XXXX年度机械设计第12章滑动轴承

第四篇轴系零、部件轴承的功用:1.用来支承轴及轴上的零件，并保证轴的旋转精度。2.减少轴与支承面间的摩擦与磨损。１.（轴承的反力与轴中心线的位置）：径向轴承（轴承的支承反力与轴中心线垂直）；推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线重合）；向心推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线有一夹角）２.按摩擦性质分：滑动摩擦轴承；滚动摩擦轴承。分类：轴承离合器、联轴器轴第十二章滑动轴承基本要求：1.掌握滑动轴承的结构和材料；2.掌握非液体润滑滑动轴承的设计计算；3.了解液体润滑工作原理；4.掌握雷诺方程及其求解结果分析；5.掌握轴承参数对轴承静动特性的影响；6.理解轴承的设计步骤。由于结构与制造的原因，一般说来：滚动轴承摩阻小、起动灵敏；标准化程度高，质优价廉；便于使用与维护；故广泛应用于一般尺寸、中速、中载等一般工作条件下和运动机械中。但是，在下列情况：①载荷特重,如水轮发电机；②承受巨大冲击载荷和振动载荷如轧钢机；③回转精度要求特高；④转速特大,如汽轮发电机；⑤尺寸很大或很小；⑥结构上要求轴承剖分时；⑦特殊工作条件下（如水、腐蚀介质中）。滑动轴承更有优势。一.滑动轴承的特点及其应用场合§12-1概述按承载分按摩擦状态分向心滑动轴承(径向轴承)推力滑动轴承(止推轴承)液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承动压轴承静压轴承二.类型§12-2径向滑动轴承的的主要结构一.整体式径向滑动轴承整体式结构简单安装困难间隙不可调二.对开式径向滑动轴承剖分轴瓦：结构较繁、间隙可调、广泛采用榫口结构上可作成水平剖分、倾斜剖分、可调心的以适合不同的用途。轴套是整体的，而轴瓦是分片的。还可以通过增减剖分面上的调整垫片的厚度来调整间隙。剖分式轴瓦三、推力滑动轴承由轴承座和推力轴颈组成;空心式，单环式，多环式1空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。FaFaFaFa空心式单环式多环式一.滑动轴承的失效形式1.磨粒磨损:硬颗粒进入轴承间隙或嵌入轴承表面(研磨作用），沿旋转方向出现细微磨痕。2.刮伤：轴承间隙中的硬颗粒或表面粗糙的轮廓峰顶，在轴瓦上划出线状伤痕。3.胶合（粘着磨损）：高温和过载使得材料发生粘附和迁移；出现粘附-撕脱-粘附，恶性循环。§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料5.腐蚀（化学磨损）：润滑剂在使用中不断氧化，生成酸性物质…；氧对巴氏合金的腐蚀，硫对含银或铜轴承材料的腐蚀、润滑油中的水分对铜铅合金的腐蚀，形成凹坑，影响油膜建立，凹坑容易形成疲劳源。4.疲劳剥落（疲劳磨损）：在载荷反复作用下，产生与滑动方向垂直的不规则疲劳裂纹。磨粒磨损咬粘（胶合）疲劳剥落腐蚀气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损1.对轴承材料的要求基本要求耐磨性磨损少减摩性摩擦系数小其他要求：抗胶合性耐腐蚀性强度顺应性、嵌入性、跑合性导热性工艺性经济性2.常用材料轴承合金(巴氏合金)锡基铅基锑锡、铜锡金属硬晶粒锡基体或铅基体综合性能好机械强度较低价昂轴承合金浇铸在钢或铸铁的轴瓦基体上轴瓦和轴承衬材料统称为轴承材料。二.轴瓦及轴承衬材料应用于重载，中高速场合，作为轴承衬材料轻载、低速的轴瓦材料锡青铜中速、中载或重载铝青铜低速重载铅青铜高速重载铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成多孔质结构，能存油具有自润滑作用，用于载荷平稳、无冲击载荷、中低速和加油不便的场合。石墨、塑料、橡胶、尼龙等摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大铸铁铜合金粉末冶金（含油轴承）非金属材料强度高，承载能力大，耐磨性和导热性优于轴承合金。