机械设计基础第15章滑动轴承

作业§15—1摩擦状态第十五章滑动轴承§15—2滑动轴承的结构型式教学目标及教学重点§15—3轴瓦及轴承衬材料§15—4润滑剂和润滑装置§15—6动压润滑的基本原理概述§15—5非液体摩擦滑动轴承计算教学目标1.知道摩擦状态及特性。2.知道滑动轴承的特点及应用场合。3.知道滑动轴承的组成结构。4.知道常用轴瓦、轴承衬材料的性能并能正确选用5.认识润滑的重要作用，对常用润滑剂及润滑装置有所了解.6.会作非液体摩擦滑动轴承工作能力计算。7.掌握液体动压润滑机理、动压形成条件。重点1.摩擦状态及特性；2.滑动轴承的构成；3.常用轴瓦、轴承衬材料的性能；4.液体动压形成条件.概述1、支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度；2、减少转轴与支承之间的摩擦与磨损。一、轴承的功用：二、轴承分类：按轴承摩擦性质:图片滑动轴承滚动轴承三、滑动轴承的特点及应用１．转速特大，如汽轮发电机。２．精度特高，如精密磨床。３．巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。４．载荷特重，如水轮发电机。５．特殊结构(剖分式轴承)，如曲轴轴承。7．在特殊条件下工作，如军舰推进器的轴承。6．尺寸特大或特小，如多辊轧钢机。一、摩擦磨损的基本知识：§15—1摩擦状态相对运动的零件，工作时都会有摩擦磨损。一般机械中因各种形式磨损而失效的零件占全部报废零件的80%。采用润滑是减少摩擦磨损的有效手段。二、摩擦状态干摩擦、边界摩擦、液体摩擦和混合摩擦。按表面润滑情况摩擦分为：滑动轴承中不允许出现干摩擦。两摩擦表面间无润滑剂，表面直接接触②干摩擦的摩擦阻力最大，f0.3，磨损最严重，零件的使用寿命最短。特点:①功率损失大，磨损严重。轴承工作时温升强烈，严重时导致轴瓦烧毁。1、干摩擦两摩擦表面间有润滑油，油膜厚度小于1m(极薄的边界油膜),不足以将两金属表面分隔开，运动时两零件尖峰部分仍直接接触。多数滑动轴承都是这种摩擦状态。2、边界摩擦特点:①边界油膜虽然不能绝对消除表面磨损，但可以起着减轻磨损的作用。②边界摩擦的摩擦系数，f0.1～0.3两摩擦表面间有充足的润滑油，并满足一定的条件时，两摩擦表面完全被润滑油分隔开，形成厚度达几十微米的压力油膜。这时只有液体之间的摩擦。重要轴承采用这种摩擦。3、液体摩擦特点：①由于两摩擦表面被油隔开而不直接接触，可以显著的减少摩擦和磨损。②摩擦系数极小（f0.001～0.01）特点:介于干摩擦、边界摩擦与液体摩擦之间，一般机器中最常见。★摩擦特性曲线(由实验得):滑动轴承的摩擦特性曲线纵坐标—摩擦系数，横坐标—轴承特性，其中:n—轴的转速；η—润滑剂的动力粘度；p—轴承的压强。4.混合摩擦（也称为非液体摩擦）随着ηn/p的不同,摩擦副分别处于边界摩擦、混合摩擦、液体摩擦状态。2、按润滑状态:向心滑动轴承—主要承受径向载荷Fr。推力滑动轴承—主要承受轴向载荷Fa。滑动轴承分类：1、按承受载荷方向：不完全液体润滑滑动轴承—混合摩擦完全液体润滑滑动轴承—液体摩擦§15—2滑动轴承的结构型式一、向心滑动轴承1、整体式向心滑动轴承特点：①结构简单、成本低②轴套磨损后，间隙无法调整③装拆不便（只能从轴端装拆）装拆演示轴承照片适用：低速、轻载或间歇性工作的机器。轴承座整体轴套螺纹孔油杯孔径向滑动轴承的典型结构2２．剖分式径向滑动轴承特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。虚拟演示对开式轴承(整体轴套)螺栓轴承盖轴承座油杯座孔螺母套管上轴瓦下轴瓦对开式轴承(剖分轴套)轴承照片目的:使中分平面垂直于或接近垂直于载荷.3、调心滑动轴承：轴瓦外表面为球面虚拟演示适用：宽径比＞1.5处载荷垂直向下或略有偏斜：——轴承中分面为水平面载荷方向有较大偏斜时：——斜开向心轴承注意:整体式轴瓦剖分式轴瓦★向心滑动轴承轴瓦结构:①类型：整体式轴瓦剖分式轴瓦轴瓦照片②轴瓦的定位目的：防止轴瓦相对轴承座产生轴向和周向相对移动。轴向定位：周向定位:凸缘轴瓦一端或两端做凸缘紧定螺钉紧定螺钉（也可做轴向定位）轴瓦圆柱销轴承座销钉（也可做轴向定位）轴瓦照片方法：③轴瓦的油孔及油槽目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。原则：☆润滑油应从油膜压力最小处输入轴承。