機械設(shè)計第章滑動軸承

1、1機械設(shè)計第12章 滑動軸承212-1 概述12-2 滑動軸承的主要類型12-3 滑動軸承的材料12-4 潤滑材料和潤滑方法12-5 滑動軸承的條件性計算12-7 液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算12-8 其它形式滑動軸承簡介第十二章 滑動軸承12-6 流體動壓潤滑方程式312-1 滑動軸承概述軸承的作用是支承軸。二、分類一.作用1、根據(jù)軸承工作的摩擦性質(zhì)分滑動(摩擦)軸承滾動(摩擦)軸承滑動軸承滾動軸承4滾動軸承與滑動軸承在應(yīng)用上的一些區(qū)別滾動軸承由于其標準化程度高，使用方便等特點，被應(yīng)用的日益廣泛。但是滑動軸承由于自身的不可替代的特點，在一些特殊應(yīng)用場合占有重要的地位，目前滑動軸承應(yīng)用的主要

2、場合： 1.轉(zhuǎn)速極高的軸承 滾動軸承在極高的轉(zhuǎn)速下會由于高溫使元件回火，流體 潤滑滑動軸承由于摩擦系數(shù)極小，發(fā)熱少，容易散熱等原 因，不會對軸承的工作性能產(chǎn)生影響。（內(nèi)圓磨床） 2.載荷特重的軸承 由于滾動軸承元件上為高副接觸，接觸應(yīng)力大，特別是在重載情況下，極高的接觸應(yīng)力會使元件失效?；瑒虞S承是低副接觸，接觸應(yīng)力小。 53.沖擊很大的軸承 由于滾動軸承元件上為高副接觸，接觸應(yīng)力大，在沖擊作用下，極易造成永久變形，滑動軸承的油膜可以起到緩沖作用，不會對元件造成永久性傷害。（軋鋼機） 4.要求特別精密的軸承 有些應(yīng)用場合載荷很大，轉(zhuǎn)速極低，同時要求設(shè)備具有極高的定位精度。（大型天文望遠鏡，大型雷

3、達） 5.剖分式軸承 滑動軸承很容易做成剖分式結(jié)構(gòu)，但是滾動軸承入做成剖分結(jié)構(gòu)則對性能有很大影響，（內(nèi)燃機曲軸軸承，連桿軸承，曲柄壓力機軸承） 6.有特殊要求的軸承（特大尺寸，特殊介質(zhì)，）6按潤滑狀態(tài)不同分混合潤滑滑動軸承液體潤滑滑動軸承動壓潤滑靜壓潤滑2、根據(jù)承載方向分徑向軸承推力軸承7滑動軸承概述2三、滑動軸承的特點高速、高精度、重載的場合；如汽輪發(fā)電機、機床等。極大型的、極微型的、極簡單的場合；如自動化辦公設(shè)備等。4受沖擊與振動載荷的場合；3結(jié)構(gòu)上要求剖分的場合；如曲軸軸承四、滑動軸承的應(yīng)用場合1承載能力大，耐沖擊；2工作平穩(wěn)，噪音低；3結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小。缺點：起動阻力大，潤滑、維護

4、較滾動軸承復(fù)雜。812-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)一、徑向滑動軸承的結(jié)構(gòu)整體式徑向滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。軸承座整體軸套油杯孔磨損后軸頸與軸承孔之間的間隙無法調(diào)整；只能沿軸向裝拆。9滑動軸承的結(jié)構(gòu)2對開式徑向滑動軸承特點：便于軸的安裝，間隙可調(diào)整，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 應(yīng)用比較廣泛注：剖分面最好垂直于載荷方向 。 103調(diào)心式徑向滑動軸承特點：軸瓦能自動調(diào)整位置，以適應(yīng)軸的偏斜。 當軸傾斜時，可保證軸頸與軸承配合表面接觸良好，從而避免產(chǎn)生偏載。主要用于軸的剛度較小，軸承寬度較大的場合。11二. 推力滑動軸承結(jié)構(gòu)空心軸端單止推環(huán)式多止推環(huán)式實心軸端 空心軸端：軸頸

5、接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式好。12 單止推環(huán)式：利用軸頸的環(huán)形端面作為止推面，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，可承受雙向軸向載荷。廣泛用于低速、輕載的場合。 多止推環(huán)式：承載能力大，可承受雙向軸向載荷。但各環(huán)間載荷分布不均勻。 13按構(gòu)造分類整體式對開式減摩材料軸承襯按材料分類單金屬多金屬 三.軸瓦結(jié)構(gòu)不便于裝拆，可修復(fù)性差。 便于裝拆，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，在其表面澆鑄一層或兩層很薄的減摩材料（稱為軸承襯）。軸承襯的厚度很小，通常不超過 6 mm。14 軸瓦的固定整體式軸瓦15軸承襯整體式軸瓦 剖分式軸瓦1617軸瓦結(jié)構(gòu)：由13層材料制成 軸瓦內(nèi)

