第13章滑動(dòng)軸承

第15章滑動(dòng)軸承§15-1摩擦狀態(tài)§15-2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式§15-3軸瓦及軸承襯材料§15-5非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算§15-4潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置§15-6動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理§15-8靜壓軸承與空氣軸承簡(jiǎn)介§15-7液體動(dòng)壓多油楔軸承簡(jiǎn)介湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授1）支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；2）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損分類：滾動(dòng)軸承軸承的功用：滑動(dòng)軸承應(yīng)用實(shí)例：汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)、水泥攪拌機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械常采用滑動(dòng)軸承。優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場(chǎng)合。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云1.干摩擦固體表面直接接觸，因而不用許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦§15-1摩擦狀態(tài)

功耗↑磨損↑溫度↑

燒毀軸瓦運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度<1μm的薄油膜，不足以將兩金屬表面分開(kāi)，其表面微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕，f≈0.1~0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開(kāi)，彼此不直接接觸。3.液體摩擦摩擦和磨損極輕，f≈0.001~0.01vvv湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授fηn/po在一般機(jī)器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱無(wú)量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。η-動(dòng)力粘度，p-壓強(qiáng)，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù)湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授一、向心滑動(dòng)軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。§15-2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式整體式向心滑動(dòng)軸承剖分式向心滑動(dòng)軸承榫口螺紋孔軸承座軸承軸承座軸承蓋聯(lián)接螺栓剖分軸瓦湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授薄壁軸瓦軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開(kāi)有進(jìn)油口和油溝，以利于潤(rùn)滑油均勻分布在整個(gè)軸徑上。進(jìn)油孔油溝F厚壁軸瓦整體軸套卷制軸套湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。載荷傾斜時(shí)結(jié)構(gòu)如圖大型液體滑動(dòng)軸承常設(shè)計(jì)成兩邊供油的形式，既有利于形成動(dòng)壓油膜，又起冷卻作用。45?油溝形式寬徑比B/d----軸瓦寬度與軸徑直徑之比。重要參數(shù)液體潤(rùn)滑摩擦的滑動(dòng)軸承:B/d=0.5~1非液體潤(rùn)滑摩擦的滑動(dòng)軸承:B/d=0.8~1.5Bd湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云作用：用來(lái)承受軸向載荷二、推力滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在軸的端面、軸肩或安裝圓盤(pán)做成止推面。在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量一般為6~12。——傾角固定，頂部預(yù)留平臺(tái)，類型固定式可傾式用來(lái)承受停車后的載荷。——傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行

調(diào)整，性能好。

FF巴氏合金繞此邊線自行傾斜設(shè)計(jì)：潘存云F湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授材料要求：§15-3軸瓦及軸承襯材料1）摩擦系數(shù)小；2）導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)?。?）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強(qiáng)；4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和塑性。能同時(shí)滿足這些要求的材料是難找的，但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求。工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短。軸承襯一、軸承合金（白合金、巴氏合金）1）錫銻軸承合金優(yōu)點(diǎn)：f小，抗膠合性能好、對(duì)油的吸附性強(qiáng)、耐腐蝕性好、容易跑合、是優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授2）青銅缺點(diǎn)：價(jià)格貴、機(jī)械強(qiáng)度較差；只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。工作溫度：t<120℃

由于巴式合金熔點(diǎn)低優(yōu)點(diǎn)：青銅強(qiáng)度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達(dá)250℃。缺點(diǎn)：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。青銅可以單獨(dú)制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。鋁青銅鉛青銅錫青銅

中速重載

中速中載

低速重載湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授3）具有特殊性能的軸承材料含油軸承：用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲(chǔ)潤(rùn)滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱?chǎng)合。橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動(dòng)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤(rùn)滑。常用于潛水泵、沙石清洗機(jī)、鉆機(jī)等有泥沙的場(chǎng)合。塑料軸承：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學(xué)溶液等潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大，油自動(dòng)進(jìn)入摩擦表面起到潤(rùn)滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長(zhǎng)時(shí)間。鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授表15-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號(hào)鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn5鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3[p]Mpa[pv]Mpa.m/s平穩(wěn)沖擊25202015HBS金屬型砂型最高工作溫度℃軸徑硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC150150280280280273090806560110100151581510151512湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授A在軸承中，潤(rùn)滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦特性。設(shè)計(jì)：潘存云§15-4潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置一、潤(rùn)滑劑作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類液體潤(rùn)滑劑——潤(rùn)滑油半固體潤(rùn)滑劑——潤(rùn)滑脂固體潤(rùn)滑劑1.潤(rùn)滑油在用的大部分潤(rùn)滑油為礦物油（石油）粘度——重要參數(shù)A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動(dòng)速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B(niǎo)板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：τ=ηdudy——牛頓液體流動(dòng)定律η——液體的動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度量綱：力·時(shí)間/長(zhǎng)度2單位：N·s/m2

(Pa·s)或泊：1P=1dyn

·s/cm2運(yùn)動(dòng)粘度：ν

=ηρ

單位：

m2

/

s或斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt實(shí)驗(yàn)結(jié)果：oxyydydu分析位置y處薄層的受力B我國(guó)石油產(chǎn)品是用運(yùn)動(dòng)粘度標(biāo)定的湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授表15-2常用常用潤(rùn)滑油的主要性質(zhì)名稱全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機(jī)油GB11120-89代號(hào)40℃的粘度mm2/sL-AN7

