滑動(dòng)軸承機(jī)械原理以及設(shè)計(jì)

1、滑動(dòng)軸承機(jī)械原理以及設(shè)計(jì)一、 摩擦（一） 摩擦表面的摩擦狀態(tài)1. 干摩擦：兩摩擦表面直接接觸，不加入任何摩擦劑的摩擦。 干摩擦的摩擦阻力最大，磨損最嚴(yán)重，使用 壽命最短，必須避免。2. 邊界摩擦：摩擦表面間存在潤(rùn)滑油，金屬表面與潤(rùn)滑油作用形成 一層很薄的邊界膜（1m)，保護(hù)金屬，這種摩擦稱為邊界摩擦。 邊界摩擦不能完全避免金屬的直接接觸，因此仍有磨損產(chǎn)生。 邊界膜分為： 物理吸附膜：利用油中的極性分子牢固的吸附在金屬表面形成表面吸附膜（分子間的吸附力）； 化學(xué)吸附膜：利用化學(xué)鍵力形成金屬皂膜（吸附在金屬表面原子間的吸附力）； 化學(xué)反應(yīng)膜：油中的S、P、cl 元素與金屬表面在（150200C）形

2、成化合物。前兩種吸附膜構(gòu)成潤(rùn)滑油的油性油性的好壞取決于油中所含活性物質(zhì)： 動(dòng)物油植物油礦物油后一種膜構(gòu)成潤(rùn)滑油的極壓性3. 混合摩擦：隨著摩擦面油膜厚度的增大，表面不平度凸峰接觸數(shù)量在縮小，形成的油膜 比重增加。膜厚比：最小油膜厚度表面輪廓算術(shù)平均值表面粗糙度均方根值hminRa1Ra2 邊界摩擦=15 混合摩擦 增加，油膜厚度增加5 液體摩擦混合摩擦?xí)r，仍不能避免金屬的直接接觸，仍存在摩擦，但比邊界磨損小得多。4. 液體摩擦：摩擦面間的油膜厚度大到將兩表面的不平度凸峰完全分開,即為完全液體摩擦。非液體摩擦：混合摩擦，邊界摩擦，干摩擦。(二）磨損磨損曲線：機(jī)械零件的磨損過(guò)程分為三個(gè) 階段。時(shí)間

3、磨損量IIIIII1. 跑合磨損階（I）：由于表面粗糙度，致使接觸面積小，單位面積上的載荷大，因此磨損速度很快。2. 穩(wěn)定（正常）磨損階段（II）：磨損過(guò)程平穩(wěn)而又緩慢，標(biāo)志零件的耐磨壽命。3. 劇烈（崩潰）磨損階段（III）：磨損速度急劇增長(zhǎng)，間隙增大，振動(dòng)、噪聲增大，精度下降，以致報(bào)廢。設(shè)計(jì)時(shí)要盡量縮短跑合期，延長(zhǎng)穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損期的到來(lái)。（三） 潤(rùn)滑1. 潤(rùn)滑的目的：能降低摩擦、減少磨損，還能防銹、防塵、冷卻、緩沖吸振。2. 潤(rùn)滑劑及其選擇：潤(rùn)滑劑：液體（油、水、液態(tài)金屬） 氣體（空氣等） 半固體（潤(rùn)滑脂） 固體（石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯）(1) 潤(rùn)滑油：三大類：有機(jī)油、礦物油

4、、合成油。主要性能指標(biāo)： 粘度：流體抵抗變形的能力（流體內(nèi)摩擦力阻力的大?。﹥善叫衅桨彘g充滿潤(rùn)滑油，拖動(dòng)上平板A，且潤(rùn)滑油作層流流動(dòng)，油層間的剪應(yīng)力與速度梯度（速度變化率）成正比。 粘性定律0yvydydxBAxFv表達(dá)式：式中：“-”表示油層速度v隨y的增大而減小。 比例常數(shù)，即流體的動(dòng)力粘度。牛頓液體：服從粘性定律的液體。 a) 動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）單位：國(guó)際單位制（SI） Pa S絕對(duì)單位制（C.G.S) P=100cP 換算： 1PaS=10P=1000cPV=1m/sF=1N1m1m1mb) 運(yùn)動(dòng)粘度：動(dòng)力粘度與同溫度下該液體的密度的比值。國(guó)際單位制（SI） m/s絕對(duì)單位制（C.G

