第12章-滑动轴承

1机械设计第12章滑动轴承2§12-1概述§12-2滑动轴承的主要类型§12-3滑动轴承的材料§12-4润滑材料和润滑方法§12-5滑动轴承的条件性计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承的计算§12-8其它形式滑动轴承简介第十二章滑动轴承§12-6流体动压润滑方程式3§12-1滑动轴承概述轴承的作用是支承轴。二、分类一.作用1、根据轴承工作的摩擦性质分滑动(摩擦)轴承滚动(摩擦)轴承滑动轴承滚动轴承4滚动轴承与滑动轴承在应用上的一些区别滚动轴承由于其标准化程度高，使用方便等特点，被应用的日益广泛。但是滑动轴承由于自身的不可替代的特点，在一些特殊应用场合占有重要的地位，目前滑动轴承应用的主要场合：1.转速极高的轴承滚动轴承在极高的转速下会由于高温使元件回火，流体润滑滑动轴承由于摩擦系数极小，发热少，容易散热等原因，不会对轴承的工作性能产生影响。（内圆磨床）2.载荷特重的轴承由于滚动轴承元件上为高副接触，接触应力大，特别是在重载情况下，极高的接触应力会使元件失效。滑动轴承是低副接触，接触应力小。53.冲击很大的轴承由于滚动轴承元件上为高副接触，接触应力大，在冲击作用下，极易造成永久变形，滑动轴承的油膜可以起到缓冲作用，不会对元件造成永久性伤害。（轧钢机）4.要求特别精密的轴承有些应用场合载荷很大，转速极低，同时要求设备具有极高的定位精度。（大型天文望远镜，大型雷达）5.剖分式轴承滑动轴承很容易做成剖分式结构，但是滚动轴承入做成剖分结构则对性能有很大影响，（内燃机曲轴轴承，连杆轴承，曲柄压力机轴承）6.有特殊要求的轴承（特大尺寸，特殊介质，）6按润滑状态不同分混合润滑滑动轴承液体润滑滑动轴承动压润滑静压润滑2、根据承载方向分径向轴承推力轴承7滑动轴承概述2三、滑动轴承的特点１．高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、机床等。２．极大型的、极微型的、极简单的场合；如自动化办公设备等。4．受冲击与振动载荷的场合；3．结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承四、滑动轴承的应用场合1．承载能力大，耐冲击；2．工作平稳，噪音低；3．结构简单，径向尺寸小。缺点：起动阻力大，润滑、维护较滚动轴承复杂。8§12-2滑动轴承的结构一、径向滑动轴承的结构１．整体式径向滑动轴承特点：结构简单，成本低廉。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。轴承座整体轴套油杯孔磨损后轴颈与轴承孔之间的间隙无法调整；只能沿轴向装拆。9滑动轴承的结构2２．对开式径向滑动轴承特点：便于轴的安装，间隙可调整，但结构复杂。应用比较广泛注：剖分面最好垂直于载荷方向。103．调心式径向滑动轴承特点：轴瓦能自动调整位置，以适应轴的偏斜。当轴倾斜时，可保证轴颈与轴承配合表面接触良好，从而避免产生偏载。主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。11二.推力滑动轴承结构空心轴端单止推环式多止推环式实心轴端◆空心轴端：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式好。12◆单止推环式：利用轴颈的环形端面作为止推面，结构简单，润滑方便，可承受双向轴向载荷。广泛用于低速、轻载的场合。◆多止推环式：承载能力大，可承受双向轴向载荷。但各环间载荷分布不均匀。13按构造分类整体式对开式减摩材料——轴承衬按材料分类单金属多金属三.轴瓦结构不便于装拆，可修复性差。便于装拆，可修复。如黄铜，灰铸铁等制成的轴瓦。以钢、铸铁或青铜作轴瓦基体，在其表面浇铸一层或两层很薄的减摩材料（称为轴承衬）。轴承衬的厚度很小，通常不超过6mm。14轴瓦的固定整体式轴瓦15轴承衬整体式轴瓦剖分式轴瓦1617轴瓦结构：由1~3层材料制成轴瓦内表面结构18油沟与油槽的位置油槽的尺寸可查相关的手册。