机械设计10.5

1、10-5 10-5 液体动压滑动轴承的设计计算液体动压滑动轴承的设计计算uxyzUxy轴瓦轴瓦tdxdzdy)dxdzdy)dxdzy y( ( pdydzdydzdxxpp)( 0dxdzdyydydzdxxPpdxdzpdydztttxyzUxyyxptxddydzyut22yuxpxyzUxyxp uxupyhyhyhU2)() )- -( (h22yuxpxpyu12221221CyCyxpuUuy,00,uhyUF油压 p 的分布UxupyhyhyhU2)() )- -( (hyx0 xpyuQhd0yxpyhyhyhUhd02)()(xphUh 122320Uh)()(603hxh

2、xhUxp油膜压力油膜压力最大处的最大处的油膜厚度油膜厚度UUFU)()(603hxhxhUxph0hUxy0hmaxpxyhxupyhyhyhU2)() )- -( (x xp p 22yuxp 22yuxp vxy0hmaxpxh0 xp 0 x xp p 0 xp h)()(603hxhxhUxp nFfpn边界摩擦边界摩擦混合摩擦混合摩擦液体摩擦液体摩擦非液体摩擦非液体摩擦形成形成油膜油膜F直径间隙直径间隙=D-d0 nFDd三、径向滑动轴承承载能力计算三、径向滑动轴承承载能力计算相对间隙：相对间隙：rd 半径间隙：半径间隙：2rR直径间隙：直径间隙：=Dd偏心距偏心距emaxe0mi

3、ne偏心率偏心率= =e= e = (1 ) = r (1 )Ddeminhcos)180cos(0ehrehrRcoserRh coscos = =r coscos )(603hhhUxp相对间隙：相对间隙：= =/ /r rRheFh0hr cos cos 00h= =r coscos )(603hhhUxpddrU dx=rd 30)cos1 ()cos(cos6rrrrddp pF h302)cos1 ()cos(cos6ddp1 1、求任意位置、求任意位置 处油膜压力处油膜压力p p F 1 22 2、求、求单位轴承宽度单位轴承宽度 承载力承载力p py y3 3、求、求有限宽度有限

4、宽度 承载力承载力F F302)cos1 ()cos(cos6ddp一次积分一次积分: : 求任意位置求任意位置 处油膜压力处油膜压力p p dddpp1)(F 1 2求求单位轴承宽度单位轴承宽度承载力承载力p py yp r d acos(180o-( + a)21py = =py)( 221BzC d dz2/Bz2/B 22BBFF F = =zBzCBrBFaBBd)2(1 d)cos( d)cos1 ()cos(cos6230222121zBzCBSoaBBddd)2(1 )cos( )cos1 ()cos(cos323022121So轴承索氏数轴承索氏数zpySodBF2So轴承索

5、氏数轴承索氏数 无量纲积分常数无量纲积分常数 So(a, , B/d )So = =eeedBFSo 2设计时，已知设计时，已知F、d、n()，选择选择 B、 ，求所需要的求所需要的承载量系数承载量系数查出偏心率查出偏心率 So计算出计算出 = = - -e = = - - minh求出偏心距求出偏心距 e = = ）21minmin(RzRzSheh四、最小油膜厚度四、最小油膜厚度hmineminh）21minmin(RzRzSheh S安全系数安全系数S22Rz1轴颈轴颈表面微观不平度十点高度；表面微观不平度十点高度；Rz2轴瓦轴瓦表面微观不平度十点高度。表面微观不平度十点高度。fFvH

6、isttdBHoa2ittcQHo121HHHitotvvBdQcpftttsio a a )(550. pfCtttimo752平均温度平均温度itot如给定平均温度如给定平均温度 ，则控制入口油温度则控制入口油温度： mtCtttomi45352六、参数选择六、参数选择已知：已知：F、d、n()，选择选择 B/d、 。1、 宽径比宽径比B/ditotdB/d 大（大（B大）大） ，轴承承载能力高轴承承载能力高但但B/d 过大时，过大时，轴承温升高轴承温升高。SodBF2So（ , B/d ）不同不同 B/d 时轴向和周向油膜压力分布时轴向和周向油膜压力分布 小，小，过小，过小，高高, 下降