6、表面結(jié)構(gòu) 18油溝與油槽的位置 油槽的尺寸可查相關(guān)的手冊。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；19不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的承載能力油溝長度（軸瓦寬度），即不能開通，否則漏油。2012.3 滑動軸承的材料1）減摩性、耐磨性、耐蝕性要好；2）抗膠合能力強，導(dǎo)熱性、散熱性好； 順應(yīng)性：材料通過表層的彈、塑性變形來補償軸承滑動表面接觸不良的能力。 嵌入性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動的刮傷和磨粒磨 的性能。 磨合性：軸瓦與軸頸表面應(yīng)易于磨合，從而改善摩擦面的接觸狀況。一. 對軸承材料性能的要求：3）具有足夠的強度，主要包括疲勞強度和抗壓強度；4）

7、具有良好的適應(yīng)性，主要包括：21 二.滑動軸承的材料 1.軸承合金：僅用于軸承襯 2.青銅：廣泛應(yīng)用 3.鋁基合金 4.鑄鐵：經(jīng)濟、耐磨 5.粉末冶金：含油軸承 6.非金屬材料22摩擦和磨損1.干摩擦：表面間無潤滑劑或保護膜的純金屬間的摩擦；2.邊界摩擦：表面被吸附在表面的邊界膜隔開；3.流體摩擦：表面被流體完全隔開，摩擦性能取決于內(nèi)部分子間的 粘性阻力4.混合摩擦：前面三種的混合狀態(tài)，部分固體凸峰接觸12-4 滑動軸承的潤滑干摩擦液體摩擦邊界摩擦23邊界摩擦：表面被吸附在表面的邊界膜隔開；按邊界膜形成機理，邊界膜分為： 吸附膜 潤滑劑中分子吸附在金屬表面而形成的邊界膜； 化學(xué)反應(yīng)膜潤滑劑中以

8、原子形式存在的某些元素與金屬反應(yīng)生成化合物，在金屬表面形成的薄膜。反應(yīng)膜具有較高的熔點，比吸附膜穩(wěn)定。對于要求低摩擦的摩擦副，液體摩擦是比較理想的的狀態(tài)，維持邊界摩擦或混合摩擦是最低要求。磨損：使摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。24一.潤滑油的主要指標1.粘度:流體抵抗變形的能力，標志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。a）動力粘度牛頓粘性定律：在流體中任意點處的切應(yīng)力均與該處流體的速度梯度成正比。u=0Uhuxz剪切應(yīng)力動力粘度速度梯度h25運動粘度與動力粘度的換算關(guān)系：動力粘度：主要用于流體動力計算。Pas運動粘度：使用中便于測量。m2/s2.油性（潤滑性）：潤滑油在摩擦表面形成各種吸附膜和化學(xué)反

9、應(yīng)膜的性能，邊界潤滑取決于油的吸附能力。；其它：燃點、閃點、凝點、化學(xué)穩(wěn)定性;粘度 摩擦力發(fā)熱 26轉(zhuǎn)速高、壓力小時，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。二、選擇原則三、潤滑脂 （ 速度較小時可選擇） 特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜， 承載能力大，但性能不穩(wěn)定，摩擦功耗大 。 適用場合 ：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載、 溫度變化不大 以及作擺動運動的 軸承中。 性能指標：錐入度和滴點。27 固體潤滑劑 用于有特殊要求的場合，如要求環(huán)境清潔、真空或高溫等。常用的有：二硫化鉬，碳石墨，聚四氟乙烯等。 使用方法：1）涂敷、粘結(jié)或燒結(jié)在軸

10、瓦表面；四.潤滑脂的 選擇原則：）當壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小的潤滑脂；反之，選擇錐入度大的潤滑脂。）所用潤滑脂的滴點，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約2030，以免工作時潤滑脂過多地流失。五. 其它潤滑材料2）或調(diào)配到潤滑油和潤滑脂中使用；28六、潤滑方法將潤滑劑送入軸承的方法主要有：1）壓力潤滑；2）滴油潤滑；3）飛濺潤滑；4）潤滑杯（脂潤滑）；5）油環(huán)潤滑；7）油繩潤滑；6）油墊潤滑；可根據(jù)系數(shù) K 來選擇潤滑方法。（ p = F / Bd軸承的壓強（MPa）軸頸的圓周速度（m/s）BdF2912-5 滑動軸承的條件性計算一、混合摩擦滑動軸承失效形式主要失效形式：膠合、磨損等設(shè)計準則：

