华中科技大学机械设计PPT

第六章滑动轴承设计主讲吴昌林一、滑动轴承的类型及其结构型式1.类型按承载分按摩擦状态分向心滑动轴承推力滑动轴承液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承动压轴承静压轴承推力轴承向心轴承滚动轴承滑动轴承的摩擦状态完全液体摩擦边界摩擦干摩擦润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存在液体分子间的摩擦润滑油膜部分地将摩擦表面隔开，部分摩擦表面仍可直接接触摩擦表面间没有任何物质的摩擦008.0~001.0f边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并存，通称非液体摩擦1.0~01.0f2.结构型式向心轴承推力轴承剖分式整体式间隙可调式自动调心式实心式空心式单环式多环式结构简单安装困难间隙不可调结构较繁间隙可调广泛采用中间比压大3.滑动轴承的适用场合低速低载、精度不高非液体摩擦滑动轴承高速滚动轴承寿命大为降低重载滚动轴承造价高承受巨大冲击和振动载荷油膜的缓冲和阻尼作用支承精度特别高滑动轴承零件少某些特殊场合受径向尺寸限制、曲轴轴承等二、轴瓦的材料和结构1.轴瓦的材料(1)基本要求减磨性磨损少减摩性摩擦系数小其他要求：抗胶合性跑合性耐腐蚀性强度……(2)常用材料铸铁轻载、低速的轴瓦材料轴承合金(巴氏合金)锡基铅基锑、铜硷金属硬粒锡基体或铅基体综合性能好机械强度较低价昂轴承合金浇铸在钢或铸铁的轴瓦基体上铜合金锡青铜中速、中载或重载铝青铜低速重载铅青铜高速重载粉末冶金铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成多孔性存油用于载荷平稳、低速和加油不便场合非金属材料塑料、橡胶、尼龙等摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大2.轴瓦的结构(1)轴瓦的结构要素油孔油沟壁厚定位唇油室定位唇：防止轴瓦在轴承中移动壁厚油孔和油沟：将油引入轴承油室：存油(2)结构型式整体式剖分式三、滑动轴承的润滑1.润滑油(1)粘度流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示平行板间油的层流流动贴近静止扳的油层速度0u各油层以不同速度移动udydu贴近移动扳的油层速度vudydu油层间剪应力与速度梯度油层成正比(粘性流体粘性定律)比例常数，即动力粘度设长宽高各为1m的流体，若上下两面发生1m/s的相对滑动，所需施加的力为1N时，则该流体的粘度为1个国际单位制的动力粘度记为Pa.s2/11msNsPasmStcSt/10101262动力粘度与同温下该流体密度的比值(用于流体动力学计算)(润滑油的粘度)单位换算sm/2国际单位制scm/2物理单位称为St(斯)smm/2常用单位cSt(厘斯)动力粘度运动粘度温度压力粘度粘度(2)常用润滑油润滑油牌号一般为40°C时运动粘度的平均值粘度－温度曲线cStC0查得运动粘度再用公式转换为动力粘度用于流体动力学计算(3)润滑油的选择外载大—难形成油膜—选粘度高的油速度高—摩擦大—选粘度低的油温度高—油变稀—选粘度高的油比压大—油易挤出—选粘度高的油2.润滑脂钙基抗水性好、耐热性差、价廉钠基抗水性差、耐热性好、防腐性较好锂基抗水性和耐热性好铝基抗水性好、有防锈作用、耐热性差主要指标针入性：表征润滑脂稀稠润滑脂越稠滴点：润滑脂受热后开始滴落的温度，表征耐高温的能力润滑脂工作温度一般应低于滴点20–30°C针入性承载摩擦阻力四、非液体摩擦滑动轴承的设计1.失效形式及计算准则设计准则失效形式磨损防止过度磨损发热引起胶合防止胶合][pp][vv][pvpvpvfdlfFv单位面积摩擦功率p比压小、油难挤出、润滑好v速度大、磨损大压强dlFpr向心轴承kddzFpa)(42221推力轴承速度100060dnv向心轴承100060)2(21nddvm推力轴承油沟引起接触面积减小系数2.设计步骤(1)选择轴承结构型式及材料(2)初定轴承基本型式和参数选择宽径比5.1~5.0dldl承载散热性油温(3)校核计算(4)选择轴承的配合(5)选择润滑剂和润滑装置五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计1.压力油膜形成的原理轴颈和轴瓦同心时两平行板的摩擦状况轴颈和轴瓦偏心时两倾斜板的摩擦状况(1)两平行板(2)两倾斜板层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力vy沿方向按线性变化vhQQOUTIN21vabQIN21vcdQOUT21OUTINQQ润滑油不可压缩“拥挤”形成压力油的粘性和压力的作用，改变了油层速度变化规律2.