第13章 滑动轴承.ppt

第13章滑动轴承 13 1概述 一 滑动轴承的分类 1 按其承受载荷方向不同分 径向轴承 止推轴承 2 按工作表面间的摩擦状态分 非液体摩擦轴承 液体摩擦轴承 干摩擦轴承 二 设计滑动轴承时应解决的问题 1 确定轴承的结构形式 2 选择轴瓦和轴承衬的材料 3 确定轴承结构参数 4 选择润滑剂和润滑方法 5 计算轴承的工作能力及热平衡计算 第二节径向滑动轴承的结构形式 一 整体式径向滑动轴承 整体式径向滑动轴承 特点 优点 结构简单 制造方便 成本低廉 缺点 滑动表面摩损后轴承间隙过大无法调整 应用 多用于低速 轻载或间隙工作的机器中 二 对开式径向滑动轴承 对开式径向滑动轴承 特点 优点 装拆方便 可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙 缺点 结构复杂 制造费用较高 应用 应用广泛 三 调心式径向滑动轴承 调心式径向滑动轴承 四 调隙式径向滑动轴承 应用 常用于一般用途的机床主轴上 第三节轴瓦的材料和结构 一 失效形式及轴瓦材料 1 轴瓦的主要失效形式 磨损 胶合 2 其它常见的失效形式 压溃 刮伤 疲劳剥伤 腐蚀以及轴承衬脱落等 3 轴瓦材料具备下列性能 1 良好的减摩性 耐磨性和磨合性 2 足够的强度 3 良好的适应性和嵌藏性 4 良好的导热性 5 耐腐蚀性 6 良好的工艺性 二 轴瓦材料 浇注轴承合金的轴瓦 轴瓦材料 三大类 1 金属材料 如轴承合金 铜合金 铝基合金和铸铁等见表15 1 2 多孔质金属材料 粉末冶金材料 3 非金属材料 如工程塑料 碳一石墨 橡胶 硬木等见表15 2 常用轴瓦材料 1 轴承合金 又称白合金 巴氏合金 是锡 铅 锑 铜的合金 特点 优点 嵌藏性好 适应性好 磨合性好 抗胶合性较好 减磨性好 缺点 机械强度较低 价格贵 应用场合 熔点较低 只适用于150 以下工作 2 青铜 常用青铜 锡青铜 铅青铜 锡青铜 强度高 减摩性 耐磨性好 应用较广泛 铅青铜 良好的抗胶合能力 能在较高温度下工作 小结 青铜比轴承合金硬度高 磨合性差 为了减少轴颈的磨损 对轴颈表面碎硬 磨光和保持好的润滑 3 铝合金 优点 高强度 耐腐蚀 导热性良好 缺点 与其相配的轴颈表面应具有较高的硬度和较低的粗糙度 应用特点 应用广泛 4 灰铸铁及耐磨铸铁 普通灰铸铁加镍 铬 钛等合金成分 特点 优点 具有一定的减摩性和耐磨性 缺点 硬度高且脆 磨合性差 应用范围 适用于轻载 低速和不受冲击载荷的场合 5 多孔质金属材料 用不同金属粉末和石墨粉末经压型 烧结而制成的多孔隙结构材料 特点 优点 润滑性能好 缺点 材料性质较脆 不宜承受冲击载荷 应用范围 一般用于载荷平稳及速度不高 加油不便的场合 6 非金属材料 常用的有酚醛树脂 尼龙和聚四氟乙烯等 特点 优点 具一定的自润滑性 可油润滑 也可水润滑 摩擦系数低 塑性好 嵌入性好 抗腐蚀性强 磨合性好 缺点 导热性差 膨胀系数大 容易变形 应用范围 一般用于温度不高 载荷不大的场合 三 轴瓦结构 整体式 整体轴套 卷制轴套结构 剖分式 剖分式轴瓦 油孔及油沟 油沟形状 油沟 轴向油沟 油沟布置不当降低油膜承载能力 普通油室 轴瓦的定位 对于周向定位有 第四节润滑剂和润滑方法 一 润滑剂 1 润滑油的选择 润滑剂的类型 润滑油 润滑脂 固体润滑剂 选择时应考虑轴承压力 滑动速度 摩擦表面状况 润滑方法等条件 润滑油选择的一般原则为 1 在压力大或冲击 变载等工作条件下 应选用粘度高一些的油 2 滑动速度高时 容易形成油膜 为了减少摩擦功耗 减小温升 应选用粘度低一些的油 3 加工粗糙或未经磨合的表面 应选用粘度高一些的油 对于非液体摩擦轴承 主要应根据油性来选择润滑油 一般可参考表15 3选取 4 循环润滑 芯捻润滑时 应选用粘度低一些的油 飞溅润滑应选用高品质 能防止与空气接触而氧化或因剧烈搅拌而乳化的油 2 润滑脂的选择 润滑脂常用于要求不高 难以供油 或者低速重载以及作摆动运动的轴承 润滑脂的一般选择原则 