机械设计9滑动轴承

第九章滑动轴承9.1概述•轴颈•轴瓦滑动轴承的基本结构一、滑动轴承的分类•按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦状态，滑动轴承可分为:液体摩擦轴承非液体摩擦轴承液体动压润滑轴承液体静压润滑轴承•按滑动轴承承受载荷的方向可分为:径向滑动轴承推力滑动轴承二、滑动轴承的特点和应用•非液体摩擦滑动轴承：结构简单，使用方便，但损耗较大。•液体摩擦轴承的特点有（与滚动轴承比）：（1）在高速重载下能正常工作，寿命长；（2）精度高，液体摩擦轴承磨损小（如葛洲坝电站推力轴承最近拆卸后发现表面刀痕还在）；（3）滑动轴承可做成剖分式的，能满足特殊结构的需要；（4）液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以吸收振动，缓和冲击；（5）滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小（摩擦发生在轴瓦和轴颈表面之间，而滚动轴承的摩擦发生在套圈和滚动体之间）；（6）但起动过程不易形成油膜，摩擦阻力较大。•适宜使用在剖分结构（如发动机连杆与曲轴之间）、特高速、特低速、特重载、无法润滑等场所9.2滑动轴承的结构形式一、径向滑动轴承1.整体式径向滑动轴承•轴颈+轴瓦+轴承座•结构简单；但磨损后间隙过大时无法调整;轴颈只能从轴承端部安装和拆卸2.剖分式径向滑动轴承（剖分位置十分重要）剖分式径向滑动轴承装拆方便,还可以通过增减剖分面上的调整垫片的厚度来调整间隙。垂直载荷用倾斜载荷用二、推力滑动轴承由轴承座和推力轴颈组成d0=(0.4~0.6)dd=d1+2SS=(0.1~0.3)d1d0=1.1d1S1=(2~3)S9.3轴瓦的材料和结构•滑动轴承材料指的是轴瓦材料•滑动轴承的失效形式主要是轴瓦的胶合和磨损一、对轴瓦材料的要求（1）有足够的疲劳强度，保证足够的疲劳寿命；（2）有足够的抗压强度，防止产生塑性变形；（3）有良好的减摩性和耐磨性，提高效率、减小磨损；（4）具有较好的抗胶合性，防止粘着磨损；（5）对润滑油要有较好的吸附能力，易形成边界膜；（6）有较好的适应性和嵌藏性，容纳固体颗粒、避免划伤；（7）良好的导热性，散热好、防止烧瓦；（8）经济性、加工工艺性好。二、常用的轴瓦材料及其性质•轴瓦材料可分为三类：金属材料、粉末冶金材料和非金属材料金属材料包括轴承合金、青铜、黄铜、铝合金和铸铁（1）轴承合金：轴承合金又称白金或巴氏合金锡基轴承合金铅基轴承合金这两种轴承合金都有较好的跑合性、耐磨性和抗胶合性但轴承合金强度不高，价格很贵。在钢或铜制成的轴瓦内表面上浇注一层轴承合金，这层轴承合金称轴承衬，钢或铜制成的轴瓦基体称瓦背。（2）青铜抗胶合能力仅次于轴承合金，强度较高铸锡磷青铜：减摩、抗磨好，强度高，用于重载。铅青铜：抗疲劳、导热、高温时铅起润滑作用。铝青铜：抗冲击强、抗胶合差。（3）黄铜：滑动速度不高，综合性能不如轴承合金、青铜。（4）铝合金：强度高、导热好、价格便宜，抗胶合差、耐磨差。（5）铸铁：价格便宜，低速、轻载。（6）粉末冶金材料：含油轴承，铁-石墨、青铜-石墨（7）轴承塑料：摩擦系数小，耐冲击，导热性差。