机械设计--15 滑动轴承

第十五章滑动轴承轴承的功用：支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度；减少转轴和支承之间的摩擦和磨损。滑动轴承的特点优点：结构简单，制造、装拆方便；具有良好的耐冲击性和吸振性能，运转平稳，旋转精度高；寿命长，可做成剖分式。缺点：维护复杂；对润滑条件要求高；边界润滑轴承的摩擦损耗较大。应用：1高速、高精度、重载、结构上要求剖分的场合。（航空发电机附件、仪表、雷达）2低速、有冲击、恶劣环境中的机器。(如水泥搅拌机，破碎机)15.1摩擦状态在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发生相对滑动，或有相对滑动的趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑动的阻力，这一自然现象称作摩擦，这时所产生的阻力叫作摩擦阻力。摩擦的分类1、内摩擦：发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的摩擦；2、外摩擦：当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑动的趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对滑动的摩擦。根据表面润滑的情况，摩擦状态分：干摩擦；边界摩擦；液体摩擦；混合摩擦。干摩擦干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。此时，摩擦系数最大，f0.3，必有大量的摩擦功损耗和严重的磨损，在滑动轴承中表现为强烈的升温，甚至把轴瓦烧毁。在滑动轴承中不允许出现干摩擦。边界摩擦两摩擦面间加入润滑油后，在金属表面之间会形成一层边界油膜，它可能是物理吸附膜，也可能是化学反应膜。边界油膜很薄（厚度小于1μm），不足以将两金属表面分隔开来，在相互运动时两金属表面微观的凸峰部分仍将相互接触，这种状态叫边界摩擦（f=0.1~0.3）液体摩擦两摩擦表面被流体（液体或气体）完全隔开，没有金属表面间的摩擦，只有流体之间的摩擦，叫液体摩擦（流体润滑），它属于内摩擦。流体摩擦（流体润滑）摩擦系数最小f=0.001～0.01不会发生金属表面的磨损，是理想的摩擦状态。但实现流体摩擦（流体润滑）必须具备一定的条件。混合摩擦两摩擦面间同时存在干摩擦、边界摩擦和流体摩擦的现象称混合摩擦。滑动轴承摩擦特性曲线式中：η·v/p为摩擦特性系数,η为润滑剂的动力黏度,v为转速,p为压强。15.2滑动轴承的结构型式按所受载荷的方向分为：径向(向心)滑动轴承----承受径向载荷；推力滑动轴承----承受轴向载荷。15.2.1径向滑动轴承1、整体式径向滑动轴承由轴承座1和轴承套（轴瓦）2组成。轴承套（轴瓦）压装在轴承座中。轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有安装注油油杯的螺纹孔。这种轴承结构简单、成本低、但磨损后间隙过大时无法调整，且轴颈只能从端部装入。用于低速、轻载及间歇工作的轴承１２整体式径向滑动轴承2、剖分式径向滑动轴承由轴承盖1、轴承座2、剖分轴瓦3和联接螺栓4等组成。根据所受载荷的方向，剖分面应尽量取在垂直于载荷的直径平面内，通常为180°剖分。该滑动轴承在轴承盖与轴承座的中分面上做出阶梯形的榫口，以便对中。拆装轴时，轴颈不需要轴向移动，拆装方便。适当增减轴瓦剖分面间的调整垫片，可调节轴颈与轴承间的间隙。15.2.2推力滑动轴承图13-12固定瓦推力轴承推力滑动轴承用来承受轴向载荷15.3轴瓦和轴承衬材料15.3.1轴瓦材料1、对轴瓦材料的要求1）轴瓦材料要有足够的机械强度和可塑性；2）导热性好，热膨胀系数小；3）耐磨，耐蚀，抗胶合能力强；4）要求摩擦系数小等。常见的是用两层不同金属做成的轴瓦。常用浇铸和压合的方法。轴承衬：粘附在轴瓦基体上的薄层材料称为轴承衬。2、常见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。