哈尔滨工程大学机械设计课件11滑动轴承

1、下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录本本章章目目录录第一节 概述第二节滑动轴承的结构形式第三轴瓦的材料和结构第四节滑动轴承的润滑第五节非流体润滑滑动轴承的设计计算第六节 润滑油的粘度下一页下一页上一页上一页退出退出总目录总目录第七节流体动力润滑的基本理论第八节径向动力润滑滑动轴承设计计算第九节滑动轴承设计参数选择及设计步骤下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录第一节 概述轴承滚动摩擦下运转滚动轴承的摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，在机械中应用广泛，但它的径向尺寸和振动、噪音较大。滑动摩擦下运转除了在简单和低成

2、本要求的场合使用滑动轴承外，滑动轴承主要用于滚动轴承难以满足支承要求的场合：高速度、高精度、大冲击、长寿命要求的场合。滚动轴承滑动轴承下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录滑动轴承面接触，承载能力高，零件数少制造更精确滑动轴承的特点下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录对于大型轴，滚动轴承不好装拆，可采用滑动轴承剖分结构滑动轴承的特点下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录径向尺寸小。在特殊无润滑介质下也能胜任滑动轴承的特点下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录径向尺寸小滑动轴承的特点下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录滑动轴承的分类1）按承载方向的不同，分为径向

3、滑动轴承和推力滑动轴承；2）按轴承工作时的润滑状态，分为流体润滑轴承和非流体润滑轴承。滑动表面完全被油膜分开的轴承称为流体润滑轴承，它按油膜形成方式不同，又可分为流体动力润滑轴承（流体动压轴承）和流体静力润滑轴承（流体静压轴承）；而滑动表面不能完全被油膜分开的轴承称为非流体润滑轴承。本章主要讨论流体动力润滑滑动轴承和非流体润滑轴承的工作原理和设计问题：确定轴承的结构形式；选择轴瓦的材料；选择润滑剂和润滑方法；计算轴承的工作能力。下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录各类滑动轴承下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录1 整体式第二节 滑动轴承的结构形式一、径向滑动轴承的结构形式下一页

4、下一页上一页上一页退出退出分目录分目录2 剖分式下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录3 间隙可调式下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录3 间隙可调式下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录4 自位式球面调心轴承下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录 5 多油楔式下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录二、推力滑动轴承的结构型式1 普通推力轴承下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录2 流体动力推力轴承下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录第三节 轴瓦材料和结构良好的减摩性、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

5、导热性、工艺性、经济性等。一一 对轴瓦材料要求对轴瓦材料要求轴瓦与轴径构成摩擦副，轴瓦的磨损和胶合是其主要失效形式。下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录 多孔质金属材料 轴承合金、铜合金、铸铁、铝基合金。多孔铁、多孔质青铜。酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯。金属材料非金 属材料二二 常用轴瓦材料常用轴瓦材料下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录锡基轴承合金铅基轴承合金类类 型型嵌入性和摩擦顺应性最好 ，易于轴颈磨合，但强度低，价格较贵。特特 点点重载、中高速场合。应应 用用 轴承合金轴承合金下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录 铜合金铜合金特特 点点锡青铜减摩性和耐磨性最好，铅

6、青铜抗粘附能力强，铝青铜强度及硬度较高。应应 用用锡青铜适用于重载、中速场合，铅青铜适用于高速、重载场合，铝青铜适用于低速、重载场合。类类 型型锡青铜铅青铜铝青铜下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录 铸铸 铁铁特特 点点有一定的减摩性和耐磨性，价格低廉，但铸铁性脆、磨合性差。应应 用用适用于低速、轻载和不受冲击的场合。类类 型型灰铸铁耐磨铸铁下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录三、轴瓦结构剖分式整体式单金属双金属下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录轴瓦结构下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录整体式轴瓦轴套一般开有油沟以便润滑下一页下一页上一页上一页退出退出分目录

7、分目录剖分式轴瓦由上、下两半瓦组成。上轴瓦开有油沟以便润滑下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录在轴瓦剖分面处开有较大的油沟（油室）以便稳定供油容纳污物下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录为改善轴瓦的摩擦性能，常在其内表面浇注一层减摩材料，称为轴承衬。为使轴承衬能牢固地粘在轴瓦表面上，常在轴瓦上制出一些沟槽。下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录压力高、滑动速度低时，选择 针入度小的脂；反之，选择 针入度大的脂；润滑脂的滴点一般应高于轴承工作温度2030；在水淋或潮湿的环境下，应选择防水性强的钙基或铝基润滑脂；在温度高时应选用钠基或复合钙基润滑脂，具体可参考表11-3一 润