但其可塑性、嵌入性差，不易跑合，与之相配的轴颈须淬硬。常用轴瓦及轴承材料的性能见P276表12-2pvvp双金属轴瓦，三金属轴瓦，厚瓦，薄瓦。§12-4轴瓦结构一.轴瓦的形式和构造：结构型式：整体式剖分式整体轴套卷制轴套厚壁轴瓦薄壁轴瓦厚瓦对孔的要求低，瓦强度大；薄瓦对孔的要求高，瓦强度小；单金属轴瓦：结构简单，制造成本低双金属轴瓦：节省贵重金属轴瓦内表面结构为使轴承合金与轴瓦贴附得好,常在轴瓦表面加工出各种形式的榫头、凹沟或螺纹等。双金属轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表瓦背材料轴承衬材料应用场合轴承衬厚度沟槽形状轴承合金或铅青铜用于高速重载有冲击的轴承0.01sd钢或铸铁轴承合金用于振动及冲击载荷下的轴承0.01sd铸铁轴承合金用于平稳载荷下工作的轴承0.01sd青铜轴承合金用于高速重载的重要轴承0.01sd轴承衬整体式轴套剖分式轴瓦二.轴瓦的定位及油孔、油槽•定位唇：防止轴瓦在轴承中移动、转动油孔油槽壁厚定位唇油室•油孔和油槽：将油引入轴承•油室：存油•凸缘等双轴向油槽开在轴承的剖分面上油槽的尺寸可查相关的手册油槽（沟）的位置设置（轴向油槽和周向油槽）不要开在轴承的承载区内，否则将急剧降低轴承的承载能力。双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）设置原则:油沟、油孔：不能开在油膜承载区，尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力。油槽长度≈0.8B（轴瓦宽度），即不能开通，应留有适当的封油面,否则端部容易漏油。对开式径向轴承，常把轴向油槽开在剖分面处（剖分面与载荷作用线成90度），如果轴颈双向转动，则在剖分面开双轴向油槽。0.8B双轴向油槽油封面§12-5滑动轴承润滑剂的选用润滑目的：减小摩擦，降低磨损，冷却，防锈，防尘和吸振。润滑剂分类：流体（液体为主），脂，固体。润滑油为常用。一.润滑脂的选择润滑脂：的主要指标是针入度和滴点。润滑脂是润滑油与金属皂的混合物，呈半固体形态。其稠度大，不易流失，无冷却效果，摩阻大，有缓冲、吸振作用、承载能力大，故只适合低速（）重载、难以经常供油的场合。smv/2针入度：重1.5N的锥体，于25°C恒温下5s后刺入的深度；润滑脂越稠流动性差针入度承载摩擦阻力表征润滑脂稀稠程度滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度。表征了润滑脂耐高温的能力。润滑脂工作温度一般应低于滴点2030°C润滑脂有钙基、钠基和锂基之分，一般说来：钙基抗水性好、耐热性差、价廉钠基抗水性差、耐热性好、防腐性较好锂基抗水性和耐热性好铝基抗水性好、有防锈作用、耐热性差润滑脂牌号参看P284表12-3选择原则1.压力高、速度低时，选针入度小一些的；反之…。2.轴承的工作温度应低于滴点温度约2030℃。3.钙基耐水不耐高温，工作温度低于60℃，钠基耐温不耐水，工作温度低于120℃。锂基最好（耐水且抗高温），但价格稍贵，工作温度在-20145℃。润滑油的物理和化学指标主要有：粘度、油性、凝点、闪点、酸值和残碳量等。对于大多数滑动轴承来讲，粘度是最主要的指标，也是选择轴承用油的主要依据；对混合摩擦状态的滑动轴承来讲，则油性也是很重要的指标。二.润滑油的选择1）外载大—难形成油膜—选粘度高的油2）速度高—摩擦大—选粘度低的油3）温度高—油变稀—选粘度高的油4）比压大—油易挤出—选粘度高的油润滑油选择原则石墨、MoS2、聚四氟乙烯树脂等。f小，用于特殊场合，如高温介质中、或低速重载条件下。1.水：主要用于橡胶轴承、酚醛胶布轴承的润滑。2.液态金属：汞、液态钠、锂、钾等。主要用于宇宙飞行器中的某些轴承。3.气体：只能用于特别高速轻载之处。三.固体润滑剂四.其它润滑剂§12-6不完全液体摩擦滑动轴承设计计算工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，轴承得不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦状态。