15滑动轴承.

第15章滑动轴承§15-1摩擦状态§15-2滑动轴承的结构型式§15-3轴瓦及轴承衬材料§15-4润滑剂和润滑装置§15-5非液体摩擦滑动轴承的计算§15-6动压润滑的基本原理§15-7液体动压多油楔轴承简介§15-8静压轴承与空气轴承简介1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损轴承的功用：应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。只要有相对转动的地方，几乎都要用到轴承！分类：滚动轴承滑动轴承优点多，应用广用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。概述§15-1摩擦状态1.干摩擦固体表面直接接触，因而不允许出现干摩擦！2.边界摩擦→功耗↑磨损↑温度↑→烧毁运动副表面有一层厚度1μm的薄油膜，不足以将两金属表面分开，其表面微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻，f≈0.1~0.3有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。3.液体摩擦摩擦和磨损极轻，f≈0.001~0.01vvv在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。称无量纲参数ηn/p为轴承特性数。η-动力粘度，p-压强，n-每秒转数fηn/po边界摩擦混合摩擦液体摩擦摩擦特性曲线1.磨损率2.耐磨性§15-2滑动轴承的结构型式滑动轴承的类型向心滑动轴承推力滑动轴承主要承受径向载荷主要承受轴向载荷一、向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。整体式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承榫口螺纹孔轴承座轴承轴承座轴承盖联接螺栓轴瓦关键部件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薄壁轴瓦厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套作用：用来承受轴向载荷二、推力滑动轴承结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形块。其数量一般为6~12。F巴氏合金绕此边线自行倾斜F---倾角固定，顶部预留平台，固定式可倾式---倾角随载荷、转速自行调整，性能好。类型§15-3轴瓦及轴承衬材料轴瓦材料的要求：1）摩擦系数小；2）导热性好，热膨胀系数小；3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；4）有足够的机械强度和塑性。工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。轴承衬一、轴承合金（白合金、巴氏合金）1）锡锑轴承合金优点：f小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。滑动轴承的材料缺点：价格贵、机械强度较差；∴只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。工作温度：t120℃（由于巴式合金熔点低110℃）滑动轴承的轴瓦结构12）青铜优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250℃。缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。铝青铜铅青铜锡青铜→中速重载→中速中载→低速重载3）具有特殊性能的轴承材料含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。轴瓦结构一、润滑剂轴承润滑的目的：降低摩擦功耗，减少磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈等作用。润滑剂分为：1)液体润滑剂——润滑油；2)半固体润滑剂——润滑脂；3)固体润滑剂等。1．润滑油特点：有良好的流动性。适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。§15-4润滑剂和润滑装置润滑油最重要的物理性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依据。润滑油的粘度是指润滑油抵抗变形的能力，它标志着液体内部产生相对运动时内摩擦阻力的大小。润滑油的粘度有动力粘度η和运动粘度ν。动力粘度η为：长、宽、高各为1m的液体，如果使上下平面间以u=1m/s的相对速度运动，所需施加的力F为1N时，该液体的粘度为1个国际单位制的动力粘度，以Pa·s(帕·秒)表示，1Pa·s=1N·s/m2。动力粘度又称绝对粘度。运动粘度ν，它等于动力粘度与液体密度ρ的比值，即在国际单位制中，ν的单位是m2/s。一般润滑油的牌号就是该油在40℃时的运动粘度(单位为cSt(厘斯)或mm2/s)的平均值，见表15－2。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。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。特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。适用场合：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。针入度（锥入度）：表示润滑脂性能的重要参数。在25℃时，总荷重为150±0.25g的标准锥在5s内垂直穿入润滑脂试样的深度叫润滑脂锥入度，以1/10mm表示。锥入度是表示润滑脂软硬的项目。锥入度越大，稠度越小，润滑脂就越软。反之，则润滑脂越硬，稠度越大。润滑脂的选择原则：1)当压力高和滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；反之，选择针入度大的润滑脂。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.固体润滑剂固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氟乙烯树脂等多种品种。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。