11、至少保持在邊界潤滑狀態(tài)，即維持邊界油膜不破裂。磨損及膠合30 二.徑向滑動軸承的計算 目的：防止p過高，油被擠出，產(chǎn)生 “過度磨損”。Bd式中：B軸承寬度（ mm ） ； p軸瓦材料的許用平均壓強（MPa）。Mpam/s31目的：限制pv是為了限制軸承溫升、防止膠合。 pv摩擦功耗發(fā)熱量易膠合目的：防止v過高而加速磨損。32三.止推滑動軸承的計算 a)實心式 b)空心式 c)單環(huán)式 d)多環(huán)式z止推環(huán)數(shù)。式中：d2、d1止推軸承環(huán)形接觸面的外徑和內(nèi)徑。3312.6 液體動力潤滑的基本理論雷諾方程取微單元體受力分析，x軸方向34代入邊界條件：y=0，u=v；y=h，u=0流速方程：連續(xù)流動方程：

12、任何截面沿x方向單位寬度流量qx相等設(shè)在最大油壓Pmax處，h=h0(即 時，h=h0)，此時：35vVxyVvF 油壓p分布曲線 vvh0為油壓最大處的間隙36 形成流體動力潤滑的必要條件：1.潤滑油有一定粘度；2.被油膜分開的兩表面有足夠的相對滑動速度,其運動方向必須使?jié)櫥陀纱罂谶M，從小口出；3.兩表面形成收斂的楔形間隙；4.充足的供油。楔形效應(yīng)37液體動壓軸承的設(shè)計計算一.流體動壓滑動軸承的工作狀態(tài)no1oo1oo1oo1onn靜止啟動不穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行RRRR38二.徑向滑動軸承的主要幾何參數(shù).半徑間隙.相對間隙.偏心距.偏心率.最小油膜厚度.任意處的油膜厚度39三、承載能力和承載量

13、系數(shù)Cp 軸承包角，軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對應(yīng)的角度。1+2 承載油膜角1 油膜起始角2 油膜終止角p=pmax處：h=h0，=0 從起至任意膜厚處的油膜角。4041當B=，即無限寬軸承時，油沿軸向無流動轉(zhuǎn)換為極坐標：得：42積分一次得任意處的油膜壓力p：在1至2區(qū)間內(nèi)，沿外載荷方向單位寬度的油膜力為：對有限寬軸承，若不計端泄，油膜承載力F為：Cp 承載量系數(shù)，無量綱43S 安全系數(shù)，考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形，S2，一般可取S=2；四、保證液體動力潤滑的條件（充分條件）：Rz1、Rz2 軸頸、軸瓦表面粗糙度的十點高度，44五. 熱平衡計算目的：為了控制潤滑油的溫升，需進行熱平衡計算。熱平

14、衡條件為：摩擦生熱量潤滑油帶走的熱量軸承散發(fā)的熱量式中：f摩擦因數(shù)；c潤滑油的比定壓熱容，一般為16802100 J/(kg.K)q潤滑油的體積流量（m3/s），as軸承的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)t出油平均溫度 t2 與進油溫度 t1 之差（）；潤滑油的比定壓熱容，一般為16802100 J/(kg.K)45液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算6其中：將兩式代入上式得：溫升 注：一般按潤滑油平均溫度時的粘度，計算軸承的承載能力。 計算時，通常取 t1= 3545。平均溫度：摩擦系數(shù)流量系數(shù)46六、參數(shù)選擇1、寬徑比B/dB/d 端泄量，承載能力 ，軸承剛度，t，B/d端泄量，承載能力，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性473、油粘度 F 承載能力，但易發(fā)熱4、平均壓強pp F一定時，B、d可，尺寸；傳動較平穩(wěn)p hmin 不易形成動壓潤滑，磨損p F，偏心率，軸頸運動易失穩(wěn)2、相對間隙高速：發(fā)熱嚴重 使 q 端泄，溫升重載：承載能力 選48液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算9七、液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計過程已知條件：外加徑向載荷F(N)，軸頸轉(zhuǎn)速n(r/min)及軸頸 直徑d(mm)。設(shè)計及驗算： 保證在平均油溫 tm下 hmin h 驗算溫升 選擇軸承材料，驗算 p、v、pv。 選擇軸承參數(shù)，如軸承寬度(B)、相對間隙()和潤滑油() 。 計算承載量系數(shù)( Cp )并查表確定偏心率( )