一.径向滑动轴承1.限制平均压力：pMPapdBFp][是避免压力过大使边界膜破裂从而导致金属直接接触产生的剧烈磨损。对于转速很低或间歇转动的轴，只需进行这项计算。轴颈直径，mm轴承所承受的径向载荷，N轴承宽度，mm,由B/d定轴瓦材料的许用压力，见P280表12-2目的设计的最低要求:维持边界油膜不被破坏（简化的条件性计算）Fdnpv值与轴承单位面积的摩擦功耗（）成正比，因此限制值也就是限制轴承的温升，从而避免温度过高使润滑失效。对于连续运转轴承，通常都应进行这项计算。fpvpvsmMPapvBFndndBFpv/][191001000602.限制值：pv轴颈的圆周速度，m/s轴承材料的许用值，见P276表12-2pv轴颈的转速，r/min3.限制速度：v当过大，即使和值都在允许的范围内，轴承也可能很快磨损，故还必须限制滑动速度。pvpvsmvdnv/][100060见P276表12-2677899fHfHdH滑动轴承常用配合推力轴承止推面多采用环形止推面（很少用实心的），采用多环轴颈可承受较大的载荷，同时能承受双向载荷。但这种轴承必须作成沿轴线剖分的。计算内容为：MPapzddFpa][)(42122-21d1d2dd2d1d1.限制平均压强：p环的数目轴环直径，mm轴孔直径，mm二.推力轴承smddnvvm/210006021smMPapvzddnFddnzddFpvaa/][)(30000260000)(412212122--2.限制值：pv轴承材料的许用值，见P283表12-5pvp、MPapzddFpa][)(42122-d2d1d限制pv是为了防止轴承温度过高而发生胶合2）在一定条件下，利用轴颈转动把油带入摩擦表面，形成压力油膜将两摩擦表面分开。这种滑动轴承称为液体动压轴承。§12-7液体动压润滑径向滑动轴承设计计算润滑油把两个相对运动表面完全分隔开时的摩擦称为液体摩擦，由于两固体表面并不接触，因此理论上不存在磨损，摩擦阻力的大小也仅仅取决于润滑油的性质（主要是粘度）。1）输入压力油以平衡载荷，由于可在轴承未工作时就将两表面分开，故称为静压轴承。静压轴承本身价廉，但附属液压系统昂贵，故应用受限；液体动压应用要广泛得多，但应注意，由于存在起动和停车，所以液体动压轴承还是存在固体间的摩擦和磨损。实现液体润滑有两种方法：轴颈和轴瓦同心时两平行板的摩擦状况轴颈和轴瓦偏心时两倾斜板的摩擦状况层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力vy沿方向按线性变化vhqqOUTIN21vabqIN21vcdqOUT21OUTINqq润滑油不可压缩“拥挤”形成压力一.压力油膜形成的原理abcdy静止板B0移动板Avhdxdydz二.液体动压润滑的基本方程：假设：1）粘度与压力和Y值无关。2）润滑油沿Z向无流动。4）润滑油是牛顿流体。5）润滑油无质量。6）润滑油不可压缩。取截面x处的一个单元体分析，存在如下静力平衡条件：dydzdxxpp)(dxdzdyy)(dxdz0)()(--dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydzpdydz3）润滑油油性良好，与固体表面吸附牢固。y0静止板B移动板Ahbv化简后得：yxp-考虑到假设4）有：yu-于是：22yuxp带入边界条件：。，；，00uhyvuy解得：hvhxpCvC--2112，21221CyCyxpu即：xpyyhyhhvu---2)()(1.油层的速度分布xpyu122积分得：表示压力沿X方向的变化与速度沿Y轴方向的变化关系2.润滑油的流量假设：无侧漏，z方向尺寸无限大，则通过间隙高度为的任意截面上单位宽度(z方向为1)的流量为：hqhhxyhyxpyhyhvudyq03220)32(21)2(---20maxvhqmaxqqx流体是连续的(各截面的流量相等)3012122hxpvhvh-306hhhvxp-一维雷诺方程当时，p有极大值，此时，该截面的流量为：0hh0xpmaxp31212hxpvh-0hh0hhv静止板移动板bmaxp0hac