机械设计第十二章滑动轴承

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.按轴承的反力与轴中心线的位置分：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、中载的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；②承受巨大冲击载荷和振动载荷；③回转精度要求特高；④转速特大；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。滑动轴承已标准化一.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推力滑动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.类型三.几种摩擦状态（回顾）相对运动的表面就有磨损，要改善磨损，用润滑油。按表面的润滑情况将摩擦分为：1、干摩擦：不加润滑剂时，相对运动的零件表面直接接触，这样产生的摩擦称为干摩擦(如真空中)。f=0.15～0.32、边界摩擦：两表面加入润滑油后，在金属表面会形成一层边界膜，它可能是物理吸附膜，也可能是化学反应膜。不满足流体动压形成条件，或虽有动压力，但压力较低，油膜较薄时，在载荷的作用下，边界膜互相接触，横向剪切力比较弱，这种摩擦状态称为边界摩擦。f=0.1左右，是轴承的最低要求。3、液体摩擦：当两摩擦表面被流体（液体或气体）完全隔开时，摩擦表面不会产生金属间的直接摩擦，流体分子层间的粘剪阻力就是摩擦力，这种摩擦称为流体摩擦。f=0.001~0.0084、混合摩擦：当动压润滑条件不具备，且边界膜遭破坏时，就会出现流体摩擦、边界摩擦和干摩擦同时存在的现象，这种摩擦状态称为混合摩擦。f=0.008~0.1§12-2滑动轴承的的主要结构形式一.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.剖分式径向滑动轴承剖分式：结构较繁，间隙可调，广泛采用结构上可作成水平剖分、倾斜剖分（受力方向与抛分面基本垂直，偏差15内）、可调心的以适合不同的用途。间隙可调式自动调心式三、止推滑动轴承由轴承座和推力轴颈组成d0=(0.4~0.6)d1d=d1+2SS=(0.1~0.3)d1d0=1.1d1S1=(2~3)S§12-3滑动轴承的失效型式及常用材料一.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…2.刮伤：轴承间隙中的硬颗粒和表面粗糙度的轮廓顶峰…4.疲劳剥落（疲劳磨损）：3.胶合（粘着磨损）：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，SnO2、SnO；硫对含银或铜轴承材料的腐蚀、润滑油中的水分…。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(白金或巴氏合金)锡基铅基锑、铜金属硬粒锡基体或铅基体轴瓦和轴承衬材料统称为轴承材料。二.轴瓦及轴承衬承材料锡基轴承合金，如ZSnSb11cu6、ZSnSb8cu4铅基轴承合金，如ZPbSb16Sn16cu2、ZPbSb15Sn5cu3cd2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。轴承合金(白金或巴氏合金)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，多孔性存油，用于载荷平稳、低速和加油不便场合。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。但其可塑性差，不易跑合，与之相配的轴径须淬硬。常用轴瓦及轴承材料的性能见P280表12-2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：双（三）金属轴瓦：节省贵重金属单金属轴瓦：结构简单，成本低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为了向摩擦表面间加注润滑剂,在轴承上方开设注油孔轴瓦和轴承座一般采用过盈配合结构型式：整体式剖分式二.轴瓦的结构要素•定位唇：防止轴瓦在轴承中移动•壁厚油孔油槽壁厚定位唇油室•油孔和油槽：将油引入轴承•油室（腔）：存油油槽的尺寸可查相关的手册油槽的位置：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。§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，物化稳定性差，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针入性：重1.5N的锥体，于25°C恒温下5s后刺入的深度；润滑脂越稠针入性承载摩擦阻力表征润滑脂稀稠滴点：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、耐热性差润滑脂选择参看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的2030℃。3.钙基耐水不耐温，工作温度低于75℃，钠基耐温不耐水，工作温度低于115145℃，锂基最好，但价格稍贵。工作温度低在-50100℃。润滑油的物理和化学指标主要有：粘度、粘度指数、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.润滑油的选择油性—润滑油在摩擦表面形成各种吸附膜和化学反应膜的性能。指润滑油对固体表面的吸附能力，一般来讲，润滑油中含极性分子团愈多，油性愈好。因此，动物油油性最好，植物油油性次之，矿物油油性最差。粘度—流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示。是衡量润滑油易流动性的一个指标。粘度愈大，润滑油的内摩擦阻力愈大，愈不易流动，因而承载能力愈大。•动力粘度平行板间油的层流流动贴近移动扳的油层速度vudydu贴近静止扳的油层速度0u各油层以不同速度移动u油层间剪应力与油层速度梯度成正比dydu(粘性流体粘性定律)比例常数，即动力粘度粘度有三种定量指标，即动力粘度、运动粘度和条件粘度。不完全液体润滑轴承润滑油牌号参看P285表12-4设长宽高各为1m的流体，若上下两面发生1m/s的相对滑动，所需施加的力为1N时，则该流体的粘度为1个国际单位制的动力粘度记为Pa.s2/11msNsPa•运动粘度动力粘度与同温下该流体密度的比值：动力粘度经常用于滑动轴承的分析计算中，商品油则常用运动粘度来标定。24211010/cStStms单位换算sm/2国际单位制scm/2物理单位称为St(斯)smm/2常用单位cSt(厘斯)液体动压轴承润滑油牌号参看P53表4-11）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.其它润滑剂附：润滑方式与润滑装置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。2K2K一、润滑剂二、润滑方式1、脂润滑：采用间歇式润滑，旋盖式油杯。（1）连续润滑：比较重要的轴承应当采用连续润滑方式2、油润滑：油环润滑、滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、压力循环润滑油环润滑油芯式油杯（2）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。§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算滑动轴承分液体摩擦和混合摩擦两大类，除液体静压滑动轴承外，轴承总是存在摩擦和磨损的，因此，应该针对摩擦和磨损进行设计计算，但由于影响摩擦和磨损的因素很多并且有些因素尚未搞清楚，目前采用的是简化的条件性计算。一.径向滑动轴承1.限制平均压强：pMPapdBFp][是避免压强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目的考虑到功热当量，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。pvfpvpvsmMPapvBFndndBFpv/][191001000602.限制值：pv轴颈的圆周速度，m/s轴承材料的许用值，见P280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P280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/][)(3000260000)(4122121222.限制值：pv轴承材料的许用值，见P287表12-5pvp、MPapzddFpa][)(42122d2d1d2）在一定条件下，利用轴颈转动起来后的泵油作用把油带入摩擦表面，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液体动力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；液体动压轴承应用要广泛的多，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的。实现液体摩擦有两种方法：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