第四篇轴系零部件

第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件•第十二章滑动轴承•第十三章滚动轴承•第十四章联轴器和离合器•第十五章轴第四篇轴系零、部件机械设计第十二章滑动轴承§12-1概述§12-2滑动轴承的主要结构形式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-5滑动轴承润滑剂的选用§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其他形式滑动轴承简介第四篇轴系零、部件机械设计要求：（1）了解推导一维雷诺方程的假定条件及建立油膜微单元体的力平衡关系的过程。（2）掌握一维雷诺方程的常用形式。（3）熟练掌握动压油膜的承载机理及建立动压油膜的必要条件。（4）了解单油楔向心轴承的工作状况。（5）掌握单油楔向心轴承的主要几何参数。（6）掌握单油楔向心轴承的承载能力的计算。要求记住轴承承载量系数公式，会利用有关图表进行相应的计算。（7）了解向心滑动轴承热平衡计算的意义及热平衡计算的一般步骤。（8）了解向心滑动轴承主要参数的选择原则。（9）掌握非液体润滑滑动轴承的校核计算。（10）了解滑动轴承的结构型式。（11）了解滑动轴承材料的选用原则；常用滑动轴承材料的主要性能和特点。（12）了解轴瓦的结构。第四篇轴系零、部件机械设计§12-1概述滚动轴承优点：1）摩擦系数小，起动阻力小，有利于在负载下起动；2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）；3）轴向尺寸小，结构紧凑；4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器组合结构简单；5）润滑方便、简单、易于密封和维护；6）不需要用有色金属；7）标准化程度高，成批生产，成本较低。根据轴承工作的摩擦性质分滑动轴承滚动轴承第四篇轴系零、部件机械设计滚动轴承缺点：1）承受冲击载荷能力差；2）高速重载寿命较低；3）高速时噪音、振动较大；4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）；5）不宜在水或腐蚀性介质中工作。第四篇轴系零、部件机械设计•滑动轴承分类按承受载荷的方向径向轴承止推轴承根据滑动表面间润滑状态分为液体润滑轴承不完全液体润滑轴承自润滑轴承根据液体润滑承载机理分为液体动力润滑轴承液体静压润滑轴承第四篇轴系零、部件机械设计滑动轴承设计包括：1）轴承的形式和结构设计；2）轴瓦的结构和材料选择；3）轴承结构参数的确定；4）润滑剂的选择和供应；5）轴承的工作能力及热平衡计算。第四篇轴系零、部件机械设计（一）整体式径向滑动轴承最常用的轴承座材料为铸铁。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。特点：结构简单，成本低廉。缺点：因磨损而造成的间隙无法调整。只能从沿轴向装入或拆出。§12-2滑动轴承的主要结构形式油杯孔螺纹孔轴承座第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件机械设计（二）对开式径向滑动轴承由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦（轴承衬）、双头螺柱等组成。特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。宽径比（B/d）：轴承宽度与轴径直径之比。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)第四篇轴系零、部件机械设计（一）滑动轴承的失效形式1.磨粒磨损2.刮伤3.胶合4.疲劳剥落5.腐蚀图片1、2、3、4、5§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料第四篇轴系零、部件机械设计（二）轴承材料轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。要求：1.良好的减磨性、耐磨性和抗胶合性2.良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。3.足够的强度和抗腐蚀能力4.良好的导热性、工艺性、经济性等常用的轴承材料分三类：1）金属材料2）多孔质金属材料（具有自润滑性能）3）非金属材料第四篇轴系零、部件机械设计1.轴承合金轴承合金(巴氏合金或白合金)：嵌入性与顺应性最好，磨合性良好，但强度低只作为轴承衬使用。性能好，用于重载、中高速场合、价格较高。锡基轴承合金、铝基轴承合金表12-22.铜合金锡青铜、铅青铜、铝青铜青铜：黄铜铜合金有较高的强度、较好的减摩性和耐磨性，青铜比黄铜好。其中锡青铜减摩性和耐磨性最好，但锡青铜嵌入性、顺应性、磨合性比轴承合金差，用于重载及中速场合，价格较贵；铅青铜抗粘附能力强，用于重载及高速场合；铝青铜的强度与硬度较高，抗粘附能力差，用于重载及低速场合。应用广泛第四篇轴系零、部件机械设计5．粉末冶金材料（多孔金属材料）烧结而成6．非金属材料（塑料、橡胶、碳-石墨、木材等）铁粉+石墨铜粉+石墨含油轴承：使用前浸油3.铝基合金（略）4.灰铸铁、耐磨铸铁（略）第四篇轴系零、部件机械设计多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦多材料、对开式厚壁铸造轴瓦单材料、整体式厚壁铸造轴瓦轴承衬：在轴瓦的内表面上浇铸或轧制一层轴承合金。（一）轴瓦的形式和构造常用的轴瓦有整体式和对开式§12-4轴瓦结构第四篇轴系零、部件机械设计薄壁轴瓦轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。进油孔油沟F厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件机械设计轴瓦的固定（二）轴瓦的定位第四篇轴系零、部件机械设计（三）油孔及油槽油孔：用来供应润滑油。油槽：用来输送和分布润滑油。原则：润滑油应该自油膜压力最小的地方输入轴承。油槽不应该开在油膜承载区内，否则会降低油膜的承载能力。轴向油槽应较轴承宽度稍短，以免油从油槽端部大量流失。形式：按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。按油槽数量分——单油槽、多油槽等。