5、.S) St 1St=100cSt我國(guó)的石油產(chǎn)品是用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)標(biāo)定的。換算： 1m/s=104St=106cSt c) 相對(duì)粘度（條件粘度）單位：我國(guó)采用恩氏度 當(dāng)200ml待測(cè)油在規(guī)定溫度t流過(guò)恩氏粘度計(jì)所需時(shí)間與同體積蒸餾水在20c時(shí)流過(guò)粘度計(jì)所需時(shí)間之比。例：求50c時(shí)50號(hào)機(jī)械油的動(dòng)力粘度。=50 cSt =900 kg/m 1cSt=10-6m/s = = 5010-6900=0.045 Pa s粘度的性質(zhì)：粘溫性：粘度隨溫度升高而顯著降低。(圖49) 其他性質(zhì)： 油性與極壓性；氧化穩(wěn)定性；閃點(diǎn)；凝固點(diǎn)。潤(rùn)滑油的選擇 ： 轉(zhuǎn)速高，比壓小時(shí)，選低的油；轉(zhuǎn)速低，比壓 大時(shí)選高的油。 高溫

6、時(shí)選粘度高些的油。具體選擇時(shí)按圖表選取。粘壓性：粘度隨壓力升高而增高，但一般(100MPa)時(shí)變化很小，忽略不計(jì)。對(duì)于高副接觸時(shí)（齒輪嚙合處壓力達(dá)4000MPa)不可忽略。 鈣基脂：抗水性好，耐熱性差。 工作溫度不超過(guò)5565 c 鈉基脂：耐熱性好，抗水性差。 工作溫度可達(dá)120 c 鋰基脂：既抗水又耐高溫(145 c) 為多用途潤(rùn)滑脂。 鋁基脂：抗水性好，吸附能力強(qiáng)， 防銹作用好。(2) 潤(rùn)滑脂： 潤(rùn)滑油與稠化劑（如鈣、鋰、鈉的金屬皂） 的膏狀混合物。類型：主要性能指標(biāo)： 針入度及稠度：重的標(biāo)準(zhǔn)錐體，在25c下，5秒刺入潤(rùn)滑脂的深度。針入度小,不易從摩擦面擠出，承載能力強(qiáng)，密封性好，但摩擦阻

7、力大，填充性差。潤(rùn)滑脂的選擇： 單位壓力高、滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小的品種； 反之,選擇針入度大的品種。 滴點(diǎn)：潤(rùn)滑脂從標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量杯的孔里滴下第一滴時(shí)的溫度。標(biāo)志其耐高溫性能。 所用潤(rùn)滑脂 的滴點(diǎn)應(yīng)高于軸承工作溫度2030c。 在水淋及潮濕的環(huán)境下，選用鈣基脂及鋁基脂；在 溫度較高處選用鈉基、鋰基或復(fù)合鈣基脂。 具體選擇時(shí)可參考表。(3) 添加劑：改善潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑脂的性能，以適應(yīng)惡劣的工作條件： 高溫、低溫、重載、真空等。 分散凈化劑：使內(nèi)燃機(jī)汽缸、曲軸箱中因氧化生成的膠狀物分散，避免其粘著、卡死或過(guò)度磨損。 降凝劑：嚴(yán)寒地區(qū)或低溫機(jī)械（冷凍機(jī)）。 抗氧化劑：防止?jié)櫥脱趸冑|(zhì)，腐蝕零件。 油