使用方法：1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；2）或调配到润滑油和润滑脂中使用；3）渗入轴承材料中或成型后镶嵌在轴承中使用。二、润滑装置滑动轴承的给油方法多种多样。1）压力润滑；2）滴油润滑；3）油浴飞溅润滑；4）旋盖式注油油杯（用于脂润滑）；5）油环润滑；7）油绳润滑；8）压注油杯润滑等6）油垫润滑；压力润滑油环润滑压注油杯润滑旋盖式注油油杯油绳润滑针阀式注油杯非液体摩擦滑动轴承可用润滑油润滑，也可用润滑脂润滑。在润滑油、润滑脂中加入少量鳞片状石墨或二硫化铝粉末，有助于形成更坚韧的边界油膜，且可填平粗糙表面而减少磨损。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。计算方法是间接的、条件性的。计算内容：限制压强p、pv值、滑动速度v，不超过许用值。§15-5非液体摩擦滑动轴承的计算一、向心轴承1．轴承的压强p：限制轴承压强p，以保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴瓦产生过度的磨损。即式中：F为轴承径向载荷，N；B为轴瓦宽度，mm；d为轴颈直径，mm;［p］为轴瓦材料的许用压强，MPa(表15-1)。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。pv值越高，轴承温升起高，容易引起边界油膜的破裂。[]FpPBdpv值的验算式为：式中：n为轴的转速，r/min；[pv]为轴瓦材料的许用值，MPa·m/s(表15-1)。３．验算滑动速度v(m/s)[]601000FdnpvpvBd][100060πυdnυ式中：[v]—材料的许用滑动速度。推力轴承的[p]和[pv]值由表15-1查取。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，[p]和[pv]值应减小20％~40％。2221[]()4Fppddz[]mpvpv二、推力轴承由右图可知，推力轴承应满足Fad1d2§15-6动压润滑的基本原理一、动压润滑的形成原理和条件形成动压油膜的必要条件是：1.两工作表面间必须有收敛的楔形间隙；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一定的相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。此外，对于一定的载荷F，必须使速度v，粘度η及间隙等匹配恰当(充分条件)。二、液体动压润滑的基本方程对照图15-18，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。1.速度分布方程在油膜中取出一微单元体，它承受油压p和内摩擦切应力τ(图15-18)。根据平衡条件，得ddddpxypdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz-dxdz=0整理后，得:此式表明，任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率dp/dx，与该点速度梯度(y向)的导数有关。上式对y积分得将代入上式，得dduy22ddddpuxy212dd21CyCyxpu式中C1、C2是积分常数，可由边界条件来确定。当y=0时，u=-v，所以C2=-v;当y=h时，u=0，所以11d2dpvChxh代回原式并整理之21d()2dpyhuyhyvxh由上式可知，油层的速度u由两部分组成：式中后一项的速度呈线性分布，这是直接在板A的运动下由各油层间内摩擦力的剪切作用所引起的流动，称为剪切流；式中前一项的速度呈抛物线分布，这是由于油膜中压力沿y方向的变化所引起的流动，称为压力流。2.流量方程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，为此先求任意截面上的流量(z方向取单位长)h301dd12d2xphvquyhx3.液体动压润滑的基本方程———一维雷诺方程取图15-16c上的b-b截面，该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0，故012xqvh式中的负号表示流速的方向与x方向相反。因流经两个截面上的流量相等，故03d6dhhpvxh式(15-9)为液体动压润滑的基本方程，称为一维雷诺方程。它描述了两平板间油膜压力p的变化与润滑油的动力粘度η、相对滑动速度v及油膜厚度h之间的关系。当h=h0(b-b截面)时，dp/dx=0，p有极大值pmax，所以b点是对应于pmax处的特定点。又dp/dx=0，即d2u/dy2=0，所以速度梯度du/dy必须是常量，亦即b-b截面处的速度呈三角形分布。由式(15-9)可求出油膜压力p沿x方向分布的曲线(图15-16c)，再根据油膜压力的合力，便可确定油膜的承载能力。但实际轴承的宽度是有限的，计算中必须考虑润滑油从轴承两端泄漏对油膜承载能力的影响。动压润滑油膜形成过程§15-7液体动压多油楔轴承简介在多油楔滑动轴承中，轴瓦的内孔制成特殊形状，目的是在工作中产生多个油楔，形成多个动压油膜，借以提高轴承的工作稳定性加旋转精度。a）椭圆轴承b）固定式三油楔轴承c）可倾式多油楔轴承一、静压轴承静压轴承是依靠一套给油装置，将高压油压入轴承的间隙中，强制形成油膜，保证轴承在液体摩擦状态下工作。油膜的形成与相对滑动速度无关，承载能力主要取决于油泵的给油压力，因此静压轴承对高速、低速、轻载、重载下都能胜任工作。在启动、停止和正常运转时期内，轴与轴承之间均无直接接触，理论上轴瓦没有磨损，轴承寿命长，可以长时期保持精度。而且正由于任何时期内轴承间隙中均有一层压力油膜，故对轴和轴瓦的制造精度可适当降低，对轴瓦的材料要求也较低。§15-8静压轴承与空气轴承简介应用节流器能随外载荷的变化而自动调节各油腔内的压力，节流器选择得恰当，可使主轴的位移e达到最小值。节流器是静压轴承中的关键部分。常用的节流器有小孔节流器(图15-21)和毛细管节流器等。二、空气轴承原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为润滑介质。分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。特点：高转速(n100000r/min)、低摩擦损失、无污染、承载能力低。应用：高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆等场合。