滑動軸承機械原理以及設計

1、滑動軸承機械原理以及設計一、 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，磨損最嚴重，使用 壽命最短，必須避免。2. 邊界摩擦：摩擦表面間存在潤滑油，金屬表面與潤滑油作用形成 一層很薄的邊界膜（1m)，保護金屬，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）； 化學吸附膜：利用化學鍵力形成金屬皂膜（吸附在金屬表面原子間的吸附力）； 化學反應膜：油中的S、P、cl 元素與金屬表面在（150200C）形

2、成化合物。前兩種吸附膜構成潤滑油的油性油性的好壞取決于油中所含活性物質： 動物油植物油礦物油后一種膜構成潤滑油的極壓性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 液體摩擦混合摩擦時，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：機械零件的磨損過程分為三個 階段。時間

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）：磨損過程平穩(wěn)而又緩慢，標志零件的耐磨壽命。3. 劇烈（崩潰）磨損階段（III）：磨損速度急劇增長，間隙增大，振動、噪聲增大，精度下降，以致報廢。設計時要盡量縮短跑合期，延長穩(wěn)定磨損期，推遲劇烈磨損期的到來。（三） 潤滑1. 潤滑的目的：能降低摩擦、減少磨損，還能防銹、防塵、冷卻、緩沖吸振。2. 潤滑劑及其選擇：潤滑劑：液體（油、水、液態(tài)金屬） 氣體（空氣等） 半固體（潤滑脂） 固體（石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯）(1) 潤滑油：三大類：有機油、礦物油

4、、合成油。主要性能指標： 粘度：流體抵抗變形的能力（流體內摩擦力阻力的大小）兩平行平板間充滿潤滑油，拖動上平板A，且潤滑油作層流流動，油層間的剪應力與速度梯度（速度變化率）成正比。 粘性定律0yvydydxBAxFv表達式：式中：“-”表示油層速度v隨y的增大而減小。 比例常數，即流體的動力粘度。牛頓液體：服從粘性定律的液體。 a) 動力粘度（絕對粘度）單位：國際單位制（SI） Pa S絕對單位制（C.G.S) P=100cP 換算： 1PaS=10P=1000cPV=1m/sF=1N1m1m1mb) 運動粘度：動力粘度與同溫度下該液體的密度的比值。國際單位制（SI） m/s絕對單位制（C.G

5、.S) St 1St=100cSt我國的石油產品是用運動粘度來標定的。換算： 1m/s=104St=106cSt c) 相對粘度（條件粘度）單位：我國采用恩氏度 當200ml待測油在規(guī)定溫度t流過恩氏粘度計所需時間與同體積蒸餾水在20c時流過粘度計所需時間之比。例：求50c時50號機械油的動力粘度。=50 cSt =900 kg/m 1cSt=10-6m/s = = 5010-6900=0.045 Pa s粘度的性質：粘溫性：粘度隨溫度升高而顯著降低。(圖49) 其他性質： 油性與極壓性；氧化穩(wěn)定性；閃點；凝固點。潤滑油的選擇 ： 轉速高，比壓小時，選低的油；轉速低，比壓 大時選高的油。 高溫

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

7、力大，填充性差。潤滑脂的選擇： 單位壓力高、滑動速度低時，選擇針入度小的品種； 反之,選擇針入度大的品種。 滴點：潤滑脂從標準測量杯的孔里滴下第一滴時的溫度。標志其耐高溫性能。 所用潤滑脂 的滴點應高于軸承工作溫度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、鋰基或復合鈣基脂。 具體選擇時可參考表。(3) 添加劑：改善潤滑油及潤滑脂的性能，以適應惡劣的工作條件： 高溫、低溫、重載、真空等。 分散凈化劑：使內燃機汽缸、曲軸箱中因氧化生成的膠狀物分散，避免其粘著、卡死或過度磨損。 降凝劑：嚴寒地區(qū)或低溫機械（冷凍機）。 抗氧化劑：防止?jié)櫥脱趸冑|，腐蝕零件。 油

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

9、滑(3) 潤滑方法的選擇滑動軸承的潤滑方法可以根據系數 k選定。式中：p=F/dB 平均壓強（N/mm） v軸頸線速度（m/s） k2 用潤滑脂，油杯潤滑； k216 針閥式油杯潤滑； k1632 油鏈或油輪潤滑； k32 壓力潤滑。b) 集中潤滑：一臺機器的許多潤滑點由一個潤滑系統(tǒng)來同時潤滑。12-2 滑動軸承概述滑動軸承是支承軸的零件。一、類型1. 按摩擦性質分：滑動摩擦軸承、滾動摩擦軸承。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（同時承受徑向和軸向載荷）二、特點及應用注意：一般盡量采用滾動軸承；某些特殊場合（高速、重載、沖擊、精密及一些