8、滑脂的选择第四节 滑动轴承的润滑对于要求不高，难以经常供油，或者低速重载以及做摆动运动的非流体润滑滑动轴承，可采用润滑脂。下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录对于非流体润滑轴承可采用润滑脂润滑，也可采用润滑油润滑，选择润滑油牌号可参考表11-4。二 润滑油的选择对于流体润滑轴承均采用润滑油润滑。转速高、压力小时选粘度低的油；转速低、压力大时选粘度高的油；较高温度下工作时用粘度高些的油。具体可参考润滑油产品手册。下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录三、润滑方法润滑方式有间歇润滑和连续润滑两种。脂润滑时，一般采用间歇润滑；用油润滑时，对于低速和间歇工作轴承采用间歇润滑；对于中速中载

9、的轴承应采用连续润滑，对于高速、重载的轴承应采用压力循环润滑。润滑方式及装置的选择主要应根据机器零部件的用途和特点、工作条件、采用的润滑剂及供油量要求等来决定。下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录旋盖式油脂杯润滑下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录三、润滑方法间歇供油压配式注油杯旋套式注油杯下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录针阀式油杯油绳式油杯连续供油下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录压力循环润滑油环润滑高速、重载转速不很高大型设备下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录第五节 非流体润滑滑动轴承的设计计算干摩擦边界摩擦流体摩擦混合摩擦下一页下一页上一页

10、上一页退出退出分目录分目录一、一、 向心滑动轴承的计算向心滑动轴承的计算F径向载荷 （N） B 轴承宽度（） P 轴瓦材料的许用压力 N/mm2 d 轴颈直径（）1）验算轴承的平均压力验算轴承的平均压力p：保证润滑油不被保证润滑油不被挤出，避免工作表面磨损。挤出，避免工作表面磨损。非流体润滑滑动轴承的计算工作表面磨损和因边界油膜破裂而导致的胶合是主要失效形式。因此设计准则为维持边界油膜不遭破裂。 pBdFp下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录2）验算轴承的）验算轴承的pV 值：限制轴承温升，以防胶合。值：限制轴承温升，以防胶合。pv 轴承材料pV 的许用值 N/mm2,m/s3 ） 验

11、算滑动速度验算滑动速度V轴颈转速 （r/min)v许用滑动速度（m/s)向心滑动轴承的计算向心滑动轴承的计算v轴颈圆周速度，即滑动速度 （m/s）n 轴颈转速 （r/min)v vsmmmNpvBnFdnBdFvp/191001000602p下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录Fa轴向载荷（） z推力环的数目d轴环直径d0轴承孔直径k考虑推力环面上有油沟使面积减小的系数， k=0.80.9 p许用压力 （）二、二、 推力滑动轴承的计算推力滑动轴承的计算1）验算轴承的平均压力验算轴承的平均压力() 2202/4mmNpddzkFpa-p下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录）验算轴

12、承的）验算轴承的pV 值值n n轴颈转速(r/min)v v推力环支承面平均直径出的圆周速度(m/s)pvpv的许用值(N/mm2.m/s)3）验算轴承的）验算轴承的v m 值值smmmNpvnFvpa/(d-d0)k30000z2smvndvmm/100060p下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录第六节 润滑油的粘度dydu-一 粘度的定义及粘性液体的牛顿定律粘度液体阻止运动的能力动力粘度FUydyduyxdydu-下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录二 动力粘度的单位1111( )100()PoisePcP=达因 秒克泊（）平方厘米厘米秒泊厘泊国际单位 1帕秒（Pa S)=

13、1千克/米秒（kg/m s)下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录三 运动粘度国际单位：m2/s1托克斯（斯St）=1cm2/s1托克斯（斯St）=100厘斯（cSt） 液体的温度升高，粘度下降液体的温度升高，粘度下降液体的压力增大，粘度增大液体的压力增大，粘度增大下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录第七节 流体动力润滑的基本理论一 流体动力润滑的承载机理 若B板静止不动，板以速度移动,板间各流层的速度呈三角形分布，两板间的油量保持不变1）当两板平行时油膜无承载能力下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录）当两板倾斜时油膜具有承载能力流体动力润滑的基本理论移动件的运动方向是由

14、间隙大的方向移向间隙小的方向如果两端流速相同，流入量流出量假设油不可压缩板宽无穷大产生油压产生油压p入口处流速呈凹形抛物线出口处流速呈凸形抛物线必有一处流速呈直线下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录1）相对运动的两表面间必须形成楔形间隙；形成动力润滑的必要条件：形成动力润滑的必要条件：3）润滑油须有一定的粘度，供油要充分。2）被油膜分开的两表面须有一定的相对滑动速度，其方向应保证润滑油由大口进，从小口出；下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录二、流体动力学基本方程二、流体动力学基本方程条件假设：条件假设：（）忽略油层的重力和惯性；（2）流体为牛顿流体；（3）润滑油不可压缩，向无限

15、长，在向没有流动（4）同一油膜截面上压力为常数；（5）润滑油处于层流状态，忽略压力对流体粘度的影响下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录流体动力学基本方程流体动力学基本方程0-dxdzdyydydzdxxppdxdzpdydz下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录压力沿方向及速度沿方向的变化关系整理后得：由牛顿粘性定律知：流体动力学基本方程流体动力学基本方程yu-22yuxpyxp-下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录对y 积分并取边界条件 油层的速度分布由压力流引起呈抛物线分布的速度流体动力学基本方程流体动力学基本方程由剪切流引起呈线性分布的速度由式22yuxp得：xpy