液体动压润滑的基本方程pdydzdydzdpp)(dxdzdxdzd)(dyddxdpdydu22dyuddxdp假设油层在Z方向无流动21221CyCydxdpuouhyvuoy)()(21yhhvyhydxdpu对y积分：边界条件：hXhvhdxdpudyq0321210max21vhqXmaxXXqq任意截面上单位宽度(z方向)的流量0dxdp设油膜压力最大处(此截面)的间隙为0h则流体是连续的306hhhvdxdp一维雷诺方程)()(21yhhvyhydxdpu讨论之一：22dyuddxdp由油膜压力沿x方向变化规律对平行板对倾斜板kyu022dyud022dyud022dyud0dxdp0dxdp0dxdp平行板间油膜压力沿x方向无变化，等于入口处压力(压力为0)入口处速度图形为凹形出口处速度图形为凸形在0dxdp处0h油膜厚度为u沿y方向线性分布maxp油膜压力达)()(21yhhvyhydxdpu讨论之二：液体摩擦形成的条件由306hhhvdxdp(1)两工作表面必须形成收敛的楔形间隙(2)两工作表面必须有一定的相对运动，且v方向是从大口道小口(3)间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油0hh若0dxdp则无粘度各油层无速度两板间油无流动不能形成油膜压力讨论之三：向心滑动轴承动压油膜形成过程(1)停车(2)启动0n0n金属直接接触摩擦力使轴颈右移油膜压力将轴颈托起其合力将轴颈左推n(3)随着油膜压力将轴颈完全托起其合力与外载平衡(4)n为工作转速n油膜压力偏心距e3.承载能力计算(1)转换为极坐标系eOO21rRrrRe)cos1(cos)180cos(cos022eerRNONCMOh)1(minhdrdx)cos1(00h取连线为极坐标轴21OO偏心距间隙相对间隙偏心率任意处(M点)的油膜厚度)(最小油膜厚度)(0最大油膜压力处的厚度(2)承载能力的推导过程代入雷诺方程306hhhvdxdp承载区任意点M的油膜压力1dp沿y方向的分压力)](180cos[0aypp沿z方向单位宽度上油膜压力的合力21dppyy考虑端泄2')21(lzkppbyy油膜总压力与外载F平衡22'llydzpFPClvF22研究点M承载量系数采用国际单位：NFsPasmvml./2当轴承结构确定),,,,,(vldPCdl由则可计算承受多大的径向载荷FFlvCP22计算PCdl由PCfC承载量系数PClvF22公式的用途则可计算承受外载F时要多大的)1(minrh动压润滑条件：][minhh))(3~2(][21ZZRRh轴瓦表面粗糙度轴颈表面粗糙度PClvF224.主要参数的选择(1)相对间隙rrR(2)宽径比dldldl承载回转精度摩擦阻力温度的选择：载荷大、应取小一些，提高承载能力轴承宽度油膜压力速度大、应取大一些，减少发热承载散热温升承载端泄温升4310)0.1~6.0(v经验公式选轴承配合计算轴颈中心与轴承中心接近重合反之，接近于1受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差等的限制轴承表面粗糙度轴颈表面粗糙度(3)偏心率rrR值越趋向于0一般：95.0~5.0(4)最小油膜厚度)1()1(minrh一般：))(3~2(21minZZRRh转速载荷油膜压力承载不可能无限小minhminh（即)动压润滑条件][minhh5.热平衡计算(1)温升公式tAtQcvFfS摩擦发热量流动油带走的热量轴承散热量vCcldFCtSQf温升CkgJc0./2100~1680比热3/900~850mkg密度CsmJS02../140,80,50散热系数PCfC摩擦特性系数QC流量系数(2)热平衡计算初定计算左右Ctm050初定值与计算值相差大于5ºC时，必须改变参数重新计算不得超过30ºC21tttm定得过高、粘度下降Ctm075Ct0145~35定得过低、外部冷却难vCcldFCtSQf左右Ct0140设计动压向心滑动轴承已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求轴承剖分、L-AN32润滑油1选结构型式正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为180°2选取宽径比0.81.03轴承宽度(m)0.160.24压强(MPa)2.031.6255速度(m/s)31.46pv值(Mpa.m/s)63.7451.037选轴瓦材料ZSnSb11Ch68已知润滑油牌号L-AN329初定平均温度(°C)50设计项目方案1方案2方案3序号设计项目方案1方案2方案3序号10查运动粘度(mm2/s)2011动力粘度(Pa.s)0.01812选择相对间隙0.001450.00190.002313选择轴颈表面粗糙度(μm)1.614选择轴瓦表面粗糙度(μm)3.215承载量系数0.7561.2971.5216查偏心率0.50.660.62517最小油膜厚度(mm)0.07250.06460.0862518计算(2~3)(Rz1+Rz2)值0.0096~0.014420查摩擦特性系数3.52.32.021查流量系数0.1380.1650.13819最小油膜厚度是否足够足够设计项目方案1方案2方案3序号22润滑油温升(°C)32.818.215.223取入口温度(°C)4024计算平均温度(°C)56.449.147.625平均温度初定值与计算值误差(°C)6.4-0.9-2.426热平衡计算是否合格超过5°C合格合格结束请批评指正!