滑动轴承第17章2

1、1,机械设计,第,1,章,滑动轴承,2,17-1,概述,17-2,滑动轴承的主要类型,17-3,滑动轴承的材料,17-4,润滑材料和润滑方法,17-5,滑动轴承的条件性计算,17-7,液体动力润滑径向滑动轴承的计算,17-8,其它形式滑动轴承简介,第十七章,滑动轴承,17-6,流体动压润滑方程式,3,滑动轴承,滚动轴承,4,17-1,滑动轴承概述,轴承的作用是支承轴。,二、分类,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,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,2,、根据,承载方向,分,径向轴承,推力

2、轴承,5,滑动轴承概述,2,三、滑动轴承的特点,高速、高精度、重载,的场合；如汽轮发电机、机床等。,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：启动阻力大，润滑、维护较滚动轴承复杂。,6,17-2,滑动轴承的结构,一、径向滑动轴承的结构,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。

3、,7,滑动轴承的结构,2,剖分式径向滑动轴承,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,。,8,3,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。,9,二,.,推力滑动轴承结构,环形轴端,单止推环,式,多止推环,式,实心轴端,10,环形轴端：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比,实心式好。,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

4、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。,11,推力轴承为什么不宜采用端面实心式轴劲，而采用空心端面，,或环状轴劲？,?,端面实心式轴劲工作时，在不同半径处的滑动速度不同，,造成磨损不同。边缘处半径最大，磨损最快，中心处理论,上不磨损，形成压强分布极不均匀。空心端面或环状轴劲,可克服端面实心式的缺点，环面的磨损均匀，压强分布亦,比较均匀。所以推力轴承不宜采用端面实心式，而采用空,心端面或环状轴劲。,12,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

5、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,6 mm,。,13,轴瓦的固定,整体式轴瓦,14,轴承衬,整,体,式,轴,瓦,剖,分,式,轴,瓦,15,16,轴瓦结构：由,13,层材料制成,轴瓦内表面结构,17,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；,18,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,。,19,问：滑动轴承为什么要设置轴瓦？轴承合金能否直接制成轴瓦

6、,?,滑动轴承装设轴瓦的原因是：要求轴瓦常用材料（铜合金）,?,与轴配用时减摩性好、摩擦系数小、轴瓦材料硬度低于轴,劲硬度，使磨损主要发生在轴瓦上。因此，磨损报废后，,更换比更换轴的成本低，而轴承座仍可继续使用。,?,轴承合金包括锡锑和铅锑轴承合金。这类材料的机械强度,低，不能直接制成轴瓦，只能作为轴承衬使用。,20,17.3,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

7、，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,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

8、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。这（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，,?,23,?,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

9、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，）,24,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,17-4,滑动轴承的润滑,干摩擦,液体摩擦,边界摩擦,25,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：

10、,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,。,26,一,.,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=0,U,h,u,x,z,:,du,dz,?,?,?,?,即,剪切,应力,

11、动力,粘度,速度,梯度,h,27,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。,m,2,/s,s,m,/,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,28,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，

12、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。,29,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：,）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。,）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；,30,六、润滑方

13、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,）,B,d,F,3,k,pv,?,31,17-5,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,32,MPa,p,dB,F,p,.,1,?,?,以限制磨损,验算平均压强,二,.,径向滑动轴承的计

14、算,s,m,MPa,pv,pv,pv,/,.,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”,。,B,d,式中：,B,轴承宽度（,mm,）,；,p,轴瓦材料的许用平均压强（,MPa,）。,20000,1000,60,pv,B,Fn,dn,d,B,F,pv,?,?,?,?,?,?,?,Mpa,m/s,33,s,m,v,dn,v,/,1000,60,.,3,?,?,?,?,限制温升及加剧磨损,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,。,34,2,2,0,1.,

15、:,(,),4,F,p,p,MPa,k,d,d,z,?,?,?,?,验算平均压强,0,2.,:,/,30000(,),F,n,pv,pv,pv,MPa,m,s,k,d,d,z,?,?,?,?,?,验算,值,三,.,推力滑动轴承的计算,a),实心式,b),空心式,c),单环式,d),多环式,Z,止推环数。,式中：,d,2,、,d,0,止推轴承环形接触面的外径和内径。,35,17.6,流体动力润滑的基本理论,雷诺方程,y,x,p,?,?,?,?,?,?,?,平衡方程：,代入：,粘度公式,y,u,?,?,?,?,?,?,2,2,),y,u,y,u,y,x,p,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,