1 平均压强高和滑动速度低时 选锥入度小一些的品种 反之 则选锥入度大一些的品种 2 所用润滑脂的滴点 一般应高于轴承的工作温度约20 30 以免工作时过多地流失 3 在有水或潮湿的环境下 应选择耐水性好的润滑脂 如钙基脂 选择润滑脂牌号时可参考表15 4 二 润滑方法 一 润滑油的润滑方法 间隙式 连续式 间歇供油方法 1 滴油润滑 针阀式油杯 特点调节螺母可以控制油孔开口大小以调节油量 连续供油方法 2 芯捻润滑 油芯油杯 特点不易调节供油量 供油不均匀 3 油环润滑 油环润滑 适用的转速范围为 60 100 r min n 1500 2000 r min 当k 2时 用润滑脂润滑 当232时 用压力循环润滑 4 飞溅润滑 飞溅 油池 润滑 特点 飞溅润滑装置简单 工作可靠 但引起搅油损失 油温升高 油量也不能调节 5 浸油润滑 浸油润滑 特点 部分轴承直接浸在油中以润滑轴承 6 压力循环润滑 压力循环润滑 特点 工作可靠 在重载 振动或交变载荷等工作条件下润滑效果 压力循环润滑系统较复杂 成本较高 二 润滑脂的润滑方法 润滑脂只能间歇供应 滑动轴承的润滑方法可根据系数k选定 p 平均压强 MPa p F Bd F 轴承所受的径向载荷 N v 轴颈的圆周速度 m s 式中 第五节混合摩擦径向滑动轴承的设计计算 工作状态 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 因边界膜强度与温度 轴承材料 轴颈和轴承表面粗糙度 润滑油供给等有关 目前尚无精确的计算方法 但一般可作条件性计算 第五节混合摩擦径向滑动轴承的设计计算 一 限制轴承的平均压强p 不产生过度磨损 轴承的平均压强 低速轴或间歇转动的轴承只需进行平均压强校核 二 限制轴承的pv值 限制pv值就是限制轴承的温升 pv pv MPa m s 15 3 pv 轴瓦材料的许用值 由表15 1查取 三 限制滑动速度v v v m s 15 4 式中 v 滑动速度的许用值 由表15 1查取 p pv的验算都是平均值 考虑到轴瓦不同心 受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素 局部的p超过许用值导致pv超过许用值 故应校核滑动速度v 混合摩擦径向滑动轴承的设计 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 设计过程 1 根据使用要求及工作条件 确定轴承的结构形式 并参考表15 1选取轴瓦材料 2 一般根据宽径比确定轴承宽度B 即轴颈的工作长度 混合摩擦径向滑动轴承的设计 3 按照上述方法进行轴承工作能力的校核计算 验算轴承的平均压力p MPa B 轴承宽度 mm 根据宽径比B d确定 p 轴瓦材料的许用压力 MPa 验算摩擦热 v 轴颈圆周速度 m s pv 轴承材料的pv许用值 MPa m s 验算滑动速度v m s v 材料的许用滑动速度 混合摩擦径向滑动轴承的设计 4 根据不同的使用要求 合理地选择轴承的配合 参见表15 5 5 选择润滑剂和润滑方法 一般可选H9 d9或H8 f7 H7 f6 第六节液体动压径向滑动轴承的设计计算 一 油膜承载机理 一定条件下 当油膜厚度超过轴颈与轴承工作表面微观不平度的平均高度之和时 就能把它们完全隔开形成液体摩擦 在这种状态下工作的轴承称为液体动压轴承 油膜产生压力的原理 a 剪切流 b 压力流 c 两相对运动平板间油层的速度分布和压力分布 二 动压润滑的基本方程 液体动压润滑理论的基本方程 15 5 雷诺方程表明 油膜压力 油的粘度 流体相对滑动速度和油膜厚度变化规律间的关系 如能找到油膜厚度h与坐标x之间的函数关系 那么通过对x的一次积分 就能找出油膜压力P的函数表达式 从而计算油膜承载能力 三 径向滑动轴承动压润滑状态的建立 a n 0 b n 0 c 形成油膜 d n 0 达工作转速 液体动压润滑径向滑动轴承设计的基本原则是 1 保证有足够的最小油膜厚度hmin 