三、轴瓦结构单金属轴瓦：结构简单，成本低双金属轴瓦：节省贵重金属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整体式轴瓦轴瓦和轴承座一般采用过盈配合为了向摩擦表面间加注润滑剂,在轴承上方开设注油孔剖分式轴瓦为了向摩擦表面输送和分布润滑剂，在轴瓦内面开有油沟整体式剖分式轴瓦上的油沟油沟位置对承载能力的影响液体摩擦轴承的油沟应开在非承载区。9.4非液体摩擦轴承的计算•主要失效形式：胶合和磨损；•润滑状态：混合摩擦；•轴承的温升：限制单位面积上的摩擦功fpv；•轴承计算的目的：避免失效。一、非液体摩擦径向滑动轴承的计算1.验算压强p压强p过大可能使轴瓦产生塑性变形破坏边界膜,应保证压强不超过允许值[p],即MPa2.验算值pvpv值大表明摩擦功大,温升大,边界膜易破坏,其限制条件为:MPa·m/s3.验算速度对于跨度较大的轴m/spLdFprpvLnFLddnFpvrr100060100060vdnv100060二、非液体摩擦推力滑动轴承的计算1.验算压强pMPaK=0.85-0.952.验算pvm值pkddZFpa•4202MPa•m•s-1mmpvpv2600000dddndmmm三、非液体摩擦径向滑动轴承的配合9.5润滑剂与润滑装置一、滑动轴承用润滑剂的选择1.液体摩擦轴承用润滑油的选择(1)重载有冲击时的选择较高的粘度;(2)高速、轻载时选择较低的粘度2.非液体摩擦轴承用润滑剂的选择非液体摩擦轴承有的用润滑油,有的用润滑脂。这要用系数K来估计3Kpv当时可选用润滑脂来润滑,时则需用润滑油润滑润滑脂,润滑油选择见表9-2,9-32K2K连续润滑：比较重要的轴承应当采用连续润滑方式油芯式油杯油环润滑滴油润滑油环润滑浸油润滑飞溅润滑压力循环润滑二、润滑方式及润滑装置1、油润滑注油器针阀式油杯间歇润滑对于小型、低速或间歇运动的机器可采用间歇式润滑。2、脂润滑采用间歇式润滑，旋盖式油杯9.6液体动压形成原理及基本方程液体摩擦轴承分为:流体动压轴承流体静压轴承径向轴承推力轴承轴颈和轴承两相对运动表面间完全被一层油膜所分开一、流体动压润滑形成原理1.基本假设(1)两板间流体作层流运动；(2)两板间流体是牛顿流体，其粘度只随温度的变化而改变,忽略压力对粘度的影响，而且流体是不可压缩的；(3)与两板M、N相接触的流体层与板间无滑动出现；（4）流体的重力和流动过程中产生的惯性力可以略去；（5）由于间隙很小，压力p沿y方向大小不变；（6）平板沿Z方向无限长，所以流体沿Z方向无流动；（7）润滑油粘度服从粘性定律,忽略摩擦副变形。2.流体动压力的形成及承载原理从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析,可得22dpddxdy此式说明压力沿x方向的变化率与速度梯度沿y方向的变化率成正比。dpddxdy将ddy代入得二、流体动压基本方程对下式积分得y=o,ν=νy=h,ν=0则有22dpddxdy21221CyCyxpxpyhyhyh2流体动压力的形成和压力油膜承载原理靠运动表面带动粘性流体以足够的速度流经收敛形间隙时,流体内所产生压力叫流体动压力间隙内具有动压力的油层称为流体动压油膜形成流体动压的条件(1)流体必须流经收敛间隙,而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大；(2)流体必须有足够的速度；(3)流体必须是粘性流体。