7、下降2、相对间隙相对间隙n()高时，高时， 应选应选大大些；些；时，时， 应选应选小小些。些。 2SodBF30)(6hhhUxph0h25. 03108 . 0v一般情况下，可按经验公式估取：一般情况下，可按经验公式估取：一般机器常用的相对间隙一般机器常用的相对间隙：应用应用场合场合汽轮机汽轮机电动机电动机减速器减速器轧钢机轧钢机铁路机车铁路机车机床机床内燃机内燃机鼓风机鼓风机离心机离心机0.0010.0010.0020.0020.00020.00020.00150.00150.00020.00020.001250.001250.0010.0010.0030.0033、 粘度粘度 高，轴承承

8、载能力高，但轴承温升大。高，轴承承载能力高，但轴承温升大。当当高或高或B大时，大时， 可以可以选选低低些。些。SodBF2sPa 6/7311060/n例题例题: 10-1 P259已知：已知：F=120,000N，d=180mm, n=800r/min。设计：某设计：某机床主轴机床主轴-流体动压润滑轴承流体动压润滑轴承1、确定轴承结构型式、确定轴承结构型式2、确定轴承宽度、确定轴承宽度B 选择选择B/d=1轴承宽度轴承宽度B=180mm剖分式滑动轴承剖分式滑动轴承3、计算轴承的、计算轴承的 p、pv v 、v vsmMPapsmdnMPadBFp/./. 927547735471000607

9、3vv为什么为什么设计设计液体动压轴液体动压轴承还要保证承还要保证非液体摩擦非液体摩擦轴承对轴瓦轴承对轴瓦材料的要求材料的要求？4、选选轴瓦材料轴瓦材料（表表10-1，P240）选选30ZCuPb vvvvps/mMPa9.27ps/m54.7pMPa7.3p 5、选选润滑油及粘度润滑油及粘度(设设tm=50o)sPan02901060800106067316731. /初定初定润滑油的平均温度润滑油的平均温度Ctm0,50sPa 027050.选用选用 LAN46 润滑油，图润滑油，图10-14a（线性插值）（线性插值）0013. 0108 . 025. 03v6、选择相对间隙选择相对间隙，

10、计算轴承索氏数，计算轴承索氏数 确定偏心率确定偏心率 So查粘度查粘度查偏心率查偏心率7582. 06325. 24516. 36325. 2767. 2)75. 08 . 0(75. 0 767. 218. 045. 7027. 020013. 0120000222vBFSo 7 7、计算、计算minhmmm 1 28028. 0)7582. 01(0013. 02/80)1(2)1(min dhm RzRzSh19)3.62.3(2(21min）minminhh ,故可实现液体动压润滑。故可实现液体动压润滑。选定表面粗糙度：选定表面粗糙度：轴颈表面：轴颈表面：Rz1=3.22m轴瓦表面：轴

11、瓦表面：Rz2=6.33m计算润滑油的温升计算润滑油的温升vvBdQcpftttsia)(0计算摩擦系数计算摩擦系数 f550. pf11 ,/ dB=0.002192=0.002192查耗油量系数查耗油量系数0100130550107300130788302706.f计算润滑油的温升计算润滑油的温升vvBdQcpftttsia)(0查耗油量系数查耗油量系数Ctttmi07 .3827 .22502 一般要求一般要求轴承的热平衡条件满足要求。轴承的热平衡条件满足要求。Cti04535Cto7 .2254. 70013. 0140142. 09001800107 . 3)0013. 0/0021

12、9. 0(6 1010、计算耗油量、计算耗油量QQvBdvBdQQ18. 018. 054. 70013. 0142. 0)/sm( 3045000. 0)/scm( 345)ml/s( 451111、选择配合、选择配合按初选的直径间隙按初选的直径间隙 = d d =0.0013=0.0013180=0.234mm180=0.234mm最大最大相对间隙相对间隙最小最小相对间隙相对间隙00104018018800014901802680.minminmaxmax ddmm188. 0mm268. 0minmax 最大直径间隙最大直径间隙最小直径间隙最小直径间隙加工安装后加工安装后有可能形成有可能

13、形成选选配合配合f8080F7/d7f8080F7( ) ,f8080d7( )083. 0043. 0145. 0185. 0平均间隙平均间隙需要分别按需要分别按最小最小相对间隙相对间隙00104. 0min 最大最大相对间隙相对间隙00149. 0max验算验算轴承的承载能力轴承的承载能力（hmin hmin ）和）和热平衡条件。热平衡条件。maxmax =0.00149，So=3.635，hmin26m，t19.8minmin=0.00104，So=1.771，hmin32m，t30.4如果如果轴承的承载能力不足，即轴承的承载能力不足，即 hmin hmin 可采取的措施可采取的措施 ?