8、性添加劑：提高油膜強(qiáng)度，保證邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。 極壓及抗磨添加劑：在金屬表面形成一層熔點(diǎn)高，剪切強(qiáng)度低的保護(hù)膜，以減輕磨損。 增粘劑：改善粘溫特性，使油高溫不變稀,低溫不致過(guò)稠。3. 潤(rùn)滑方法(1) 油潤(rùn)滑方法：分散潤(rùn)滑及集中潤(rùn)滑 a) 分散潤(rùn)滑：連續(xù)的或間歇的，有壓的或無(wú)壓的 手工加油潤(rùn)滑：油孔，自動(dòng)關(guān)閉式鉸鏈油杯，旋套式油杯，壓注油杯 手動(dòng)式滴油油杯潤(rùn)滑：作為重要軸承的輔助潤(rùn)滑 油芯式油杯潤(rùn)滑 針閥式油杯潤(rùn)滑 帶油潤(rùn)滑：油鏈、油輪（水平軸，直徑為2550mm） 油浴潤(rùn)滑及飛濺潤(rùn)滑：5m/sv1215m/s 油霧潤(rùn)滑：油霧器(2) 潤(rùn)滑脂 手工涂抹潤(rùn)滑 預(yù)填油脂潤(rùn)滑 潤(rùn)滑脂杯潤(rùn)滑 連續(xù)壓注油杯潤(rùn)

9、滑(3) 潤(rùn)滑方法的選擇滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方法可以根據(jù)系數(shù) k選定。式中：p=F/dB 平均壓強(qiáng)（N/mm） v軸頸線速度（m/s） k2 用潤(rùn)滑脂，油杯潤(rùn)滑； k216 針閥式油杯潤(rùn)滑； k1632 油鏈或油輪潤(rùn)滑； k32 壓力潤(rùn)滑。b) 集中潤(rùn)滑：一臺(tái)機(jī)器的許多潤(rùn)滑點(diǎn)由一個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)來(lái)同時(shí)潤(rùn)滑。12-2 滑動(dòng)軸承概述滑動(dòng)軸承是支承軸的零件。一、類型1. 按摩擦性質(zhì)分：滑動(dòng)摩擦軸承、滾動(dòng)摩擦軸承。2. 按承受載荷的方向分： 向心軸承（承受徑向載荷） 推力軸承（承受軸向載荷） 向心推力軸承（同時(shí)承受徑向和軸向載荷）二、特點(diǎn)及應(yīng)用注意：一般盡量采用滾動(dòng)軸承；某些特殊場(chǎng)合（高速、重載、沖擊、精密及一些

10、不太重要的場(chǎng)合）采用滑動(dòng)軸承。 工作轉(zhuǎn)速特高的軸承； 要求對(duì)軸的支承位置特別精確的軸承； 特重型軸承； 承受巨大的沖擊和振動(dòng)載荷的軸承； 要求制成剖分式的軸承； 要求徑向尺寸較小的軸承； 特殊工作條件下（水、腐蝕性介質(zhì)）工作的軸承；三、滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)1.軸承型式和結(jié)構(gòu)的確定；2.軸瓦結(jié)構(gòu)和材料的選擇；3.潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑方法的選擇；4.軸承的工作能力計(jì)算。12-3 滑動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)（一）向心滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；拆裝不便；磨損后間隙無(wú)法調(diào)整； 應(yīng)用：低速輕載或間歇工作。 1. 整體式：2. 對(duì)開式：（剖分式）特點(diǎn)：拆裝方便；間隙可通過(guò)加減墊片調(diào)整應(yīng)用：廣泛。3. 橢圓軸承，多油楔軸承，可

11、傾瓦軸承雙油楔橢圓軸承和雙油楔錯(cuò)位軸承示意圖：三油楔和四油楔軸承示意圖：特點(diǎn)：由幾個(gè)承載油楔共同作用，維持軸較穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)用：液體摩擦滑動(dòng)軸承(重要) 可傾瓦多油楔徑向軸承示意圖：（二）推力滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)1. 固定式：實(shí)心式，單環(huán)式，空心式，多環(huán)式2. 多油楔式，可傾扇面式 易形成液體潤(rùn)滑可傾瓦止推軸承示意圖：12-4 軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)軸瓦是軸承上直接與軸頸接觸的零件。軸瓦表面既承受載荷又是摩擦面，因此軸瓦是軸承的重要組成部分。（一）軸瓦的材料1. 對(duì)軸瓦材料的主要要求 摩擦系數(shù)小，磨損小； 抗粘著性好； 適應(yīng)性好：硬度低,塑性好,彈性系數(shù)低的材料 適應(yīng)性好； 容納異物的能力； 抗疲勞性好；減