轴瓦上开设油孔和油沟油孔：供应润滑油；油沟：输送和分布润滑油；19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油沟长度≈0.8B（轴瓦宽度），即不能开通，否则漏油。20§12.3滑动轴承的材料1）减摩性、耐磨性、耐蚀性要好；2）抗胶合能力强，导热性、散热性好；◆顺应性：材料通过表层的弹、塑性变形来补偿轴承滑动表面接触不良的能力。◆嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动的刮伤和磨粒磨的性能。◆磨合性：轴瓦与轴颈表面应易于磨合，从而改善摩擦面的接触状况。一.对轴承材料性能的要求：3）具有足够的强度，主要包括疲劳强度和抗压强度；4）具有良好的适应性，主要包括：21二.滑动轴承的材料1.轴承合金：仅用于轴承衬2.青铜：广泛应用3.铝基合金4.铸铁：经济、耐磨5.粉末冶金：含油轴承6.非金属材料22摩擦和磨损1.干摩擦：表面间无润滑剂或保护膜的纯金属间的摩擦；2.边界摩擦：表面被吸附在表面的边界膜隔开；3.流体摩擦：表面被流体完全隔开，摩擦性能取决于内部分子间的粘性阻力4.混合摩擦：前面三种的混合状态，部分固体凸峰接触§12-4滑动轴承的润滑干摩擦液体摩擦边界摩擦23边界摩擦：表面被吸附在表面的边界膜隔开；按边界膜形成机理，边界膜分为：吸附膜——润滑剂中分子吸附在金属表面而形成的边界膜；化学反应膜——润滑剂中以原子形式存在的某些元素与金属反应生成化合物，在金属表面形成的薄膜。反应膜具有较高的熔点，比吸附膜稳定。对于要求低摩擦的摩擦副，液体摩擦是比较理想的的状态，维持边界摩擦或混合摩擦是最低要求。磨损：使摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。24一.润滑油的主要指标1.粘度:流体抵抗变形的能力，标志着流体内摩擦阻力的大小。a）动力粘度牛顿粘性定律：在流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比。u=0Uhuxz:dudz即剪切应力动力粘度速度梯度h25运动粘度与动力粘度的换算关系：动力粘度：主要用于流体动力计算。Pa·s运动粘度：使用中便于测量。m2/ssm/22.油性（润滑性）：润滑油在摩擦表面形成各种吸附膜和化学反应膜的性能，边界润滑取决于油的吸附能力。；其它：燃点、闪点、凝点、化学稳定性;粘度↑——摩擦力↑——发热↑26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。二、选择原则三、润滑脂（速度较小时可选择）◆特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜，承载能力大，但性能不稳定，摩擦功耗大。◆适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载、温度变化不大以及作摆动运动的轴承中。◆性能指标：锥入度和滴点。27固体润滑剂◆用于有特殊要求的场合，如要求环境清洁、真空或高温等。常用的有：二硫化钼，碳―石墨，聚四氟乙烯等。◆使用方法：1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；四.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，选择锥入度大的润滑脂。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。五.其它润滑材料2）或调配到润滑油和润滑脂中使用；28六、润滑方法将润滑剂送入轴承的方法主要有：1）压力润滑；2）滴油润滑；3）飞溅润滑；4）润滑杯（脂润滑）；5）油环润滑；7）油绳润滑；6）油垫润滑；可根据系数K来选择润滑方法。（p=F/Bd－轴承的压强（MPa））轴颈的圆周速度（m/s）BdF3Kpv29§12-5滑动轴承的条件性计算一、混合摩擦滑动轴承失效形式主要失效形式：胶合、磨损等设计准则：至少保持在边界润滑状态，即维持边界油膜不破裂。