機械設(shè)計 (10)

1、第11章 滑動軸承 11.1 概述 11.2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式及材料 11.3 非液體潤滑滑動軸承的設(shè)計 11.4 液體潤滑滑動軸承的工作原理及設(shè)計 11.5 滑動軸承的潤滑 11.6 其它滑動軸承簡介 11.1 概述 軸承是支承轉(zhuǎn)軸的零件，按摩擦性質(zhì)可分為滑動軸承和滾動軸承兩大類 由于滑動軸承不是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計，維護都比較復(fù)雜，在很多場合已經(jīng)被滾動軸承所取代，但滑動軸承工作平穩(wěn)，噪聲低，吸振性好，它在高速、重載場合得到了廣泛的應(yīng)用。 為了減少摩擦（frication),減輕磨損（wear),通常在兩個表面之間添加入滑劑（lubricants)。不同的潤滑條件，形成不同的摩擦狀態(tài)（也稱為潤滑狀

2、態(tài)）。摩擦狀態(tài)通常可分為干摩擦，流體摩擦和非流體摩擦3大類。 11.1.1 干摩擦 概念：兩摩擦表面之間無任何潤滑劑時，兩物體表面的凸峰直接接觸，這種摩擦狀態(tài)稱為干摩擦 雖然金屬間干摩擦系數(shù)很大，但在工程實踐中并不存在真正的干摩擦，因為暴露在大氣中的任何零件的表面，不僅會因氧化而形成氧化膜，而且或多或少地會受到潤滑劑的“污染”，此時的摩擦系數(shù)會顯著減小，對鋼-鋼表面，摩擦系數(shù)約為0.15-0.02。 介紹金屬表面層的結(jié)構(gòu) 11.1.2 流體摩擦 概念：兩摩擦表面會被一層很薄的但壓力很高的流體膜隔開，兩物體表面的凸峰不直接接觸，這種摩擦狀態(tài)稱為流體摩擦。 特點：流體摩擦是在流體內(nèi)部的分子之間進行

3、，故摩擦系數(shù)很小，對于機器來說，流體摩擦也稱為流體潤滑，在這種狀態(tài)下工作的滑動軸承稱為流體潤滑滑動軸承，由于以液體的承載能力比氣體的承載能力大很多，液體潤滑的滑動軸承載工程上得到了廣泛的應(yīng)用。 11.1.3 非流體摩擦 1. 邊界摩擦 概念：兩摩擦表面上個附有一層保護膜，雖然此時兩物體仍然是凸峰接觸，但兩物體的接觸表面被一層保護膜隔開，這種摩擦狀態(tài)稱為邊界摩擦。 保護膜稱為邊界膜。 邊界膜可以分為： （1）吸附膜（物理吸附膜，化學(xué)吸附膜） （2）化學(xué)反應(yīng)膜 2. 混合摩擦 兩摩擦表面同時在干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦的狀態(tài)稱為混合摩擦。這時摩擦磨損的行為主要取決于邊界摩擦狀態(tài)，而載荷則有相當(dāng)部分

4、由彈性流體動力潤滑承擔(dān)。 11.2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式及材料 11.2.1 向心滑動軸承 滑動軸承和滾動軸承一樣，也可以根據(jù)受力情況分為 向心軸承（徑向軸承），推力軸承以及向心推力軸承。 1.整體式滑動軸承 2.剖分式滑動軸承 3.調(diào)心式滑動軸承圖為位于法國 CHOOZ 的世界上第一大核電廠的 HP/IP 汽機 (1560 MW) 比利時一汽機改造項目的優(yōu)化流動低壓轉(zhuǎn)子 美國加州改造后的核電站 瑞典一核電站改造安裝 11.2.2 推力滑動軸承 1.端面推力軸承 2.軸環(huán)推力軸承 0.00.20.40.60.81.00.00.51.00.00.20.40.60.81.0油膜壓力 p 瓦長 瓦弧

