机械设计第十二章解析

2020/5/141第十二章滑动轴承JournalBearings电子科技大学凌丹机械设计机械电子工程学院概述滑动轴承的结构形式滑动轴承的失效形式及常用材料轴瓦结构及润滑4123滑动轴承的设计计算5主要内容机械电子工程学院滑动轴承的特点滑动轴承的应用滑动轴承设计工作的主要内容12-1概述机械电子工程学院滑动轴承的特点面接触，工作平稳、可靠，承载能力高；零件数目少，易于达到很高的精度；噪声比滚动轴承低。轴颈轴瓦12-1概述机械电子工程学院滑动轴承的特殊应用工作转速特高时使用在这种转速下，滚动轴承的寿命将大为降低。对轴的支承位置要求特别精确时使用滑动轴承比滚动轴承中影响精度的零件数少，故可制造得更为精确。特重型的轴承若采用滚动轴承，由于必须单件生产，因而造价很高。承受巨大的冲击和振动载荷的轴承。滑动轴承的轴瓦和轴颈间的支承面一般较大，有油层的缓冲和阻尼作用，因而具有比滚动轴承更优越的工作性能。12-1概述机械电子工程学院根据装配要求必须做成剖分式的轴承如发动机曲轴的轴承轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承如多辊轧钢机在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承如舰艇螺旋桨推进器的轴承12-1概述机械电子工程学院滑动轴承的设计内容轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。12-1概述机械电子工程学院概述滑动轴承的结构形式滑动轴承的失效形式及常用材料轴瓦结构及润滑4123滑动轴承的设计计算5主要内容机械电子工程学院一、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。轴承座整体轴套螺纹孔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。常用的滑动轴承已经标准化，可根据使用要求从有关手册中合理选用。12-2滑动轴承的结构形式机械电子工程学院整体式径向滑动轴承(Bushing)机械电子工程学院２．剖分式（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。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)注：剖分面的垂线与径向力的夹角不大于35°，否则，采用45°倾斜剖分式应用比较广泛。12-2滑动轴承的结构形式机械电子工程学院45˚轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。机械电子工程学院3．调心式径向滑动轴承（自位轴承）特点：轴瓦能自动调整位置，以适应轴的偏斜。注：调心式轴承必须成对使用。球面配合当轴倾斜时，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。12-2滑动轴承的结构形式机械电子工程学院对开式径向滑动轴承的装配图机械电子工程学院止推滑动轴承Thrustbearing作用：用来承受轴向载荷结构形式：空心式---轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式要好。单环式---利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑便，广泛用于低速、轻载的场合。多环式---不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。机械电子工程学院结构特点：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。---倾角固定，顶部预留平台，类型固定式可倾式用来承受停车后的载荷。---倾角随载荷、转速自行调整，性能好。FF巴氏合金绕此边线自行倾斜F止推滑动轴承–多油楔轴承机械电子工程学院Thrustbearing机械电子工程学院概述滑动轴承的结构形式滑动轴承的失效形式及常用材料轴瓦结构及润滑4123滑动轴承的设计计算5主要内容机械电子工程学院磨粒磨损----进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。刮伤----进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。胶合----当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。疲劳剥落----在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。腐蚀----润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。一、滑动轴承的失效形式机械电子工程学院轴瓦磨损表面划伤疲劳点蚀轴瓦胶合轴瓦严重点蚀一、滑动轴承的失效形式机械电子工程学院微动磨损----发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。滑动轴承的其它失效形式:气蚀---气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；流体侵蚀---流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；电侵蚀---电化学或电离作用引起的机械磨损；一、滑动轴承的失效形式机械电子工程学院汽车用滑动轴承故障原因的平均比率其它气蚀制造精度低腐蚀故障原因6.08.115.911.138.3比率／％6.72.85.55.6比率／％超载对中不良安装误差润滑油不足不干净故障原因机械电子工程学院良好的减摩性、耐磨性和咬粘性。足够的强度和抗腐蚀的能力。良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性。良好的导热性、工艺性、经济性等。二、滑动轴承的材料1、对材料性能要求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。还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。机械电子工程学院1)减摩性----材料副具有较低的摩擦系数。2)耐磨性----材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。3)抗胶合----材料的耐热性与抗粘附性。4)摩擦顺应性----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。5)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。