14、m m=0.0013，So=2.767，hmin28m，t22.7。1 1）提高提高；2 2）加大加大B、d ；vBFdBFSo2223 3）提高）提高 或或 v；4 4）调整相对间隙）调整相对间隙；2d = =- - minh- - 5) 5) 降低轴承表面粗糙度，减小降低轴承表面粗糙度，减小 hmin 。如果如果可采取的措施：可采取的措施：1 1）减小）减小B/d；使；使Q3 3）降低）降低；t t , , f4 4）加强散热）加强散热a as s 。2 2）加大加大相对间隙相对间隙；加大润滑油的流量加大润滑油的流量减少发热量减少发热量增加散热量增加散热量vvBdQcpftttsia)(0

15、相对间隙相对间隙润滑油流量润滑油流量Q油的平均温度油的平均温度mtminhmtminhQ的优化值域的优化值域相对间隙相对间隙对对 和平均温度和平均温度 的影响的影响minhmt其他条件不变，外载荷其他条件不变，外载荷F增大增大,对滑动轴对滑动轴承有何影响？承有何影响？10-6 10-6 其他类型滑动轴承简介其他类型滑动轴承简介一、多油楔滑动轴承一、多油楔滑动轴承二、流体静压滑动轴承二、流体静压滑动轴承节流器：节流器：具有阻尼；具有阻尼；调压。调压。经常启动，换向回经常启动，换向回转、低速、重载或转、低速、重载或有冲击载荷的机器。有冲击载荷的机器。流体静压滑动轴承优点流体静压滑动轴承优点（1）油

16、膜压力的形成与相对速度无关油膜压力的形成与相对速度无关，承载能力主要取决于油泵的供给压力。承载能力主要取决于油泵的供给压力。因此，静压轴承在高速、低速、轻载、因此，静压轴承在高速、低速、轻载、重载下都能胜任工作。重载下都能胜任工作。 （2）工作时轴颈与轴瓦不直接接触工作时轴颈与轴瓦不直接接触（包括启动、停车等），轴承磨损甚（包括启动、停车等），轴承磨损甚微，故使用寿命长。微，故使用寿命长。 （3）由于是液体摩擦，）由于是液体摩擦，因此启动力因此启动力矩小矩小，效率高。，效率高。 （4）油膜刚性大，油膜刚性大，具有良好的吸振具有良好的吸振性，运转精度高。性，运转精度高。 （5）轴瓦加工精度远低于

17、动压轴承轴瓦加工精度远低于动压轴承。三、气体轴承三、气体轴承 当当轴承转速很高轴承转速很高，若选用液体摩，若选用液体摩擦滑动轴承工作时，将会出现轴承擦滑动轴承工作时，将会出现轴承过热，摩擦损失较大，机器的效率过热，摩擦损失较大，机器的效率降低等问题。此时可考虑采用气体降低等问题。此时可考虑采用气体轴承。轴承。 气体轴承的主要优点是：气体轴承的主要优点是： （1）空气是取之不尽的，而且粘度）空气是取之不尽的，而且粘度极低，约为油的（极低，约为油的（1400015000），），故气体轴承在高转速下工作，其转速故气体轴承在高转速下工作，其转速甚至可达甚至可达百万转百万转。 （2）由于气体的摩擦阻力很

18、小，因）由于气体的摩擦阻力很小，因此功耗小。此功耗小。 （3）空气粘度几乎不受温度变化的空气粘度几乎不受温度变化的影响，故气体轴承可在很大的温度范影响，故气体轴承可在很大的温度范围内工作。围内工作。 :已知已知d=60mm,B=60mm,n=960r/min,轴瓦轴瓦材料的材料的 . s/m12v, s/mMPa30pv,MPa25p 求非液体滑动轴承能承受的径向载荷求非液体滑动轴承能承受的径向载荷F。解：解： 35880N60/3.0160303030 vvvv/dBFsmMPapdBFp vsmdn /.013100060v NdBpFMPapdBFp9000060602525 F=358