5、圖 3.21 軸承 2#瓦瞬態(tài)壓力分布 4.844.935.035.125.125.215.215.305.305.395.395.485.575.665.755.85圖 5.6 1 號瓦對稱面溫度場 00.0250.0500.20.40.60.8100.250.50.751圖 5. 12 瞬態(tài)瓦面變形三維曲面 瓦弧 瓦長 z 0.00110.00230.00340.00460.00460.00570.00570.00690.00690.00800.00800.00920.00920.01030.0114圖 4.13 瓦面穩(wěn)態(tài)熱彈性變形分布 進油邊 12.712.713.012.413.312

6、.111.811.513.611.210.913.910.614.210.312.40.60.70.80.91.01.11.21.31.4 瓦長 r 厚度 圖 4.23 推力軸承徑向油膜瓦塊推力盤耦合溫度場 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0-0.30.00.20.50.81.01.3 壓力/P/Mpa 圖2.19推力軸承油膜壓力分布 X Y 進油邊 目前，國內(nèi)制造的很多轉(zhuǎn)動設(shè)備由于推力瓦 溫度過高，經(jīng)常給生產(chǎn)者和管理者帶來一系列的問題，直接影響生產(chǎn)效率。由于瓦溫高，部分發(fā)電機組不能滿負(fù)荷發(fā)電，發(fā)電廠由此產(chǎn)生的直接損失上百萬元，影響生產(chǎn)設(shè)備的安全性。每年由于推力瓦燒瓦而停止生產(chǎn)，更換推力

7、瓦的情況十分常見。設(shè)備停機，給企業(yè)帶來的損失也是巨大的。 由美國設(shè)計和生產(chǎn)的推力軸承，已經(jīng)大范圍地應(yīng)用由美國設(shè)計和生產(chǎn)的推力軸承，已經(jīng)大范圍地應(yīng)用在世界各地。二十年前就已進入中國市場，目前已經(jīng)有在世界各地。二十年前就已進入中國市場，目前已經(jīng)有幾百個用戶。幾百個用戶。 主要用戶群體：主要用戶群體：石油化工、天然氣、儲運、發(fā)電、艦船、冶金水泥等 主要設(shè)備：主要設(shè)備：大型風(fēng)機、泵、蒸汽輪機、燃?xì)廨啓C、內(nèi)燃機、發(fā)電機、其它轉(zhuǎn)動設(shè)備 技術(shù)特點：技術(shù)特點： 多油路潤滑，冷卻設(shè)計 主設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)工況下，瓦溫在攝氏60C 精確的鑄造加工工藝 承受的推力大 多種型號的推力軸承可供選擇 為全球主設(shè)備供應(yīng)商提供產(chǎn)品。主

8、要用戶：ABB,GE,Siemens,Alstom,日本制造商，上海汽輪機廠，東方汽輪機廠，哈爾濱汽輪機廠，沈陽鼓風(fēng)機廠，等等 11.2.3 軸瓦結(jié)構(gòu) 整體式 剖分式 11.2.4 軸承材料 對軸承材料的要求： 足夠的強度和塑性 良好的減磨性和耐磨性 良好的順應(yīng)性和潛藏性 良好的跑合性 良好的工藝性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性 一般情況下，單一材料很難同時滿足要求，設(shè)計時可以選擇滿足主要要求的材料，或者用多種或多層材料。 1. 金屬材料 (1) 軸承合金 (2) 銅合金 (3) 鑄鐵 2. 粉末冶金材料 3. 非金屬材料 11.3 非液體潤滑滑動軸承的設(shè)計 設(shè)計準(zhǔn)則的建立取決于軸承的失效形式，滑動軸承的