磨损及胶合30MPapdBFpp][.1以限制磨损验算平均压强二.径向滑动轴承的计算smMPapvpvpv/][,.2限制温升值验算目的：防止p过高，油被挤出，产生“过度磨损”。Bd式中：B—轴承宽度（mm）；[p]—轴瓦材料的许用平均压强（MPa）。][20000100060pvBFndndBFpvMpa·m/s313.[]/601000dnvvms验算滑动速度目的：限制pv是为了限制轴承温升、防止胶合。∴pv↑→摩擦功耗↑→发热量↑→易胶合目的：防止v过高而加速磨损。322201.:[]()4FppMPakddz验算平均压强02.:[]/30000()FnpvpvpvMPamskddz验算值三.止推滑动轴承的计算a)实心式b)空心式c)单环式d)多环式z－止推环数。式中：d2、d1－止推轴承环形接触面的外径和内径。][42122pddzFpa][3000012pvddznFpva3312.6液体动力润滑的基本理论—雷诺方程yxp平衡方程：代入：粘度公式yu22)yuyuyxp（－取微单元体受力分析，x轴方向34212yCyC1p积分得　　u=2x代入边界条件：y=0，u=v；y=h，u=0流速方程：yhyxpyhhvu)(21)(连续流动方程：任何截面沿x方向单位宽度流量qx相等301212hxphvdyuqhx设在最大油压Pmax处，h=h0(即0xp时，h=h0)，此时：02hvqx301212121hxpvhvh∴35vVxyVvF油压p分布曲线vv0px0px0px036()pvhhxh一维雷诺方程：h0—为油压最大处的间隙36形成流体动力润滑的必要条件：1.润滑油有一定粘度；2.被油膜分开的两表面有足够的相对滑动速度,其运动方向必须使润滑油由大口进，从小口出；3.两表面形成收敛的楔形间隙；4.充足的供油。楔形效应036()pvhhxh一维雷诺方程：3712.7液体动压轴承的设计计算一.流体动压滑动轴承的工作状态no1oo1oo1oo1onn静止启动不稳定运行稳定运行RRRR38二.径向滑动轴承的主要几何参数.半径间隙rR.相对间隙r.偏心距e.偏心率.最小油膜厚度hRrθφOO'MβhminωeFφO'OMecosφe11minrehcos1h.任意处的油膜厚度39三、承载能力和承载量系数Cpβ—轴承包角，轴瓦连续包围轴颈所对应的角度。α1+α2—承载油膜角φ1—油膜起始角φ2—油膜终止角p=pmax处：h=h0，φ=φ0φ—从OO起至任意膜厚处的油膜角。4041当B=∞，即无限宽轴承时，油沿轴向无流动306hhhvdxdprddx)cos1(hrv转换为极坐标：得：ddp302)cos1()cos(cos642积分一次得任意φ处的油膜压力pφ：ddpp302)cos1()cos(cos611在φ1至φ2区间内，沿外载荷方向单位宽度的油膜力为：rdpF)](180cos[211对有限宽轴承，若不计端泄，油膜承载力F为：2110032(coscos)cos1801cosdBFdd),(...2fCBdFpCp—承载量系数，无量纲43S—安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形，S≥2，一般可取S=2；四、保证液体动力润滑的条件（充分条件）：)()1(21minzzRRShhrhRz1、Rz2—轴颈、轴瓦表面粗糙度的十点高度，m44五.热平衡计算目的：为了控制润滑油的温升，需进行热平衡计算。热平衡条件为：摩擦生热量＝润滑油带走的热量＋轴承散发的热量式中：f－摩擦因数；c－润滑油的比定压热容，一般为1680～2100J/(kg.K)q－润滑油的体积流量（m3/s），as－轴承的表面传热系数Δt－出油平均温度t2与进油温度t1之差（℃）；tdBtcqfFvs－润滑油的比定压热容，一般为1680～2100J/(kg.K)45液体动力润滑径向滑动轴承的计算6其中：υBdq55.0pf将两式代入上式得：温升注：一般按润滑油平均温度时的粘度，计算轴承的承载能力。计算时，通常取t1=35～45℃。平