把两摩擦表面完全隔开 2 限制轴承温升 使润滑油在工作中保持足够的粘度 3 维持足够的润滑油流量 使它能源源不断地补充进油楔 四 液体动压润滑径向滑动轴承的承载能力及最小油膜厚度 1 径向轴承的几何关系 轴承的直径间隙 D d 半径间隙 相对间隙 e 2e 偏心率 反映了轴承的承载能力 图15 21径向滑动轴承的几何参数和油压分布 如图所示 在 OO A中 根据余弦定律可得 R2 e2 r h 2 2e r h cos f 式中R 轴承孔半径 R D 2 解上式得 因为e2sin2f比R2小得多 忽略不计 r h ecosf R 或h R r ecosf yr 1 cosf 同理可得h0 yr 1 cosf0 式中f0 最大油膜压力处的极角 最小油膜厚度hmin yr 1 2 轴承的承载能力 液体动压径向滑动轴承的承载能力的计算式为 式中 润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度 Pa s B 轴承宽度 m v 轴颈的圆周速度 m s w 承载量系数 3 最小油膜厚度hmin hmin yr 1 设计时应取 hmin S Rz1 Rz2 式中 Rz1 轴颈表面微观不平度的平均高度 Rz2 轴承孔表面微观不平度的平均高度 S 考虑表面几何形状误差 零件的变形及安装误差等的安全系数 通常取S 2 Rz1及Rz2根据加工方法可由表15 6确定 五 轴承的热平衡计算 轴承工作时 由于摩擦生热 使润滑油温度升高 粘度下降 则轴承承载能力降低 故应限制轴承温升 同时防止轴承过热以致产生胶合 根据热平衡条件 同时间内流动的油所带走热量及轴承散发的热量之和 从上式解得 式中 f 轴承的摩擦系数 F 轴承的径向载荷 N v 轴颈的圆周速度 m s c 润滑油的比热 对矿物油约为 1680 2100 J kg 润滑油的密度 对矿物油约为 850 900 kg m3 Q 润滑油端泄的流量 m3 s t 润滑油的温升 令t1为进油温度 t2为出油温度 则 t t2 t1 B 轴承宽度 m d 轴承直径 m ks 轴承的散热系数 按轴承结构 尺寸及通风条件而定 1 轻型轴承或在不易散热的环境中工作的轴承 可取ks 50J m2 s 2 中型轴承及一般通风条件 可取ks 80J m2 s 3 重型轴承 冷却条件良好 取ks 140J m2 s f 摩擦特性数 f f Q 流量系数 Q Q yvBd f和 Q都是无量纲数 它们与宽径比B d和偏心率 的关系分别由图15 23及图15 24查得 包角 180 时 在计算轴承的承载能力时 一般采用润滑油平均温度时的粘度 平均温度 t1 进油温度 一般可取为35 45 t2 出油温度 式中 平均温度tm一般不应超过75 最合理的办法是采用加快润滑油的循环速度来冷却轴承 六 参数选择 1 宽径比B d 一般机器的B d值 可参考表15 7选取 2 相对间隙 一般取 0 0002 0 003 一般主要根据载荷和速度选取 值 载荷小 速度高 取较大值 反之 取较小值 值可参照下列经验公式计算 3 油的粘度 Pa s 式中 n 轴颈转速 r s 例15 1 自学 第七节其他滑动轴承简介 一 推力滑动轴承 推力轴承又叫止推轴承 用来承受轴向载荷 由轴承座和止推轴颈组成 推力轴承的类型 按推力方向分 立式 卧式 按结构分 单环 多环 混合摩擦的推力轴承 应校核压强p和pv值 许用压强 p 和 pv 值见表15 8对于多环轴承 由于各环受力不均 p 和 pv 值应降低50 推力轴承的结构尺寸可按下列诸式计算 1 对空心式轴颈 见图15 27b d0 0 4 0 6 d 2 对多环式轴颈 见图15 27d S 0 1 0 3 d1S1 2 3 Sd d1 2S 液体动压推力轴承结构 固定瓦推力轴承 摆动瓦推力轴承 二 多油楔滑动轴承 a 椭圆轴承 b 错位轴承 c 三油楔轴承 双向 d 三油楔轴承 单向 三 液体静压轴承 原理 依靠液压系统供给压力油 压力油在轴承腔内强制形成压力油膜 以隔开摩擦表