16、u122hvxphcuhyvcvuy-2, 0,012则时，当则时，当yyhxphyhvu)(21)(-下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录任意截面上的流量Q为：流体动力学基本方程流体动力学基本方程整理后得：一维雷诺方程dxdhvxphdxdxphdxddxdhvdxdqxphvhdyyhyxphyhvudyQxhh60122122)(21)(33300-306hhhvxp-下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录第八节 径向动力润滑滑动轴承设计计算一 动力润滑轴承的油膜形成下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录 动力润滑轴承的油膜形成径向动力润滑滑动轴承设计计算起动阶段不稳

17、定润滑阶段动力润滑阶段下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录二 几何参数d-D直径间隙：偏心距： 1eoo=最小油膜厚度： 半径间隙： rR -drR -hmin-e-e=(1-)=r(1-)rdd相对间隙：de偏心率：下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录油膜厚度()()000cos1cos1rh()()cos1cos1rh()222sincos-eRehr)()(222cos2-hrehreRR -hmin-e-e=(1-)=r(1-)r下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录三 承载能力与承载量系数Cp将一维的雷诺方程应用到径向滑动轴承中：rvrddx轴径转速令()-13

18、02)cos1 (coscos6dp()-302)cos1 (coscos6ddp306hhhvdxdp-下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录承载能力与承载量系数Cp()-2121cosardprdppy y油膜承载能力得到轴承单位宽度上的py从油膜起始角到终止角积分将p在载荷方向的分量为油膜压强1FaOO，称为偏位角，的夹角为与连心线载荷y()()-cos180cosaapppo下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录z因为有测泄，油膜承载能力沿宽度呈抛物线分布承载能力与承载量系数Cp下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录承载能力与承载量系数Cp这是无限宽轴承的油膜承载能力

19、对有限宽轴承的油膜承载能力应加以修正-221BzCpp/yy与宽径比和偏心率有关的轴承端泄对承载能力降低的影响系数()-2121cosardprdppy y下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录有限宽轴承的油膜承载能力润滑油在工作温度下的动力粘度轴径角速度轴承径向载荷B轴承宽度d轴径直径相对间隙-22BBydzpF/CpBdF2轴颈在轴承中位置的函数，它是偏心率、宽径比和轴承包角的函数，查表11-5。无量纲，轴承的承载量系数，。Cp下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录四 最小油膜厚度准则。处，油膜厚度最小在)1 ()1 (180min-reho下一页下一页上一页上一页退出退出分目

20、录分目录最小油膜厚度准则:安全系数，S221zzRR 、分别为轴径和轴承表面粗糙度的十点平均高度)(21zzRRShS hhmin下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录五 热平衡计算。H1端泄带走的热量H1=qct W q端泄总流量，由耗油量系数求得，m3/s； 润滑油的密度850950 kg/m3c润滑油的比热容矿物油C=16752090 J / (kg)t润滑油的温升，是油的出口to与入口温度ti之差值，即t=to-ti流体动压滑动轴承工作时摩擦功耗热量温度粘度间隙改变，使轴承的承载能力下降；另温升过高会使金属软化发生抱轴事故，所以要控制温升，对轴承进行热平衡计算。热平衡时条件：单位

21、时间内摩擦产生的热量H等于同一时间内端泄润滑油所带走热量H1和轴承散发热量H2之和。H=H1+H2 下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录热平衡计算:将F=dBp代入得达热平衡润滑油的温升:单位时间内轴承由轴颈和轴承壳体散发的热量H2s轴承表面传热系数，由轴承结构和散热条件而定50W/（m2）轻型结构轴承 80W/（m2）中型结构，一般散热条件 1400W/（m2）重型结构，加强散热条件热平衡时：H=H1+H2，得:tdBHspa2tdBtcqfFvspavvBdqcpftspa下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录热平衡计算: 润滑油平均温度：由于轴承中各点温度不同，从入口（ti）到出口（to）温度逐渐升高的，因而轴承中不同处润滑油粘度不相同，所以计算承载能力时，采用润滑油平均温度时的粘度。 为保证承载要求tm(3545),表示热平衡易建立，轴承的承载能力尚未充分发挥，则应降低tm，并充许加大轴瓦和轴颈的表面粗糙度，再行计算。b)若ti80轴承易过热失效，（措施）改变相对间隙和油的粘度重新计算直至ti、to满足要求为止。下一页下一页上一页上一页退出退出分目录分目录第九节 滑动轴承参数选择及设计步骤1 轴承平均压强pp轴承尺寸运转平稳轴承损坏轴承的平均比压p较大，有利于提高轴承平稳性，减小轴承的尺寸但p过大，油层变薄，对轴承制造安装精度要求提高，轴承工作表面易破坏