實(shí)心端面推力軸頸由于跑合時(shí)中心與邊緣磨損不均，越靠近邊緣部分磨損越快，以致中心壓強(qiáng)極高易膠合；因此改成空心軸頸和環(huán)狀軸可克服此缺點(diǎn)； 載荷很大時(shí)可采用多環(huán)軸頸，能克服雙向載荷； 混合磨擦潤(rùn)滑推力軸承應(yīng)驗(yàn)算：2100060:30000210006044000202202ddnvpvzddFnddnzddFpvpzddFp速度軸頸平均直徑處的圓周 對(duì)于多環(huán)軸承，各環(huán)受力不均，p和pv均應(yīng)降低50%； 液體動(dòng)力潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承在起動(dòng)和停車時(shí)處于混合磨擦潤(rùn)滑狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)時(shí)也須進(jìn)行上述計(jì)算。液體摩擦；用潤(rùn)滑油把摩擦表面完全隔開的

12、摩擦；摩擦的性質(zhì)決定于油的粘度，與摩擦表面的材料無(wú)關(guān)；獲得液體摩擦的兩種主要方法：液體靜壓軸承：在滑動(dòng)表面間用足以平衡外載荷的壓力油分開兩表面；液體動(dòng)壓軸承：利用軸頸本身回轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，把油帶入摩擦表面間，建立壓力油膜而把摩擦面分開。雷諾方程：1)兩剛體被潤(rùn)滑油隔開，移動(dòng)件以v沿 x方向滑動(dòng)，另一剛體不動(dòng)； 1）忽略p-效應(yīng)（壓粘效應(yīng)）一般情況適用，對(duì)高副不適用（如齒輪）2）油沿z方向無(wú)流動(dòng)，即無(wú)限寬軸承0zpB（無(wú)限寬）：一維方程3）層流（一般中高速情況；特高速“湍流”、“紊流”）4）油與表面吸附，一起運(yùn)動(dòng)或靜止即：油層流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(靜止板)5）不計(jì)油的慣性力和

13、重力6）油不可壓縮：=常數(shù)端泄端泄BB為有限寬時(shí)：二維方程 假設(shè)：:0X0)()(dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydzyxpyu由于：22yuxp 一維雷諾方程： 二維雷諾方程；306hhhvxpxhvzphzxphx633油楔承載機(jī)理：結(jié)論：油壓變化與潤(rùn)滑油的粘度，表面滑動(dòng)速度v和油膜厚度的變化有關(guān)；可求出油膜中各點(diǎn)的油膜壓力；正常情況下，油膜承載力應(yīng)與外載荷相平衡；油膜承載力的建立必須滿足條件：油要有一定的粘度， ，承載能力 ；要有相當(dāng)?shù)南鄬?duì)滑動(dòng)速度v，v ，承載能力 ；有足夠充分的供油量；相對(duì)滑動(dòng)面必須形成收斂間隙； 油楔情況： 在油膜厚度h0左邊，而隨，因此xpxp0而隨

14、，因此xpxp0max00ppxphh，時(shí)，在 在油膜厚度h0右邊， 而 故油膜必須成收斂性油楔，才能使油楔內(nèi)各處的油壓都大于出口和入口處的壓力，產(chǎn)生正壓力以支承外載荷。任何截面處h=h0，xp=0，不能產(chǎn)生高于出口、入口處的油壓不能承載。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。若二板平行：v若二滑動(dòng)表面為擴(kuò)散形：v幾何關(guān)系：半徑間隙：rR rrRee1minrehcos1coscoseerRh 相對(duì)間隙： 偏心距e：軸頸中心O偏離軸承孔中心O的距離； 偏心率： ,hmin ， 任意角處的油膜厚度：coscoscoserRheRhrhrAOeRMOAMAoR

15、AmAo故又而動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)的確定：動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)的建立過(guò)程：當(dāng)軸頸靜止時(shí)，軸頸處于軸承孔最低位置，并與軸瓦接觸；當(dāng)軸頸開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度極低，帶入軸承間隙中的油量較少，這時(shí)軸瓦對(duì)軸頸磨擦力方向與軸頸表面圓周速度方向相反，迫使軸頸在磨擦力作用下沿孔壁向左面爬升；隨著轉(zhuǎn)速的增加，軸頸表面圓周速度增加，帶入油楔空間的油量增加，這時(shí)左側(cè)楔形油膜產(chǎn)生一定的動(dòng)壓力，將軸頸向右浮起； 當(dāng)軸頸達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸便穩(wěn)定在一定的偏心位置，這時(shí)軸承處于液體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)，油膜產(chǎn)生的動(dòng)壓力與外載荷F相平衡。 可以認(rèn)為是由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯倪^(guò)渡雷諾數(shù)（Re）t； 對(duì)于高速輕載，若Re ，則流體由層流 變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)，這時(shí)軸承承