☆油槽开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力。☆油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失。形式：按油槽走向分—沿轴向、横向、斜向等按油槽数量分—单油槽、多油槽等。单油槽双油槽轴向横向斜向大型液体润滑轴承：一般采用双油槽。为了使润滑油顺利进入轴瓦与轴径间隙，轴瓦两侧面开有油室。一侧油进入后被旋转着的轴颈带入楔形间隙中形成动压油膜，另一侧油进入后覆盖在颈上半部，起着冷却作用，最后油从轴承的两端泄出。FaFaFaFa结构：由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构有：◆空心式:轴颈接触面上压力分布较均匀。◆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。空心式单环式多环式二、推力滑动轴承轴承照片为形成动压润滑油膜止推面上开有楔形倾斜角。止推面：可以利用轴的端面，也可在轴的中段做出凸肩或装上推力圆盘。液体润滑滑动轴承：固定式推力轴承：楔形的倾角固定不变。可倾式推力轴承：轴瓦能绕一支点自由摆动，使瓦块随工况的变动而自动调节瓦面的斜率。性能优越。扇形块数一般为6～12。汽车用滑动轴承故障原因的平均比率：轴承表面磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落和腐蚀等一、滑动轴承常见失效形式：故障原因不干净润滑油不足安装误差对中不良超载比率／％38.311.115.98.16.0故障原因腐蚀制造精度低气蚀其它比率／％5.65.52.86.7详细图片§15-3轴瓦及轴承衬材料二、滑动轴承的材料◆减摩性好：材料副具有较低的摩擦系数；◆耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；◆顺应性好：材料通过表层弹塑性变形来补偿对中误差和顺应其它几何误差。材料塑性↑→顺应性好↑◆嵌藏性好：材料嵌藏污物和外来硬质微粒防止刮伤和磨损；材料软↑→嵌藏性好↑◆足够的机械强度。1、轴瓦的材料要求：◆导热性好，热膨胀系数小；轴承衬能同时满足上述要求的材料很难找到。例如：顺应性和嵌藏性良好的材料：强度较低；耐磨的材料：顺应性和嵌藏性不好。通常：是采用两层不同的金属做成轴瓦。两种金属在性能上取长补短。方法：工艺上通过浇注或压合，将薄层材料（厚度0.2~0.8mm)粘附在轴瓦基体上详细图片2、常用材料常用材料金属材料：青铜：轴承合金粉末冶金非金属材料——塑料、橡胶锡锑轴承合金铅锑轴承合金锡青铜、铅青铜、铝青铜铸铁1）轴承合金（又称白合金、巴氏合金）锡锑轴承合金：①摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强耐腐蚀性能好，易跑合；②常用于高速、重载的轴承；③价格较贵且高温时机械强度较差；④只能作为轴承衬材料。铅锑轴承合金：①性能与锡锑轴承合金相近，但材料较脆；②不宜承受较大的冲击载荷；③一般用于中速、中载的轴承。轴承合金组成详细说明2）青铜•锡青铜：铜与锡的合金，用于中速重载；•锡锌铅青铜：铜与锡、锌、铅合金，用于中速中载；•铝铁青铜：铜与铝、铁合金，用于低速重载；优点：强度高，承载能力大，耐磨性与导热性优于轴承合金。可在较高的温度(250℃)下工作。缺点：可塑性较差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。青铜：主要是铜分别与锡、锌、铅、铁等金属合金青铜可单独做轴瓦，也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。3）具有特殊性能的轴承材料◆粉末冶金：将不同金属粉末再加上石墨、硫、锡或铅等粉末混合后高压成型，再经过高温烧结而成的多孔性结构材料，又称陶瓷金属。使用前需在热油中浸渍几小时，使孔隙中充满润滑油，故也称含油轴承—适用于加油不方便的场合。◆铸铁或耐磨铸铁：适用于不重要的或低速轻载处。◆橡胶、塑料：特殊场合。常用材料及性能表15-1§15-4润滑剂和润滑装置一、润滑剂润滑目的：降低摩擦功耗，减少磨损，同时可冷却、吸振、防锈。润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有重大影响润滑剂分类：①液体润滑剂——润滑油（粘度）②半固体润滑剂——润滑脂（稠度和针入度）③固体润滑剂1、润滑油①粘度:表示了液体流动的内摩擦性能。