6)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。二、滑动轴承的材料材料性能定义机械电子工程学院常用轴承材料滑动轴承材料金属材料非金属材料轴承合金铜合金铝基轴承合金铸铁多孔质金属材料工程塑料碳—石墨橡胶木材轴承衬二、滑动轴承的材料机械电子工程学院1、轴承合金（巴氏合金、白合金）锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Ti)、铜(Cu)等金属的合金，锡或铅为基体。优点：硬晶粒耐磨；软基体增加塑性。嵌入性和摩擦顺应性好。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。由于巴式合金熔点低,工作温度：t120℃。机械电子工程学院1、轴承合金（巴氏合金、白合金）机械电子工程学院2、铜合金优点：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→低速重载机械电子工程学院将不同的金属粉末经压制烧结而成的多孔结构材料，称为粉末冶金材料，其孔隙约占体积的10～35%，可贮存润滑油，故又称为含油轴承。运转时，轴瓦温度升高，因油的膨胀系数比金属大，从而自动进入摩擦表面润滑轴承。停车时，因毛细管作用润滑油又被吸回孔隙中。含油轴承加一次油便可工作较长时间，若能定期加油，则效果更好。用于载荷平稳、低速和加油不方便的场合。3.多孔质金属材料（粉末冶金材料）机械电子工程学院4、非金属材料塑料一般用于温度不高，载荷不大的场合。尼龙轴承适用于速度不高或散热条件好的地方橡胶轴承弹性大，能减轻振动，使运转平稳，可以用水润滑，常用于离心水泵，水轮机等场合。5、灰铸铁及耐磨铸铁适用于轻载低速和不受冲击载荷的场合。机械电子工程学院表12-1常用轴瓦及轴承衬材料的性能机械电子工程学院续表12-1常用轴瓦及轴承衬材料的性能机械电子工程学院概述滑动轴承的结构形式滑动轴承的失效形式及常用材料轴瓦结构及润滑4123滑动轴承的设计计算5主要内容机械电子工程学院轴瓦和轴承衬对轴瓦的要求：具有一定的强度和刚度；在轴承中定位可靠；容易装拆，调整方便。轴承衬：浇铸或轧制在轴瓦内表面上的薄层轴承合金。改善轴承的耐磨性、减磨性等性能。机械电子工程学院一、轴瓦的形式和结构按构造分类整体式对开式按加工分类按尺寸分类按材料分类需从轴端安装和拆卸，可修复性差。可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。轴瓦的类型整体轴套对开式轴瓦机械电子工程学院按构造分类按加工分类按尺寸分类按材料分类轴瓦的类型厚壁薄壁薄壁轴瓦厚壁轴瓦整体式对开式节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高。具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。一、轴瓦的形式和结构机械电子工程学院按构造分类按加工分类按尺寸分类按材料分类轴瓦的类型单材料多材料单一材料两种材料强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。厚壁薄壁整体式对开式一、轴瓦的形式和结构机械电子工程学院按构造分类按加工分类按尺寸分类按材料分类轴瓦的类型铸造轴瓦卷制轴套铸造轧制铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。单材料多材料厚壁薄壁整体式对开式一、轴瓦的形式和结构机械电子工程学院----将轴瓦一端或两端做凸缘。凸缘定位二、轴瓦的定位方法轴向定位凸耳(定位唇)定位凸耳凸缘目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相对移动。机械电子工程学院紧定螺钉周向定位销钉二、轴瓦的定位方法机械电子工程学院三、轴瓦的油孔和油槽作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。进油孔油槽F油槽油孔尽量开在非承载区，不要降低或少降低承载区油膜的承载能力。机械电子工程学院轴向油槽单轴向油槽轴颈单向旋转双轴向油槽轴颈双向旋转F单轴向油槽在最大油膜厚度处φa双轴向油槽开在轴承剖分面上保证润滑油从压力最小的地方进入轴承。轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。三、轴瓦的油孔和油槽机械电子工程学院周向油槽对轴承承载能力的影响有油槽无油槽油槽周向油槽适用于载荷变动范围超过180°时，开设在轴承宽度中部。三、轴瓦的油孔和油槽机械电子工程学院不完全液体润滑径向轴承油槽的形状：三、轴瓦的油孔和油槽油槽可以由非承载区延伸到承载区。机械电子工程学院宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比。液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.5~1非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.8~1.5大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。Bd三、轴瓦的油孔和油槽机械电子工程学院润滑方式：油润滑脂润滑固体润滑剂润滑四、润滑方式机械电子工程学院GreaseGun旋盖式油脂杯机械电子工程学院动压润滑静压润滑机械电子工程学院概述滑动轴承的结构形式滑动轴承的失效形式及常用材料轴瓦结构及润滑4123滑动轴承的设计计算5主要内容机械电子工程学院一、失效形式与设计准则工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴承的不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。失效形式：边界油膜破裂。设计准则：保证边界膜不破裂。校核内容：２．验算摩擦发热pv≤[pv]，限制轴承的温升；３．验算滑动速度v≤[v]，防止由于速度过高加速磨损。1.验算平均压力p≤[p]，以保证强度要求；机械电子工程学院二、径向滑动轴承的设计计算已知条件：外加径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径d(mm)１.验算轴承的平均压力pFdn][pBdFpB----轴瓦宽度，[p]----许用压力。机械电子工程学院２.验算pv值，限制摩擦热v—轴颈圆周速度，m/s；[pv]—轴承材料的pv许用值。n—轴速度，m/s；][100060pvdnBdFpv3.滑动速度过高时，还应验算v][vv二、径向滑动轴承的设计计算机械电子工程学院三、止推滑动轴承的计算已知条件：外加轴向载荷Fa(N)、轴颈转速n(r/mm)1.验算平均压力][)(42122pzddFpaFad1d2Fad1d2z--轴环数机械电子工程学院考虑