12、薄軸承合金的厚度，制成軸承襯； 強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度，抗沖擊能力； 抗腐蝕性； 價(jià)格及來(lái)源。2. 常用的軸瓦材料1) 軸承合金（巴氏合金）軸承襯材料錫基：以錫為基本成分加入適量銻、銅。 如：ZChSnSb106鉛基：以鉛為基本成分加入適量錫、銻。 如：ZChPbSn16162均為優(yōu)良的軸承材料，但錫基抗腐蝕性、抗粘著性好；而鉛基抗腐蝕性較差。軟基體硬顆粒2) 銅合金常用軸瓦材料 鑄造錫磷青銅 如：ZCuSn10P1 性能最好的銅合金。 鑄造錫鋅鉛青銅 如ZCuSn5Pb5Zn5 鑄造鉛青銅 如 ZCuPb30 用于雙金屬或三金屬軸瓦。 鑄造鋁青銅 如 ZCu10Fe3 強(qiáng)度高，硬度高， 與

13、淬硬且表面光潔度高的軸頸配用。 鑄造黃銅 如ZCuZn16Si4或ZCuZn40Mn2 用于滑動(dòng)速度不高的軸瓦。 3) 鋁合金雙金屬軸瓦 如2%鋁錫合金強(qiáng)度高，耐腐蝕，導(dǎo)熱性好； 軸頸表面必須具有高硬度、高表面光潔度。4) 鑄鐵：耐磨鑄鐵，球墨鑄鐵。 輕載、低速軸承的軸瓦材料。5) 多孔質(zhì)金屬材料（含油軸承）多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)， 具有自潤(rùn)滑作用。 用于平穩(wěn)無(wú)沖擊載荷，中、小速度下。6) 其他非金屬材料 如石墨、橡膠、酚醛膠布、尼龍見表122 (金屬材料） 表123 (非金屬材料）（二）軸瓦的結(jié)構(gòu) 已標(biāo)準(zhǔn)化，可直接由手冊(cè)中查出（自學(xué)）要點(diǎn)：1. 軸瓦的形式和結(jié)構(gòu) 常用的軸瓦有整體式和對(duì)開式兩種結(jié)構(gòu)。2.

14、 軸瓦的定位 軸向定位兩端凸緣； 周向定位緊定螺釘、銷釘。3. 油孔及油槽：使油可靠地流到摩擦面。 軸向油槽單軸向油槽、雙軸向油槽 周向油槽寬度一定時(shí)，設(shè)有周向油槽軸承 的承載能力低于設(shè)有軸向油槽的軸承。12-5 不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算（三）設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：d(軸頸直徑)、n (轉(zhuǎn)速)、P(軸承載荷)不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承用于：速度較低、載荷不大、工作要求不高的場(chǎng)合。一、 徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算（一）主要失效形式：磨損（二）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保持邊界膜，防止過(guò)度磨損設(shè)計(jì)步驟：1.確定軸承類型，選擇軸瓦材料 表122、表1232.確定軸瓦寬度B：選定B/ d，根據(jù)已知d即可定B3. 軸承工作能力

15、驗(yàn)算 比壓p的驗(yàn)算：防止過(guò)度磨損式中：p軸瓦材料的許用比壓。查表122、表123 f pV值驗(yàn)算（f 為摩擦系數(shù)）： 限制軸承表面發(fā)熱量，防止邊界膜破裂dnFB 軸頸圓周速度V的驗(yàn)算：限制由于安裝誤差，使軸承邊緣壓力增大，當(dāng)V過(guò)大時(shí)，造成軸承邊緣工作溫度過(guò)高。4. 選擇軸承的配合根據(jù)不同使用要求，保證一定的旋轉(zhuǎn)精度，按表124合理選擇軸承的配合，以保證一定的間隙。二、止推滑動(dòng)軸承的計(jì)算1. 驗(yàn)算軸承的平均壓力Fa軸向載荷，Nz環(huán)的數(shù)目p許用壓力，Mpa見表127式中：b軸頸環(huán)形工作寬度，mm n軸頸的轉(zhuǎn)速，r/min V軸頸的圓周速度，m/s pVpV 的許用值，MPa m/s , 見表127