19、80N10-1判断题：判断题：1承受双向轴向载荷的推力滑动轴承可采用承受双向轴向载荷的推力滑动轴承可采用多环轴颈结构。多环轴颈结构。2某滑动轴承当轴的转速不变，外载荷的大某滑动轴承当轴的转速不变，外载荷的大小不变而方向变化时，在液体摩擦状态下，小不变而方向变化时，在液体摩擦状态下，轴颈的中心位置是变化的。轴颈的中心位置是变化的。3 对非液体摩擦的滑动轴承，验算对非液体摩擦的滑动轴承，验算pv pv是为了防止轴承过热。是为了防止轴承过热。4动压润滑向心滑动轴承中，最小油膜厚度动压润滑向心滑动轴承中，最小油膜厚度处的油膜压力为最大。处的油膜压力为最大。1一滑动轴承，已知其直径间隙一滑动轴承，已知其

20、直径间隙 =0.08mm，现测得它的最小油膜厚度现测得它的最小油膜厚度hmin=0.021mm，轴，轴承的偏心率承的偏心率应该是应该是_。 （a）0.24 （b）0.475 （c）0.52 （d）0.742推力滑动轴承的止推轴颈通常制成空心式，推力滑动轴承的止推轴颈通常制成空心式，这是为了这是为了_。 （a）减轻轴颈重量）减轻轴颈重量 （b）工艺上的需要）工艺上的需要 （c）减小轴颈接触面积）减小轴颈接触面积 （d）轴颈接触面上压力分布较均匀）轴颈接触面上压力分布较均匀 3含油轴承是采用含油轴承是采用_制成的。制成的。 （a）硬木）硬木 （b）硬橡皮）硬橡皮 （c）粉末冶金）粉末冶金 （d）塑

21、料）塑料 4巴氏合金是用来制造巴氏合金是用来制造_。 （a）单层金属轴瓦）单层金属轴瓦 （b）双层及多层金属轴承衬）双层及多层金属轴承衬 （c）含油轴承轴瓦）含油轴承轴瓦 （d）非金属轴瓦）非金属轴瓦 5在非液体润滑滑动轴承中，限制压力在非液体润滑滑动轴承中，限制压力p值值的主要目的是的主要目的是_。 （a）防止出现过大的摩擦阻力矩）防止出现过大的摩擦阻力矩 （b）防止轴承发生塑性变形）防止轴承发生塑性变形 （c）防止轴承因压力过大而过度发热）防止轴承因压力过大而过度发热 （d）防止轴承过度磨损）防止轴承过度磨损 6设计液体摩擦动压向心滑动轴承时，若通设计液体摩擦动压向心滑动轴承时，若通过热平

22、衡计算，发现轴承温度太高，可通过过热平衡计算，发现轴承温度太高，可通过_来改善。来改善。 （a）减少供油量）减少供油量 （b）增大相对间隙）增大相对间隙 （c）增大轴承宽径比）增大轴承宽径比 （d）改用粘度较高的润滑油）改用粘度较高的润滑油 8设计动压向心滑动轴承时，若宽径比设计动压向心滑动轴承时，若宽径比B/d取得较大，则取得较大，则_。 （a）轴承端泄量小，承载能力高，温升低）轴承端泄量小，承载能力高，温升低 （b）轴承端泄量小，承载能力高，温升高）轴承端泄量小，承载能力高，温升高 （c）轴承湍泄量大，承载能力低，温升高）轴承湍泄量大，承载能力低，温升高 （d）轴承端泄量大，承载能力低，温

23、升低）轴承端泄量大，承载能力低，温升低 作业：作业：学习指导学习指导 108页页 2-10-11题题表10-6 索莫非尔德数 So （a a 180）返回返回例题表表 107 推荐的轴承宽径比推荐的轴承宽径比 返回返回轴承名称轴承名称B/dB/d轴承名称轴承名称B/dB/d汽车及航空活塞发动机曲轴主汽车及航空活塞发动机曲轴主轴承轴承0.751.0.751.7575铁路车辆轮轴支承铁路车辆轮轴支承1.82.01.82.0柴油机曲轴主轴承柴油机曲轴主轴承0.62.00.62.0汽轮机主轴承汽轮机主轴承0.41.00.41.0柴油机连杆轴承柴油机连杆轴承0.61.50.61.5冲剪床主轴承冲剪床主轴承1.02.01.02.0机床主轴承机床主轴承0.81.20.81.2电动机主轴承电动机主轴