（1）铸铁：轻载、低速轴承的轴瓦材料（2）轴承合金（白金或巴氏合金）轴承合金的减磨、耐磨性好，抗胶合性好，嵌藏性好，是最好的轴瓦或轴承衬材料。但价格贵。（3）青铜强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。可在较高温度下工作，但可塑性差，不易跑合。（4）其他材料用粉末冶金法制成的轴承，具有多孔性组织，孔隙内可以贮存润滑油---含油轴承。非金属材料：石墨、橡胶、塑料、尼龙等。15.3.2轴瓦结构轴承衬与瓦背的结合形式整体式轴瓦轴瓦在轴承座中应可靠固定，轴瓦形状和结构尺寸应保证润滑良好，散热容易，并有一定的强度和刚度，装拆方便。剖分式轴瓦为了向摩擦表面输送和分布润滑剂，在轴瓦内表面开有油沟。注意：轴向油沟不得在轴承的全长上开通，以免润滑剂流失过多。液体摩擦轴承的油沟应开在非承载区，周向油沟应开在轴承的两端，以免影响承载能力。对某些承载较大的轴承，为使润滑油沿轴向能较均匀的分布，在轴瓦内开有油室。15.4润滑剂和润滑装置一、润滑剂•作用：润滑剂可以降低摩擦功耗，减少磨损，提高效率，延长机体寿命，同时还有冷却、防腐、吸振、密封等作用。•分类：气体、液体、半固体、固体。1、润滑油润滑油分三类：a、有机油，通常是动、植物油（硬脂酸）；b、矿物油，主要是石油产品；c、化学合成油。润滑油的主要理化性能指标润滑油最重要的物理性能是粘度，也是选择润滑油的主要依据。粘度：表示流体抵抗变形的能力，它表征油层间内摩擦阻力的大小。根据牛顿的粘性流体摩擦定律，在流体中任意点处的剪应力均与其剪切率（或速度梯度）成正比:是油层中任一点的速度;是该点的速度梯度；是比例系数，即液体的动力粘度，简称粘度。动力粘度的单位是N•s/m²(即Pa•s)“帕秒”dudyududy粘度的三种表示方法动力粘度运动粘度条件粘度*动力粘度（绝对粘度）定义：若相距1ｍ，面积各为1平方米的两层平行液体之间，产生1m/s的相对移动速度时，所需施加的力为1N，则这种液体的动力粘度为1Pa·s，即：211/PasNsm运动粘度用液体的动力粘度η与同温度下该液体的密度ρ的比值（η/ρ）表示的粘度，称为运动粘度：ρ同温度下该液体的密度；单位是cm²/s，叫做“斯”，常用St表示。我国规定以润滑油在40℃时的运动粘度的平均值（单位mm2／s，厘斯，用cSt表示）作为油的牌号。1St=100cSt/条件粘度：在一定的条件下，利用某些规格的粘度剂，测量润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的粘度单位。如恩氏粘度(°Et)，即当200mL的油，在规定的恒温t时流过恩氏粘度计所需的时间与同体积蒸馏水在20℃时流过粘度计的时间之比。影响润滑油粘度的主要因素：A温度：一般温度越高，粘度越小；B压力：压力增大，粘度增大。C油性：润滑油在金属表面上的吸附能力。油性好的润滑油，其油膜吸附力大且不易破裂。D极压性能：涂在相互接触的金属表面间的润滑剂所形成的反应膜，能承受来自轴向与径向的负荷。把反应膜所具有的承受负荷的特性就称做润滑剂的极压性能。此外：闪点、凝点、燃点、水溶性酸或碱、酸值和酸度、氧化安定性也是润滑油的评定指标。2、润滑脂润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成的润滑剂。有：钙基润滑脂；钠基润滑脂；锂基润滑脂；铝基润滑脂润滑脂的主要性质指标：锥入度：指一个质量为150g的标准锥体，在25℃恒温下，由润滑脂表面经5s后刺入润滑脂的深度（以0.1mm计）。它表明润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。锥入度越小，表明承载能力越强，但摩擦阻力也越大。滴点：标志润滑脂耐高温的能力；氧化安定性：指润滑脂抗空气氧化的能力。3、固体润滑剂有：无机化合物、有机化合物、金属以及金属化合物等。如石磨、二硫化钼、聚氟乙烯树脂等。用途：不宜使用润滑油和润滑脂的场合。如：高温、高压、极低温、真空、强辐射、不允许污染、及无法给油的场合。４、气体润滑剂空气、氢气、氩气等。用于高速轴承的润滑、原子能工业、怕污染的食品工业等。