单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）F双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）第四篇轴系零、部件机械设计非承载区承载区油沟与油槽的位置：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第四篇轴系零、部件机械设计第四篇轴系零、部件机械设计§12-5滑动轴承润滑剂的选用目的：减小摩擦功耗，降低磨损率，同时还可起冷却、防尘、防锈以及吸振等作用。（一）润滑脂及其选择选用原则：见P284轴径速度小于1m/s-2m/s的轴承可以采用脂润滑。第四篇轴系零、部件机械设计（二）润滑油及其选择粘度越大，承载能力越大。选择原则：主要考虑润滑油的粘度。转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。（三）固体润滑剂二硫化钼第四篇轴系零、部件机械设计不完全液体润滑：采用润滑脂、油绳或滴油润滑的径向滑动轴承，由于轴承中得不到足够的润滑剂，轴承只能在混合摩擦润滑状态下运转。A．失效形式:边界油膜破裂，引起过度磨损（胶合）B．设计准则:耐磨性条件（边界油膜不破裂）由于这类轴承的承载能力不仅与边界膜的强度及破裂温度有关，而且与轴承的材料、轴颈及轴承表面粗糙度、润滑油的供给量等因素有密切的关系，因此在工程上常以维持边界膜不遭破坏为最低设计要求，采用简化的条件性计算方法，该方法只适用与一般对工作可靠性要求不高的低速、重载或间隙工作的滑动轴承。§12-6不完全液体润滑滑动轴承的设计计算第四篇轴系零、部件机械设计（一）径向滑动轴承的计算1.验算轴承的平均压力p(MPa)为了不产生过度磨损][pdBFpB—轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）[p]—轴瓦材料的许用压力，MPa。2.验算轴承的pv值控制温升、防止胶合3.验算滑动速度v为了不产生过度磨损][100060vndv轴承的发热量与单位面积上表征摩擦功耗的upv成正比，故限制pv值也就限制轴承的温升。][19100100060pvBFndnBdFpv第四篇轴系零、部件机械设计例1'：设某蜗杆减速器的蜗轮轴两端采用混合摩擦润滑径向滑动轴承支撑。已知：蜗杆转速n=60r/min，轴材料为45钢，轴径直径d=80mm，轴承宽度B=80mm，轴承载荷F=80000N，轴瓦材料为锡青铜ZCuSnP1([p]=15MPa，[v]=10m/s，[p.v]=15Mpa·m/s)，试校核此向心滑动轴承。第四篇轴系零、部件机械设计作业：1补1'有一采用混合摩擦润滑径向滑动轴承。已知：轴径直径d=60mm，轴承宽度B=60mm，轴瓦材料为铝青铜ZCuAl10Fe3([p]=15MPa，[v]=4m/s，[p.v]=12Mpa·m/s)，试求：（1）当载荷F=36000N，转速n=150r/min时，此轴承是否满足液体润滑轴承使用条件？（2）轴允许的最大转速n？（3）当轴的转速n=900r/min时，允许的载荷Fmax为多少？（4）当载荷F=36000N，轴的允许转速nmax为多少？第四篇轴系零、部件机械设计摩擦种类：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦。流体摩擦：用润滑油把摩擦表面完全分隔开时的摩擦。流体润滑主要有：流体动力润滑、弹性流体动力润滑、流体静力润滑。流体动力润滑→液体动压轴承流体静力润滑→液体静压轴承§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算第四篇轴系零、部件机械设计（一）流体动力润滑的基本方程假设：1）流体为牛顿液体；（粘度不随切变应力变化而变化的流体称为牛顿液体，粘度随切变应力变化而变化的流体称为非牛顿液体。）2）流体膜中流体的流动是层流；3）忽略压力对流体粘度的影响；4）略去惯性力及重力的影响；5）认为流体不可压缩；6)流体膜中的压力沿膜厚方向是不变的。动压润滑的形成和原理和条件FFFF先分析平行板的情况。板B静止，板A以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时，液体各层的速度呈三角形分布，近油量与出油量相等，板A不会下沉。但若板A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐下沉，直到与B板接触。两平形板之间不能形成压力油膜！vvvh1aah2cc如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板A有载荷，当板A运动时，两端速度若成虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。动压油膜----因运动而产生的压力油膜。vvvh0bbF第四篇轴系零、部件机械设计油压的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度和油膜厚度的变化有关。流体动力润滑形成的必要条件：1）楔形空间；2）相对运动（保证流体由大口进入）；3）润滑油必须有一定的粘度，且供油要充分。雷诺方程：306hhhvxp动压演示第四篇轴系零、部件机械设计（二)径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程1）轴的起动阶段2）不稳定润滑阶段3）液体动力润滑运行阶段第四篇轴系零、部件机械设计F∑Fy=F∑Fx≠0∑Fy=F∑Fx=0向心轴承动压油膜的形成过程：静止→爬升→将轴起抬转速继续升高→质心左移→稳定运转达到工作转速e----偏心距e第四篇轴系零、部件机械设计a)静止b)启动c)稳定运转注意转向与轴颈在轴承中的位置关系第四篇轴系零、部件机械设计（三）径向滑动轴承的主要几何关系最小油膜厚度hminhmin=δ－e＝rψ(1-x)任意位置处的油膜厚度hh≈δ（1+xcos)=rψ（1+xcos)偏心距e偏心率xx=e/δ直径间隙ΔΔ=D-d半径间隙δδ=R－r=Δ/2相对间隙ψψ=δ/r第四篇轴系零、部件机械设计（四）径向滑动轴承工作能力计算简介1.轴承的承载量计算和承载系数Cp与x和B/d有关。见表12-62.最小油膜厚度hmin的确定hmin越小则x越大，轴承的承载能力就越大。但是保证最小油膜厚度hmin处的表面不平度高峰不直接接触。即：pCdBF23.轴承的热平衡计算热平衡条件：单位