供油充分,有一定粘度二、流体动压基本方程22dpddxdy变形并积分036hhdpdxh此式称为一维流体动压基本方程，也叫一维雷诺方程将得9.7液体动压径向滑动轴承的计算一、径向滑动轴承的工作过程二、径向滑动轴承的几何参数径向滑动轴承的几何参数如下,Ddmm——直径间隙,CRrmm——半径间隙Rrmm、——分别为轴承孔和轴颈的半径，Lmm——轴承长度，/Ld——轴承长径比/Cr——相对间隙'eOOmm——偏心距，/eC——相对偏心距（偏心率）三、径向滑动轴承的承载能力和最小油膜厚度计算油膜压力分布1.承载能力轴承稳定工作时,经过运算,能够承受的外载荷(考虑轴承二端泄油)承载量系数可查表或手册,如表9-6FrClF22FC叫作轴承的承载量系数2.最小油膜厚度最小油膜厚度必须满足:min[]hm——保证液体摩擦的最小油膜厚度许用值，K——考虑表面几何形状误差、轴的弯曲变形2K和安装误差的可靠性系数，通常取min(1)(1)hCrminminhh21minZzRRKh轴瓦表面粗糙度轴颈表面粗糙度21ZZRR四、滑动轴承的热平衡计算在热平衡状态，对于非压力供油的径向滑动轴承有00risifFVcQttKAtt——润滑油的密度c——润滑油的比热sK——轴承体的散热系数A——轴承体散热面积0t——润滑油的出口温度it——润滑油的入口温度Q——润滑油的流量，Ks在50~140之间选取0,ittt令由上式可得fssQfpCpQKKccCVdLVVt=fCf式中：--轴承的摩擦特性系数VdLQCQ—轴承的耗油量系数,查表9-7或手册Cf、CQ是无量纲参数，是相对偏心距ε和长径比L/d的函数m由温升t和平均温度t可得2mttt0oC2imtttoC一般取tm=50t0=60~70ti=30~40oCoCoC？？液体摩擦系数计算设偏心距e=0,液体摩擦阻力油层面积A=πdl,有实际情况e≠0,比分析的要大;存在压力流,使速度沿油层厚度分布发生变化→引入修正ξ取决于l/d的系数,见p225dydAAFfrrCdydppdldlFFffdyd55.0pf五、耗油量和摩擦功率（1）耗油量3,/QQCLdVms（2）摩擦功率frPfFVW六、滑动轴承主要参数和选择在液体摩擦滑动轴承设计中已知条件通常是：作用在轴颈上的径向载荷，轴颈直径和轴的转数，以及轴承的工作条件等。轴承的设计计算就是选择合适的参数，使轴承的最小油膜厚度（）满足条件，使温升（）在规定的范围rFdnminht1.轴承长颈比L/d的选择2.相对间隙ψ=C/r的选择选择ψ的经验公式为30.25=0.6~1.010V按最大间隙计算最小油膜厚度按最小间隙进行热平衡计算L/d大时：轴瓦压强变小、最小油膜厚度增加、承载能力变大油流量变小、温升高，边缘易接触。推荐值选择见表9-8Ψ对最小油膜厚度、摩擦功、流量、平均温度均有影响。3.润滑油的选择及粘度的确定4.最小油膜厚度许用值的确定粘度高：油膜厚度大、承载能力大，易发热。载荷大：选高粘度油由表面不平度来确定速度高：选低粘度油5.轴承平均压强p的确定p取高有利,但受油膜最小厚度、轴瓦材料强度限制。常用的轴承合金p的推荐值见p2286.表面粗糙度与几何形状偏差的选择表面粗糙度与几何形状偏差小,承载能力强,但成本高表面粗糙度选择见表9-9,轴颈比轴瓦选择高1-2级轴颈与轴瓦圆度公差=(1/5-1/2)直径公差轴颈与轴瓦圆度公差=(1/10-1/4)直径公差9.8多油楔动压轴承简介一、多油楔滑动轴承当轴承具有一个压力区时称单油楔轴承椭圆轴承摆动瓦多油楔轴承三油楔轴承二、多油楔推力轴承根据瓦块固定与否，分为固定瓦和摆动瓦推力轴承9.9静压轴承简介