二、润滑装置（一）油润滑的润滑方法有：间歇供油润滑和连续供油润滑两种；（二）脂润滑只能间歇供给。（一）油润滑间歇供油润滑有：手工油壶注油和油杯注油供油。这种润滑方法只适用于低速不重要的轴承或间歇工作的轴承。连续供油润滑应用于重要轴承。连续供油润滑方法及装置针阀式油杯（1）油杯滴油润滑油芯式油杯手柄螺母针杆滤油网簧片观察孔棉线盖弹簧油杯体铝管（2）浸油润滑（3）飞溅润滑（4）压力循环润滑（二）脂润滑旋盖油杯压注油杯润滑脂只能间歇供给15.5非液体摩擦滑动轴承的计算维持边界油膜不遭破裂，是非液体摩擦滑动轴承的设计依据。实践证明，若压强，压强与轴径线速度的乘积，那么轴承是能够很好地工作的(间接的、条件性的计算方法)。一、向心轴承的计算1验算压强p值][.pdLFprL-----轴瓦宽度；d-----轴径直径；Fr----轴承径向载荷。pppvpv2轴承的pv值pv值与摩擦功率损耗成正比，它简略地表征轴承的发热因素。3验算速度v各许用值查表15-1][100060..nd][100060...100060.....pLnFdLndFprr二、推力滑动轴承的计算1验算压强k—由于止推面上有油沟使止推的面积减小的系数Z---轴环数][).(4202pkddZFpa2验算pvm值][mmpp100060..ndmmυm——环形推力面的平均线速度m/sdm——环形推力面的平均直径（mm)20dddm对于多环推力轴承，由于制造和装配误差使各支承面上所受的载荷不相等，故[p]和[pv]应减小20%-40%。15.6动压润滑的基本原理借助相对运动在轴承间隙中形成的压力油膜称为动压油膜。图15.6-1动压油膜承载机理一、分析两平行板的情况板B静止，板A以速度v向左运动，板间充满润滑油。1、当板上无载荷时，板间液体各流层的速度呈三角形分布，流进油量等于流出油量，板间油量保持不变，板A不会下沉；2、当A板上有载荷时，板间润滑油向两侧挤出，板A逐渐下沉与板B接触，板间不能形成压力油膜；二、板A与板B不平行的情况其间隙沿运动方向由大到小成楔形，且A板上承受载荷。当板A运动时，由于液体不可压缩，润滑油在间隙内“拥挤”而形成压力，迫使进口端的速度曲线向外凹，出口端的速度曲线向外凸，有可能使流进油量等于流出油量，间隙内形成的液体压力将与外载荷平衡，形成动压油膜。其间必有一截面b-b上的油速呈三角形分布。形成动压油膜的必要条件1)两工作表面间必须有楔形间隙；2)两工作表面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体；3)两工作表面间必须有相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。4）对于一定的载荷，必须使速度、粘度和间隙等匹配恰当。一向心滑动轴承中动压油膜形成的过程a)n=0b)启动c)形成油膜d)n»0e)n=∞动压轴承的承载能力与轴径的转速、润滑油的粘度、轴承的长径比、楔形间隙尺寸等有关。为了获得液体摩擦，必须保证一定的油膜厚度。二液体动压润滑的基本方程基本假设:1)z向无限长，润滑油在z向没有流动；2)压力p不随y值的大小而变化，即同一油膜截面上压力为常数(由于油膜很薄，故这样假设是合理的)；3）润滑油粘度η不随压力而变化，并且忽略油层的重力和惯性；4）润滑油处于层流状态。根据平衡条件，X轴向得：整理，得：因为:所以：0pdydzddxdzpdpdydzdxdzdyddxdpdydu22dyuddxdp将上式对y积分:式中：C1，C2为积分常数，可由边界条件确定。1）当y=0时u=-v,所以：C2=-v2）当y=h时u=0,所以：带入原式：根据流体的连续性原理，流过不同截面的流量应该是相等的。21221CyCydxdpuhhdxdpc211hhyhyydxdpu)(212任意截面的流量：特定截面（图15.6-1c,b-b截面,此处速度呈三角形分布）的流量：由两个截面的流量相等，得：此式为液体动压润滑基本方程，称为一维雷诺方程hxhhdxdpudyq032121021hqx306hhhvdxdp分析：1、在油膜入口处，油压与大气压或供油压力相等；2、当hh0时，dp/dx0，即随x的增加，油膜压力逐渐增加；3、在h=