或者说是流体抵抗剪切变形的能力。速度梯度：润滑油沿油层垂直方向的速度的变化率。dydu（图示简介）——油层中任一点的速度，——对应于一点的速度梯度；——比例系数，即液体的动力粘度，简称粘度。udydu—粘性流体牛顿定律层与层存在摩擦切应力：国际单位：N·S/m2（Pas）物理单位：dyn·s/cm2（P泊）动力粘度又称为绝对粘度，主要用于流体动力学计算②运动粘度：动力粘度与液体密度的比值：v国际单位：m2/s物理单位：cm2/s（St斯）或mm2/s（cSt厘斯）1St=100cSt动力粘度的量纲：力时间/长度2，工程上用：运动粘度◆随温度的升高而降低◆随压力的升高而增大当压力小于10MPa时变化极小——忽略。③粘度的影响因素几种润滑油的粘温图④润滑油选择原则：（主要考虑粘度）载荷大速度小：选粘度↑反之：选粘度↓高温时：选粘度↑反之：选粘度↓☆工业上广泛应用的矿物油，是从石油中经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏精制而成。☆国标按用途不同分有机械油、汽轮机油及齿轮油等。☆根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌号，油号越大粘度越高。常用润滑油的主要性质表15-2⑤润滑油特点：流动性良好，可形成动压、静压或边界油膜⑥适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。说明:2、润滑脂由润滑油和各种稠化剂混合稠化而成根据皂类不同有：钠基脂：耐高温；钙基脂：耐水;锂基脂：耐水、耐高温。补充说明①针入度：用质量为150g的标准圆锥体在250C的恒温1）润滑脂的主要性能指标：②滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。下，由脂表面经5秒钟后沉入脂内的深度。2）特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。3）适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。4）选择原则：①压力高和滑动速度低时：选择针入度小的品种；反之，选择针入度大一些的品种。②所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20～30℃，以免工作时润滑脂过多地流失。③在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。3、固体润滑剂①特点：可在滑动表面形成固体膜。②适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处真空中或高温中。③常用类型：二硫化钼，碳―石墨，聚四氟乙烯、二硫化钨等。④使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。二、润滑装置间歇润滑：各种润滑装置人工定时加润滑油或润滑脂连续润滑：滴油润滑、油环润滑、浸油润滑、喷油润滑。间歇润滑装置人工定时加油油杯旋盖式油脂杯连续供油润滑装置：滴油润滑——油芯油杯滴油润滑——针阀式油杯连续供油润滑装置油环润滑——常用于大型电机的滑动轴承中。连续供油润滑装置浸油润滑喷油润滑§15—5非全液体润滑滑动轴承的计算维持边界油膜不受破坏[p]dBFp一、径向滑动轴承1、限制轴承压强P目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出2、限制轴承的p、v值目的：限制pv是控制轴承温升，避免边界膜的破裂v][p19100BFn100060dnπdBFvp二、推力滑动轴承限制轴承平均压强p和pv值式中：z为轴环数；轴环的平均速度平均直径推力轴承的[p]和[pv]值由表15-1查取。例16-2试按非液体摩擦状态设计电动绞车中卷筒两端的滑动轴承。钢绳拉力W为20kN，卷筒转速为25r/min，结构尺寸如图a所示，其中轴颈直径d=60mm。解(1)求滑动轴承上的径向载荷F当钢绳绕在卷筒的边缘时，一侧滑动轴承上受力最大:(2)取宽径比B/d=1.2，(说明)则:B=1.2×60=72mm(3)验算压强pMPa(4)验算pv值轴瓦材料:选用铸锡青铜（ZCuSn5Pb5Zn5）(表15-1)其中:[p]=8MPa，[pv]=15MPa·m/s——可行润滑剂