10、不太重要的場合）采用滑動軸承。 工作轉速特高的軸承； 要求對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）工作的軸承；三、滑動軸承設計1.軸承型式和結構的確定；2.軸瓦結構和材料的選擇；3.潤滑劑及潤滑方法的選擇；4.軸承的工作能力計算。12-3 滑動軸承的典型結構（一）向心滑動軸承的結構 特點：結構簡單；拆裝不便；磨損后間隙無法調整； 應用：低速輕載或間歇工作。 1. 整體式：2. 對開式：（剖分式）特點：拆裝方便；間隙可通過加減墊片調整應用：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位軸承示意圖：三油楔和四油楔軸承示意圖：特點：由幾個承載油楔共同作用，維持軸較穩(wěn)定運轉。應用：液體摩擦滑動軸承(重要) 可傾瓦多油楔徑向軸承示意圖：（二）推力滑動軸承的結構1. 固定式：實心式，單環(huán)式，空心式，多環(huán)式2. 多油楔式，可傾扇面式 易形成液體潤滑可傾瓦止推軸承示意圖：12-4 軸瓦的材料和結構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. 對軸瓦材料的主要要求 摩擦系數小，磨損?。?抗粘著性好； 適應性好：硬度低,塑性好,彈性系數低的材料 適應性好； 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； 強度：抗壓強度，疲勞強度，抗沖擊能力； 抗腐蝕性； 價格及來源。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 用于滑動速度不高的軸瓦。 3) 鋁合金雙金屬軸瓦 如2%鋁錫合金強度高，耐腐蝕，導熱性好； 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) 多孔質金屬材料（含油軸承）多孔質結構， 具有自潤滑作用。 用于平穩(wěn)無沖擊載荷，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）軸瓦的結構 已標準化，可直接由手冊中查出（自學）要點：1. 軸瓦的形式和結構 常用的軸瓦有整體式和對開式兩種結構。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，設有周向油槽軸承 的承載能力低于設有軸向油槽的軸承。12-5 不完全液體潤滑滑動軸承的設計計算（三）設計計算已知條件：d(軸頸直徑)、n (轉速)、P(軸承載荷)不完全液體潤滑滑動軸承用于：速度較低、載荷不大、工作要求不高的場合。一、 徑向滑動軸承的計算（一）主要失效形式：磨損（二）設計準則：保持邊界膜，防止過度磨損設計步驟：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，根據已知d即可定B3. 軸承工作能力

15、驗算 比壓p的驗算：防止過度磨損式中：p軸瓦材料的許用比壓。查表122、表123 f pV值驗算（f 為摩擦系數）： 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的驗算：限制由于安裝誤差，使軸承邊緣壓力增大，當V過大時，造成軸承邊緣工作溫度過高。4. 選擇軸承的配合根據不同使用要求，保證一定的旋轉精度，按表124合理選擇軸承的配合，以保證一定的間隙。二、止推滑動軸承的計算1. 驗算軸承的平均壓力Fa軸向載荷，Nz環(huán)的數目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. 驗算軸承的pV值12-6 流體動力潤滑徑向滑動軸承設計計算按摩擦表面間油膜形成原理分為：流體動力潤滑動壓軸承流體靜力潤滑靜壓軸承（一）流體動力潤滑的基本方程（雷諾方程）基本方程：建立流體動力潤滑的條件；油膜壓力的分布情況。兩平板被一層油膜完全隔開，一定，A（動板），B（定板），取一微單元體。假定： 層流 沿Z軸方向無流動 流體不可壓縮 忽略流體的慣性力和重力 粘度與壓力無關 相對運動表面為理想光滑表面xyzvBAdxdzdypdydzdxdz沿x方向的平衡條件：x=0根據無側漏條件及流量連續(xù)性定理，在單位時間內流過各剖面的流量應相等，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，無法實現液體摩擦。vxoP=0AB2. 收斂性楔形間隙油由大口進小口出，因為油不可壓縮，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沒有壓力流動，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。結論：收斂性楔形間隙可以建立流體動壓潤滑。建立流體動力潤滑的條件：1.相對運動兩表面間必須形成收斂性楔形間隙.2.

18、 相對運動兩表面必須有一定的潤滑速度V當V下降到一定程度，不足以承受外載荷時，失效。3. 流體必須有一定粘度，供油量充足。（二）徑向滑動軸承形成流體動力潤滑的過程向心軸承建立液體動壓潤滑的過程可分為三個階段： 軸的啟動階段； 不穩(wěn)定潤滑階段： 軸頸沿軸承內壁上爬，不時發(fā)生表面接觸的摩擦； 液體動壓潤滑運行階段： 這時由于轉速足夠高，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速與載荷的不同而不斷地改變。n=0n0（三）徑向滑動軸承的幾何關系和承載量系數B/2B/2rReh Fzwog jj0j2aa1hmaxpmaxh0hmino11. 向心軸承的幾何關系用極坐標表示比較方便，oo1極坐標軸。軸承間隙：=D-d，=R-r, =/d=/r偏位角a，液體動壓油膜起始角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，相對偏心距2. 承載量系數Cp雷諾方程用極坐標表示：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）軸承的熱平衡計算防止軸承過熱熱平衡：發(fā)熱量=散熱量 H = H1 + H2式中：Q耗油量，由耗油量系數求出。(m3/