滑動軸承(第17章)2

機械設計

第1７章滑動軸承1§17-1概述§17-2滑動軸承的主要類型§17-3滑動軸承的材料§17-4潤滑材料和潤滑方法§17-5滑動軸承的條件性計算§17-7液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算§17-8其它形式滑動軸承簡介第十七章滑動軸承§17-6流體動壓潤滑方程式2滑動軸承滾動軸承3§17-1滑動軸承概述軸承的作用是支承軸。二、分類按潤滑狀態(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2、根據(jù)承載方向分徑向軸承推力軸承4滑動軸承概述2三、滑動軸承的特點１．高速、高精度、重載的場合；如汽輪發(fā)電機、機床等。２．極大型的、極微型的、極簡單的場合；如自動化辦公設備等。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：啟動阻力大，潤滑、維護較滾動軸承復雜。5§17-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)一、徑向滑動軸承的結(jié)構(gòu)１．整體式徑向滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應用：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。6滑動軸承的結(jié)構(gòu)2２．剖分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)復雜。應用比較廣泛注：剖分面最好垂直于載荷方向

。73．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。8二.推力滑動軸承結(jié)構(gòu)環(huán)形軸端單止推環(huán)式多止推環(huán)式實心軸端9◆環(huán)形軸端：軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式好?！魡沃雇骗h(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?！舳嘀雇骗h(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。

10推力軸承為什么不宜采用端面實心式軸勁，而采用空心端面，或環(huán)狀軸勁？端面實心式軸勁工作時，在不同半徑處的滑動速度不同，造成磨損不同。邊緣處半徑最大，磨損最快，中心處理論上不磨損，形成壓強分布極不均勻?？招亩嗣婊颦h(huán)狀軸勁可克服端面實心式的缺點，環(huán)面的磨損均勻，壓強分布亦比較均勻。所以推力軸承不宜采用端面實心式，而采用空心端面或環(huán)狀軸勁。11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，可修復性差。便于裝拆，可修復。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6mm。12

軸瓦的固定整體式軸瓦13軸承襯整體式軸瓦

剖分式軸瓦1415軸瓦結(jié)構(gòu)：由1~3層材料制成

軸瓦內(nèi)表面結(jié)構(gòu)

16油溝與油槽的位置油槽的尺寸可查相關(guān)的手冊。軸瓦上開設油孔和油溝油孔：供應潤滑油；油溝：輸送和分布潤滑油；17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≈0.8B（軸瓦寬度），即不能開通，否則漏油。18問：滑動軸承為什么要設置軸瓦？軸承合金能否直接制成軸瓦滑動軸承裝設軸瓦的原因是：要求軸瓦常用材料（銅合金）與軸配用時減摩性好、摩擦系數(shù)小、軸瓦材料硬度低于軸勁硬度，使磨損主要發(fā)生在軸瓦上。因此，磨損報廢后，更換比更換軸的成本低，而軸承座仍可繼續(xù)使用。軸承合金包括錫銻和鉛銻軸承合金。這類材料的機械強度低，不能直接制成軸瓦，只能作為軸承襯使用。19§17.3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，導熱性、散熱性好；◆順應性：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?！裟ズ闲裕狠S瓦與軸頸表面應易于磨合，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）具有良好的適應性，主要包括：20

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21滾動軸承與滑動軸承在應用上的一些區(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，在一些特殊應用場合占有重要的地位，目前滑動軸承應用的主要場合：

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。這（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，接觸應力大，特別是在重載情況下，極高的接觸應力會使元件失效。滑動軸承是低副接觸，接觸應力小，

223.沖擊很大的軸承由于滾動軸承元件上為高副接觸，接觸應力大，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用場合載荷很大，轉(zhuǎn)速極低，同時要求設備具有極高的定位精度，（大型天文望遠鏡，大型雷達）

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)，）23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§17-4滑動軸承的潤滑干摩擦液體摩擦邊界摩擦24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；化學反應膜——潤滑劑中以原子形式存在的某些元素與金屬反應生成化合物，在金屬表面形成的薄膜。反應膜具有較高的熔點，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。25一.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力均與該處流體的速度梯度成正比。u=0Uhuxz剪切應力動力粘度速度梯度h26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。Pa·s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反應膜的性能，邊界潤滑取決于油的吸附能力。；其它：燃點、閃點、凝點、化學穩(wěn)定性;粘度↑——摩擦力↑——發(fā)熱↑27轉(zhuǎn)速高、壓力小時，油的粘度應低一些；反之，粘度應高一些。高溫時，粘度應高一些；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

?！?/p>

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?！?/p>

性能指標：

錐入度和滴點。28

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)在軸瓦表面；四.潤滑脂的

選擇原則：１）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。２）所用潤滑脂的滴點，一般應較軸承的工作溫度高約20～30℃，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；29六、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）BdF30§17-5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、磨損等設計準則：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31二.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）。Mpa·m/s32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。33三.推力滑動軸承的計算

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、d0－止推軸承環(huán)形接觸面的外徑和內(nèi)徑。3417.6流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35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：任何截面沿x方向單位寬度流量qx相等設在最大油壓Pmax處，h=h0(即時，h=h0)，此時：∴36vVxyVvV=0F

油壓p分布曲線vvh0—為油壓最大處的間隙37形成流體動力潤滑的必要條件：1.潤滑油有一定粘度；2.兩摩擦表面有一定相對滑動速度；3.兩表面形成收斂的油楔；4.充足的供油。（最小油膜厚度大于粗糙度）楔形效應3817.7液體動壓軸承的設計計算一.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RRRR39二.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4041三、承載能力和索氏數(shù)S0β—軸承包角，軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對應的角度。α1+α2—承載油膜角φ1—油膜起始角φ2—油膜終止角p=pmax處：h=h0，φ=φ0φ—從起至任意膜厚處的油膜角。4243當B=∞，即無限寬軸承時，油沿軸向無流動轉(zhuǎn)換為極坐標：得：44積分一次得任意φ處的油膜壓力pφ：在φ1至φ2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：S0—索氏數(shù)，無量綱45S—安全系數(shù)，考慮表面形狀不準確和零件變形，S≥2

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、軸瓦表面微觀不平度的十點高度，46五.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：μ－摩擦因數(shù)；cp－潤滑油的比定壓熱容，一般為1680～2100J/(kg.K)qv－潤滑油的體積流量（m3/s），

ab－軸承的表明傳熱系數(shù)Δt－出油平均溫度t2與進油溫度t1之差（℃）；ρ－潤滑油的密度，一般為850～900（kg／m3）。47液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算6其中：

Cq－流量系數(shù)，與B/d

和ε

有關(guān)。Cμ－摩擦特性系數(shù)，與B/d

和ε

有關(guān)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=35～45℃。平均溫度：48六、參數(shù)選擇1、寬徑比B/dB/d↑—端泄量↓，承載能力↑，軸承剛度↑，Δt↑，η↓B/d↓—端泄量↑，承載能力↓，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性↑493、油粘度ηη↑—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↓↓，ε↓，軸頸運動易失穩(wěn)2、相對間隙