第十五章-滑动轴承

NorthwestA&FUniversity第十五章滑动轴承《机械设计基础》§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NorthwestA&FUniversity第十五章滑动轴承概述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：根据轴承中摩擦性质不同：滑动（摩擦）轴承(15章）滚动（摩擦）轴承（16章）向心轴承—承受径向力根据承受载不同：向心推力轴承—承受两个力推力轴承—承受轴向力使用哪一种轴承，取决使用、工艺上很多因素，但是由于滑动轴承摩擦损耗都比较大，维护复杂，多数场合选用滚动轴承。但又由于滑动轴承本身的独特的优点，在某些特殊场合仍占有重要地位。NorthwestA&FUniversity第十五章滑动轴承概述如:①特高转数（滚动轴承噪音大，寿命低）；②对轴的支承位置特别精确（滑动轴承影响精度的零件数少）；③特大轴（单件生产造价高）；④受冲击和振动大的场合（滑动轴承油层的缓冲和阻尼）；⑤必须作剖分式（曲轴）；⑥轴排列紧密时，无空间可选径向尺寸较小的滑动轴承；⑦有特殊性的介质情况下（水、腐蚀性介质中）。NorthwestA&FUniversity1.干摩擦（f=0.2~0.3）固体表面直接接触，因而不允许出现干摩擦！2.边界摩擦（f=0.1~0.3）→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（f=0.001~0.01）vvv第一节摩擦状态第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity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第一节摩擦状态第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity第二节滑动轴承的结构型式第十五章滑动轴承一、向心滑动轴承根据能承受载荷的方向轴承座(座体、盖、螺栓或螺柱)、轴套(或轴瓦)向心轴承推力轴承(止推轴承）(径向轴承)组成：对开式轴承(整体轴套)整体式径向滑动轴承NorthwestA&FUniversity薄壁轴瓦厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套轴瓦：第二节滑动轴承的结构型式第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity第二节滑动轴承的结构型式第十五章滑动轴承油孔及油槽（油沟）◆目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。◆形式：按油槽数量分——单油槽、多油槽等。轴瓦非承载区内表面。◆位置：NorthwestA&FUniversity第二节滑动轴承的结构型式第十五章滑动轴承宽径比——轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d，它是滑动轴承的重要参数之一，对于液体润滑B/d取0.5~1；非液体润滑B/d取0.8~1.5。太大油泄露，使油量不足，磨损过速；太小，轴弯曲变形，引起载荷集中，磨损加剧。2．整体式——轴套安装拆卸不方便，轴承间隙也无法调整。多用于间歇性的工作或低速轻载简单机器中。3．自动调位式——轴瓦外表面与轴承座内表面均为球面，能自动适应轴颈线与轴承孔中心线的不平行度。NorthwestA&FUniversity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快。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。类型第二节滑动轴承的结构型式第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity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。轴承衬第三节轴瓦及轴承衬材料第十五章滑动轴承轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。滑动轴承常见失效形式有：滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。NorthwestA&FUniversity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）第三节轴瓦及轴承衬材料第十五章滑动轴承一、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。NorthwestA&FUniversity2）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→低速重载第三节轴瓦及轴承衬材料第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity3）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。第三节轴瓦及轴承衬材料第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity第四节润滑剂和润滑装置第十五章滑动轴承一、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。NorthwestA&FUniversity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。第四节润滑剂和润滑装置第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity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。第四节润滑剂和润滑装置第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity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。第四节润滑剂和润滑装置第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity3.固体润滑剂固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氯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。第四节润滑剂和润滑装置第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity二、润滑装置第四节润滑剂和润滑装置第十五章滑动轴承1．手浇润滑：用手浇油壶向油口注油。2．滴油润滑：用针阀式油杯（手柄平放关，竖起开）。3．油绳润滑：利用棉纱的毛细管作用，连续的给油。4．旋盖式油杯（对润滑脂）或油枪：间歇地供油。NorthwestA&FUniversity第四节润滑剂和润滑装置第十五章滑动轴承6．飞溅润滑：浸在油池中的零件旋转时将油溅到壳体内壁，经特设油道进入轴承，油量不可调。7．浸油润滑：部分轴承直接浸在油中以润滑轴承。8．压力润滑：用油泵，供油安全可靠，但设备复杂。常用于发动机曲轴箱的压力润滑。5．油环润滑：油环浸在油池，套在轴颈上被摩擦力带动油环旋转NorthwestA&FUniversity第六节动压润滑的基本原理第十五章滑动轴承第十五章滑动轴承一、动压润滑的形成原理和条件无载荷的两平行板之间液体各流层的速度呈三角形分布，进油等于出油，图15—16a，A板也不会下沉（流体力学知识）。若承受载荷，油向两侧压出，上A板逐渐下沉，直到与板B接触，如图b。这说明两平行板间是不能形成压力油膜的。也不能承受外载荷。NorthwestA&FUniversity第六节动压润滑的基本原理第十五章滑动轴承若两板不平行，且间隙沿运动方向由大变小，上板承受载荷为F，图c，由于液体是不可压缩的，使进口油速与出口油速不再是三角形分布。而进口间隙大，速度曲线向内凹，出口端间隙小，速度曲线向外凸，这样，才能使进油量与出油量相等。这时间隙内形成的液体压力将与外载荷F平衡。这说明在间隙内形成了压力油膜。NorthwestA&FUniversity这种借助相对运动而在轴承间隙中形成的压力油膜称为动压油膜。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)。第六节动压润滑的基本原理第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity下面看向心轴承动压油膜形成过程：1.静止时，由于轴承与轴颈间间隙，自然形成楔形,图a；2.启动时，轴承对轴颈的摩擦力与圆周速度方向相反，迫使轴颈向右滚动而偏移，图b；3.转速升高但不大时，带入油楔内油量增多，轴承与轴颈表面形成较薄油膜，摩擦力减小，但还不足以平衡外载荷，此时还处于非液体摩擦状态。图c；另外，对一定载荷F，必须使速度v、粘度η、间隙相匹配。第六节动压润滑的基本原理第十五章滑动轴承NorthwestA&FUniversity4.转数升到一定值，油楔油增多，油压升高，足以平衡外载荷，且油膜厚度大于轴承与轴颈两表面粗糙度之和，完全呈液体摩擦状态。5.转数进一步升高，油压升高，轴颈中心靠近孔中心油楔减小，内压下降，再次与外载荷平衡。动压轴承演示第六节动压润滑的基本原理第十五章滑动轴承