16、載能力 ，流量 ，功耗 ，溫升 。 校核層流條件： 液體動(dòng)力潤(rùn)滑的雷諾方程是建立在層流流動(dòng)的基礎(chǔ)上的； 認(rèn)為雷諾數(shù)Re2000時(shí)為層流流動(dòng)； 對(duì)于徑向軸承，層流必須滿足：，13 .41Rev13 .4113 .41承載能力和索氏數(shù)S0：軸承包角：軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對(duì)應(yīng)的角度；承載油膜角 ：2100cos1h 偏位角：軸承中心O與軸頸中心O連線與載荷作用線間夾角； 油膜角：從OO連線起至任意油膜處的油膜角： 最小油膜厚度hmin和最大軸承間隙都位于OO連線的延長(zhǎng)線上； 在=0處，油膜壓力最大，油膜厚度在允許的情況下，相對(duì)間隙，都有利于獲得滿意的承載能力；S0 ，F(xiàn) ； 由于端泄的影響，承載能力比

17、上式低，因此在實(shí)際中，常采用二維動(dòng)力潤(rùn)滑方程的數(shù)值解提供的線圖進(jìn)行計(jì)算；7)B/d ，端泄量 ，S0 ，承載F ； 有限寬度軸承不考慮端泄時(shí)的油膜承載力F：0302180coscos1coscos3211SddBdF BdFS20 索氏數(shù)：功耗計(jì)算：徑向軸承在承載區(qū)的磨擦功耗：當(dāng)B/d一定時(shí)，偏心率 ，S0 ，承載能力 ，但hmin ；為安全起見(jiàn)，必須hminhmin；vvqdq3FvFvP)1 ( rhhmin取決于：軸頸和軸承表面的Rz；軸承工作表面的幾何形狀誤差；制造和安裝中的對(duì)中誤差；軸和軸承變形。流量計(jì)算：軸承體積流量： 磨擦特性系數(shù)。熱平衡計(jì)算：防止膠合與潤(rùn)滑油品質(zhì)下降；軸承工作時(shí)

18、磨擦功將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃縃:一部分被流動(dòng)的潤(rùn)滑油帶走H1；另一部分通過(guò)軸承座的溫升傳遞到四周空氣中H2；在熱平衡狀態(tài)下，潤(rùn)滑油和軸承溫度不應(yīng)超過(guò)許用值； 熱平衡條件；H=H1+H2； CmWgCmWfCmWeCmJCdmkgcCkgJCbtttatBdtqCFvbbbppbvp./140)./80)./50)./108 . 1)/900850)./21001680)22236312好：重型軸承及冷卻條件良件：中型軸承及普通通風(fēng)條境中工作的軸承輕型軸承或不易散熱環(huán)潤(rùn)滑油密度 由上式得： vqBdCpvvBdqCBdFtbvpbvp2 潤(rùn)滑油平均溫度： Ctttm752121Cttttttm752112，則QQKtt流量每分鐘軸承潤(rùn)滑油體積的油量壓力供油潤(rùn)滑時(shí)油箱中，0max22 而溫升 潤(rùn) 滑 油 入 口 溫 度 常 大 于 環(huán) 境 溫 度 ， 故 取t1=3045C； 由于軸承得發(fā)熱量主要由流動(dòng)的油帶走，故散熱項(xiàng)可不計(jì); 對(duì)于壓力循環(huán)潤(rùn)滑的軸承，常不計(jì)散熱項(xiàng)； 還應(yīng)限制軸承的最高溫度，即保證液體動(dòng)力潤(rùn)滑的條件：條件：必須有充分的油量供應(yīng)到軸承間隙；相對(duì)滑動(dòng)表面能自動(dòng)形成收斂油楔；保證最小油膜厚度hmin處的表面不平度高峰不直接接觸；2)(10211621minminSmRRShdrhzz安全度上式用于非壓力供油的液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向