16、?,?,?,（,取微单元体受力分析，,x,轴方向,36,2,1,2,y,C,y,C,?,?,?,?,?,1,p,积分得,u=,2,x,代入边界条件：,y=0,，,u=v,；,y=h,，,u=0,流速方程：,y,h,y,x,p,y,h,h,v,u,),(,2,1,),(,?,?,?,?,?,?,?,连续流动方程：任何截面沿,x,方向单位宽度流量,q,x,相等,3,0,12,1,2,h,x,p,h,v,dy,u,q,h,x,?,?,?,?,?,?,?,?,?,设在最大油压,P,max,处，,h=h,0,(,即,0,?,?,?,x,p,时，,h=h,0,),，此时：,0,2,h,v,q,x,?,3,

17、0,12,1,2,1,2,1,h,x,p,vh,vh,?,?,?,?,?,?,37,V,x,y,V,v,V=0,F,油压,p,分布曲线,v,v,0,p,x,?,?,p,0,p,x,?,?,?,0,p,x,?,?,f,0,3,6,(,),p,v,h,h,x,h,?,?,?,?,?,一维雷诺方程：,h,0,为油压最大处的间隙,38,形成流体动力润滑的必要条件：,1.,润滑油有一定粘度；,2.,两摩擦表面有一定相对滑动速度；,3.,两表面形成收敛的油楔；,4.,充足的供油。（最小油膜厚度大,于粗糙度）,楔形效应,0,3,6,(,),p,v,h,h,x,h,?,?,?,?,?,一维雷诺方程：,39,1

18、7.7,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,n,o,1,o,o,1,o,o,1,o,o,1,o,n,n,静止,启动,不稳定运行,稳定运行,R,R,R,R,40,二,.,径向滑动轴承的主要几何参数,.,半径间隙,r,R,?,?,?,.,相对间隙,r,?,?,?,.,偏心距,e,.,偏心率,e,?,?,?,.,最小油膜厚度,min,(1,),(1,),h,e,r,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,h,R,r,O,O,M,h,m,i,n,e,F,O,O,M,e,c,o,s,cos,cos,(1,cos,),h,R,r,e,e,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,

19、?,?,?,;,任一,角处的油膜厚度,41,h,R,r,O,O,M,h,m,i,n,e,F,O,O,M,e,c,o,s,42,三、承载能力和索氏数,S,0,轴承包角，轴瓦连续包围轴颈所对应的角度。,1,+,2,承载油膜角,1,油膜起始角,2,油膜终止角,p=p,max,处：,h=h,0,，=,0,从,O,O,?,起至任意,膜厚处的油膜角。,43,44,当B=，即无限宽轴承时，油沿轴向无流动,3,0,6,h,h,h,v,dx,dp,?,?,?,?,rd,dx,?,),cos,1,(,?,?,?,?,?,h,?,?,?,r,v,转换为极坐标：,得：,?,?,?,?,?,?,?,?,d,dp,3,0

20、,2,),cos,1,(,),cos,(cos,6,?,?,?,?,45,积分一次得任意处的油膜压力,p,：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,d,dp,p,3,0,2,),cos,1,(,),cos,(cos,6,1,1,?,?,?,?,?,?,在,1,至,2,区间内，沿外载荷方向单位宽度的油膜力为：,?,?,?,?,?,?,rd,p,F,),(,180,cos,2,1,1,?,?,?,?,?,?,对有限宽轴承，若不计端泄，油膜承载力,F,为：,?,?,?,?,2,1,1,0,0,3,2,(cos,cos,),cos,180,1,cos,d,B,F,d,d,?,?,?,?,

21、?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),(,.,0,2,?,?,?,?,f,S,Bd,F,?,?,?,?,?,?,S,0,索氏数，无量纲,46,S,安全系数，考虑表面形状不准确和零件变形，S2,一般可取,S=2,；,四、保证液体动力润滑的条件（,充分,条件,）：,),(,),1,(,2,1,min,z,z,R,R,S,r,h,?,?,?,?,?,?,R,z1,、,R,z2,轴颈、轴瓦表面微观不平度的十点高度，,m,?,47,五,.,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

22、生热量润滑油带走的热量轴承散,发的热量,v,p,b,F,c,q,t,Bd,t,?,?,?,?,?,?,?,式中：,摩擦因数；,c,p,润滑油的,比定压热容,，一般为,1680,2100 J/(kg.K),q,v,润滑油的,体积流量,（,m,3,/s,），,a,b,轴承的表明传热系数,t,出油平均温度,t,2,与,进油温度,t,1,之差,（,）；,润滑油的,密度，一般为,850,900,（,kg,m,3,）。,48,液体动力润滑径向滑动轴承的计算,6,其中：,Bd,C,q,q,?,?,v,C,q,流量系数,，与,B/d,和,有关。,?,?,?,C,?,C,摩擦特性系数，与,B/d,和,有关,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,t,1,= 35,45,。,t,?,平均温度：,C,t,t,t,t,t,m,?,?,?,?,?,?,?,75,2,1,),(,2,