6.12~7.48

-10110凝點(diǎn)≤

C閃點(diǎn)(開(kāi)式)≥

C用于高速底負(fù)荷機(jī)械、精密機(jī)床、紡織紗錠的潤(rùn)滑和冷卻。普通機(jī)床的液壓油。用于一般滑動(dòng)軸承、齒輪、蝸輪的潤(rùn)滑用于重型機(jī)床導(dǎo)軌、礦山機(jī)械的潤(rùn)滑。用于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等高速高負(fù)荷軸承和各種小型液體潤(rùn)滑軸承L-AN10090~110

0210L-AN109.0~11.0

-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2

-10170L-AN46

41.4~50.6-10180L-AN68

61.2~74.8-10190L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃η2.潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑油的特性1）溫度t↑2）壓力p

↑選用原則1)載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；2)載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；潤(rùn)滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。優(yōu)點(diǎn)：密封簡(jiǎn)單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對(duì)速度和溫度不敏感，適用范圍廣。

η↓ 但p<10Mpa時(shí)可忽略。變化很小

η↑ 粘—溫圖L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授3.固體潤(rùn)滑劑缺點(diǎn)：摩擦損耗較大、機(jī)械效率低，不適宜高速場(chǎng)合。目前使用最多的是鈣基脂，有耐水性，常用于60℃以下的各種機(jī)械設(shè)備的軸承。聚氟乙烯樹(shù)脂用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)合：高溫、低速重載。石墨二流化鉬（MoS2）——性能穩(wěn)定、t>350℃才開(kāi)始氧化，可在水中工作。——摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣(-60~300℃)，但遇水性能下降。——摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式：1.調(diào)和在潤(rùn)滑油中；2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云二、潤(rùn)滑裝置1.油杯旋蓋式油杯脂用壓注式油杯彈簧蓋油杯設(shè)計(jì)：潘存云針閥式油杯湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云2.油環(huán)湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授一、向心軸承在油、脂中加入少量石墨或二流化鉬粉末，形成邊界油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。1.軸承的壓強(qiáng)pF——徑向載荷，B——軸瓦寬度，d——軸徑，[p]——許用壓強(qiáng)?！?5-5非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算限制軸承壓強(qiáng)p，以保證潤(rùn)滑油不被過(guò)大的壓力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)生過(guò)渡的磨損。p=≤[p]FBd表15-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號(hào)鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn5鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3[p]Mpa[pv]Mpa.m/s平穩(wěn)沖擊25202015HBS金屬型砂型最高工作溫度℃軸徑硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC150150280280280273090806560110100151581510151512湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授2.軸承的pv值

壓強(qiáng)限制p以保證潤(rùn)滑劑不被擠出n——轉(zhuǎn)速，[pv]——許用值。

pv=

·

FBdπdn60×1000≤[pv]pv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素，pv越大，溫升越高，越容易引起油膜的破裂二、推力軸承z——軸環(huán)數(shù),

pvm=[pv]≤[p]考慮承載的不均勻性，

[p]、[pv]應(yīng)降低20~40%Fd1d2Fd1d2湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成和原理和條件§15-6動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理FFF設(shè)計(jì)：潘存云F先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無(wú)載荷時(shí)，液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。兩平形板之間不能形成壓力油膜！

v

vvh1aah2cc如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷，當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)下沉。這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過(guò)渡到凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。動(dòng)壓油膜——因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。vvvh0bbF湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云F形成動(dòng)壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)芳方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來(lái)?！?/p>

Fy=F∑

Fx

≠0∑

Fy=F∑

Fx

=0向心軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：靜止

爬升

將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高

質(zhì)心左移

穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速e——偏心距設(shè)計(jì)：潘存云e湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授B二、流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程假設(shè)條件：1.Z向無(wú)限長(zhǎng)，潤(rùn)滑油在Z向沒(méi)有流動(dòng)；2.壓力p

不隨y值的大小而變化；3.潤(rùn)滑油粘度

η不隨壓力而變化；4.潤(rùn)滑油處于層流狀態(tài)。取微單元進(jìn)行受力分析:ττ+dτp+dppAxzypdydz+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz

–τdxdz=0=dτdydxdpdyduτ=η整理后得又有=ηdxdpd2udy2得任意一點(diǎn)的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點(diǎn)y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。對(duì)y積分得u=y2+C1y+C2

2η1dxdp邊界條件當(dāng)y=0時(shí)，u=-v

C2=-v當(dāng)y=h時(shí)，u=0

C1=h+2η1dxdphv湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云vvFaaccxzy代入得u=(y2-

hy)+2η1dxdpvhy-h任意截面內(nèi)的流量依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過(guò)不同截面的流量是相等的b-b截面內(nèi)的流量該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0負(fù)號(hào)表示流速的方向與x方向相反，因流經(jīng)兩個(gè)截面的流量相等，故有：=6ηvdxdph0-hh3得——一維雷諾方程由上式可得壓力分布曲線p=f(x)在b-b處h=h0，p=pmax速度梯度du/dy呈線性分布，其余位置呈非線性分布。流量相等，陰影面積相等。液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動(dòng)力粘度、相對(duì)滑動(dòng)速度及油膜厚度h之間的關(guān)系。pmaxxph0bb湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ωω§15-7液體動(dòng)壓多油楔軸承簡(jiǎn)介將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個(gè)動(dòng)壓油膜，提高軸承的工作穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)精度。一、橢圓軸承特點(diǎn)：形成兩個(gè)動(dòng)壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加大、供油量增大、承載能力降低。矢量之合二、三油楔軸承特點(diǎn)：形成三個(gè)動(dòng)壓油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。摩擦損耗加大、承載能力降低，制造困難。ω固定式可傾式FO1O3O2FO1O2制造時(shí)兩半之間加墊片，鏜出圓孔，使用時(shí)拆去墊片即可。設(shè)計(jì)：潘存云ω湖南科技大學(xué)專用