9、失效形式往往是幾種失效形式并存，相互影響，很難截然把它們分開，其中磨料磨損和粘著磨損是主要的失效形式。 11.3.1 向心滑動 軸承設(shè)計 1.驗算平均壓強 2.驗算PV值/pDLWp100060pv19100lnWdnDLWpv 3.驗算滑動軸承速度v 當(dāng)要求p較小時，雖然p和pv滿足要求，但也可能因為潤滑速度v太大而加速磨損，因而要求vv 11.3.2 推力滑動軸承設(shè)計 1. 驗算平均壓力 2. 驗算pvm值/pAWppvpvm 11.4 液體潤滑滑動軸承的工作原理及設(shè)計 11.4.1 概述 分類：流體摩擦滑動軸承中應(yīng)用最廣的液體潤滑滑動軸承，它分為液體動壓軸承和液體靜壓軸承。 工作原理：液

10、體動壓滑動軸承的工作原理，在運動的過程中在相對運動的兩個表面形成一層很薄壓力很高的油膜，將兩個運動的零件表面分開，避免了零件的直接接觸和磨損。 由于油膜的壓力是在運動過程中產(chǎn)生的，且潤滑油是流體，故稱為流體動壓潤滑，相應(yīng)的軸承稱為流體動壓滑動軸承。歷史沿革：1）B.Tower的著名實驗流體動壓潤滑是美國人B.Tower 1883年在研究鐵路車輛的軸承潤滑時偶然發(fā)現(xiàn)的，他在實驗時，發(fā)現(xiàn)軸承摩擦阻力很小，摩擦面件的潤滑油有壓力，將緊堵在軸瓦上方注油孔中的木塞沖出，于是他全面測量了軸瓦上各點的壓力，得到如圖11.15所示的壓力分布。但未能從理論上對液體壓力的產(chǎn)生作出解釋； 2）雷諾方程（Reynol

11、ds equation）建立 雷諾應(yīng)用流體動力學(xué)理論對軸承間隙中的流體流動進行了分析，并與1886年到處了楔形間隙中油膜壓力微分方程，即著名的Reynolds方程，從而奠定了流體動力潤滑的理論基礎(chǔ)。 3）潤滑理論及軸承技術(shù)的發(fā)展和成熟 1）Reynolds 方程的研究（求解及邊界條件） 2）發(fā)熱問題的研究 3）變形問題的研究 4）流態(tài)問題的研究 5）流變問題的研究 6）粗造度影響的研究 7）靜，動態(tài)性能的研究 8）瞬態(tài)問題的研究 9）與轉(zhuǎn)子動力學(xué)的耦合研究（穩(wěn)定性問題） 10）新型軸承的研究和開發(fā) 11.4.2 產(chǎn)生動壓潤滑的必要條件 產(chǎn)生動壓潤滑的必要條件 1）兩運動表面沿相對運動方向有收斂

12、間隙（油楔）； 2）具有一定粘性的潤滑油； 3）兩個表面有一定相對運動速度。 11.4.3 滑動軸承的主要形式及參數(shù) 11.4.4 滑動軸承的工作狀態(tài)簡述 11.4.5 液體動壓滑動軸承的承載原理液體動壓模型：yxp 2.基本假設(shè) 1）油為newton流體，2）表面沒有相對滑動速度 3）油膜厚度很小，壓力p不隨厚度變化，4）不計慣性體力的影響。5）潤滑油為層流 3.潤滑油的流動速度xpyu122zpyw122Uhyhyyxpu)1 ()(21)(21hyyzpw 4. 潤滑油的體積流量 5.Reynolds 方程xphvhudyqhx12230 xphwdyqhz1230 xhvzphzxphx6121233 無限短軸承的理論解 無限長軸承的理論解 （三） 有限長滑動軸承的性能計算 （四）常用動壓滑動軸承的設(shè)計 1.軸承類型的選擇 2.主要參數(shù)的選擇 1.長徑比 2.最小間隙比 3.預(yù)負(fù)荷系數(shù)mb 4.許用最小油膜