16、2. 驗(yàn)算軸承的pV值12-6 流體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算按摩擦表面間油膜形成原理分為：流體動(dòng)力潤(rùn)滑動(dòng)壓軸承流體靜力潤(rùn)滑靜壓軸承（一）流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本方程（雷諾方程）基本方程：建立流體動(dòng)力潤(rùn)滑的條件；油膜壓力的分布情況。兩平板被一層油膜完全隔開，一定，A（動(dòng)板），B（定板），取一微單元體。假定： 層流 沿Z軸方向無(wú)流動(dòng) 流體不可壓縮 忽略流體的慣性力和重力 粘度與壓力無(wú)關(guān) 相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面為理想光滑表面xyzvBAdxdzdypdydzdxdz沿x方向的平衡條件：x=0根據(jù)無(wú)側(cè)漏條件及流量連續(xù)性定理，在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)各剖面的流量應(yīng)相等，任意剖面上的流量為沿油壓最大處 為什麼收斂性楔形間隙能

17、形成動(dòng)壓油膜？平行間隙、發(fā)散性楔形間隙呢？PPQ木楔P水楔油楔AvBP1. 平行間隙油層速度沿y方向呈三角形分布，各截面流量、流速相同沒有油壓，油膜不能承受載荷，接觸面直接接觸，無(wú)法實(shí)現(xiàn)液體摩擦。vxoP=0AB2. 收斂性楔形間隙油由大口進(jìn)小口出，因?yàn)橛筒豢蓧嚎s，流量守恒，所以油膜建立起油壓，以保持流量守恒。油壓與外載荷P平衡。各截面油層速度分布=線性分布+拋物線分布Pvxyh0V=0該截面僅有速度流動(dòng)沒有壓力流動(dòng)，因此呈三角形分布。同理可證：發(fā)散性楔形間隙，油膜亦不能建立油壓。結(jié)論：收斂性楔形間隙可以建立流體動(dòng)壓潤(rùn)滑。建立流體動(dòng)力潤(rùn)滑的條件：1.相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩表面間必須形成收斂性楔形間隙.2.

18、 相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩表面必須有一定的潤(rùn)滑速度V當(dāng)V下降到一定程度，不足以承受外載荷時(shí)，失效。3. 流體必須有一定粘度，供油量充足。（二）徑向滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的過(guò)程向心軸承建立液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的過(guò)程可分為三個(gè)階段： 軸的啟動(dòng)階段； 不穩(wěn)定潤(rùn)滑階段： 軸頸沿軸承內(nèi)壁上爬，不時(shí)發(fā)生表面接觸的摩擦； 液體動(dòng)壓潤(rùn)滑運(yùn)行階段： 這時(shí)由于轉(zhuǎn)速足夠高，帶入到摩擦面間的油量充 足，能形成楔形油膜，將軸抬起。軸中心的位置將隨著轉(zhuǎn)速與載荷的不同而不斷地改變。n=0n0（三）徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系和承載量系數(shù)B/2B/2rReh Fzwog jj0j2aa1hmaxpmaxh0hmino11. 向心軸承的幾何關(guān)系用極坐標(biāo)表示比較方便，oo1極坐標(biāo)軸。軸承間隙：=D-d，=R-r, =/d=/r偏位角a，液體動(dòng)壓油膜起始角1，終止角2油膜厚度h，最小油膜厚度hmin，最大比壓處油膜厚度h0偏心距e，相對(duì)偏心距2. 承載量系數(shù)Cp雷諾方程用極坐標(biāo)表示：令dx=rd，V=r，將h,h0代入油膜承載能力理論上py B。但因側(cè)漏，沿z軸方向的壓力呈拋物線分布。(四）最小油膜厚度hmin（五）軸承的熱平衡計(jì)算防止軸承過(guò)熱熱平衡：發(fā)熱量=散熱量 H = H1 + H2式中：Q耗油量，由耗油量系數(shù)求出。(m3/