机械设计第 12 章

1、轴承：支承轴颈的部件。分类：径向轴承（向心轴承） ：向心推力轴承（径向止推轴承）：推力轴承（止推轴承） ：承受径向力承受轴向力同时承受径向力和轴向力。按受载方向混合润滑滑动轴承。液体润滑滑动轴承动压润滑静压润滑按润滑状态按摩擦性质滑动轴承滚动轴承 滑动轴承的特点： 承载能力大，耐冲击。 工作平稳、噪音低。 结构简单，径向尺寸小。 液体磨擦滑动轴承f很小；普通滑动轴承f较大； 滑动轴承的设计内容： 决定轴承结构形式； 选择轴瓦和轴承衬材料； 决定轴承的结构参数； 选择润滑剂和润滑方法； 计算轴承工作能力。 滑动轴承应用： 高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、水轮发电机、机床等。 极大型的、极

2、微型的、极简单的场合；如自动化办公设备等。 结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承 受冲击与振动载荷的场合；如轧钢机。整体式轴承：特点：结构简单，成本低廉。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。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。螺纹孔油杯孔整体轴套轴承座整体式径向滑动轴承二剖分式（对开式）径向滑动轴承特点：便于轴的安装，间隙可调整，但结构复杂。螺栓轴承盖轴承座油杯座孔螺母套管上轴瓦下轴瓦对开式轴承(剖分轴套)注：剖分面的垂线与径向力的夹角不得大于35，否则，采用45倾斜剖分式。 应用比较广泛。组成：轴承座、轴承盖、剖分轴瓦、螺柱等；宽径比（B/d）：B/d ，轴承两端磨损 ；三.

3、调心式径向滑动轴承（自位轴承）：当B/d1.5或轴的刚度较小，应使用自动调心轴承。调心式轴承必须成对使用。主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。对轴承材料的要求：（1）失效；主要是磨损，还会出现胶合、疲劳损坏和轴承衬脱落；（2）对轴瓦材料的要求：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；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：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和各种 误差的能力。嵌藏性：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损 的性能。磨合性：指材料消除表面不平度而使轴瓦表面和轴颈表面

4、相互吻合的性质。减磨性：指材料具有较低磨擦阻力的性质；耐磨性：材料抵抗磨粒磨损和胶合磨损的性质。滑动轴承材料金属材料非金属材料轴承合金：铜合金：铝基轴承合金：铸铁：多孔质金属材料：Sn、Pb、Sb、Cu等的合金，又叫巴氏合金或白合金。青铜：黄铜：Cu与Sn、Pb、Al的合金。Al、Sn的合金。灰铸铁、耐磨铸铁。多孔铁、多孔青铜。工程塑料： 酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯。碳-石墨： 电机电刷常用材料。橡胶： 可用水作润滑剂。木材：用于多粉尘的地方。胶合磨损局部损坏疲劳剥落气蚀轴承材料的分类：轴承合金：（白合金、巴氏合金）Sn、Pb、Sb、Cu的合金；以Sn、Pb作软基体，悬浮锑锡（Sb-Sn）及铜

5、锡（Cu-Sn）硬质点，其中硬质点起耐磨；软基体增加材料塑性。特点：综合机械性能好，但是强度略低；常用于中高速、重载场合；常作为轴承衬使用。 青铜： 指铜和锡、锌、铅、铝的合金。 铸锡锌铅青铜有很好的疲劳强度，广泛用于一般轴承； 铸锡磷青铜减磨性和耐磨性都很好，强度高，应用于重载； 铜铅合金具有良好的抗胶合性，自润性好； 比巴氏合金硬、耐磨性好、强度高、跑合性、减磨性比巴氏合金差。 铝基轴承合金：耐蚀性好、减摩性好、疲劳强度高。可部分代替巴氏合金和轴承合金。 多孔质材料： 铁粉或铜粉与石墨粉调匀烧结而成多孔结构 是一种粉末冶金，具有多孔组织； 作为含油轴承，有自润滑性； 有多孔铁（铁石墨）、多

6、孔青铜（青铜石墨）两种； 适用于平稳无冲击及中小速度场合，韧性差。 轴承塑料： 塑料轴承有自润滑性，可用油或水润滑； 优点： f小； 有足够的抗压强度和疲劳强度，可承受冲击载荷； 耐磨性和跑合性好； 塑性好，嵌藏性好； 缺点： 导热性差、线胀系数大； 吸水、油后体积会膨胀；受载后有冷流性等不利于轴承尺寸稳定； 灰铸铁： HT150、HT200； 用于轻载、低速（v13m/s）合无冲击场合。 一.轴瓦的形式和结构按构造分类整体式（又称轴套）剖分式（对开式）按材料分类单材料多材料不便于装拆，可修复性差。 安装和拆卸方便，可修复。 如黄铜，灰铸铁等制成的轴瓦。以钢、铸铁或青铜作轴瓦基体，在其表面浇铸

7、一层或两层很薄的减摩材料（称为轴承衬）。单材料、整体式厚壁铸造轴瓦多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦多材料、对开式厚壁铸造轴瓦 轴承衬的厚度很小，通常不超过 6 mm。二.油孔、油沟和油室：油孔起供油作用，油沟起输送和布油作用；油沟的性质和位置影响轴承中油膜压力分布情况；润滑油应从油膜压力最小的地方输入轴承；油沟不应开在承载区：轴向油沟的开法：单轴向油沟最好开在最大油膜厚度处；对剖分式径向轴承，把油沟开在剖分面处；1)轴向油沟的长度为80%B。周向油沟：适合于载荷方向变动范围超过180度的场合；常设在轴承中部；设有周向油沟的轴承的承载能力低于设有轴向油槽的轴承；轴瓦的定位： 目的：防止轴瓦沿轴向和周

8、向移动。轴瓦一端或两端做凸缘；定位唇（凸耳）轴向定位方法有：（也可做轴向定位）周向定位方法有：紧定螺钉销 钉 轴瓦的应用轴瓦的应用双斜向油槽（用于混合润滑轴承）定位唇凸缘润滑油： 选用原则：主要考虑润滑油的粘度。 压力大、或冲击、变载等工作条件下，应选粘度大的油； 滑动速度高，易形成油膜，应选粘度低的油； 特点：有良好的流动性，可形成动压、静压润滑或边界润滑。 适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。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。表面粗糙或未经跑合的表面，应选粘度高的油；循环润滑、芯捻润滑或油垫润滑时，应选粘度低的油；飞溅润滑

9、应选高品质、防氧化或防乳化的油；低温工作的轴承应选凝点低的油；液体动力润滑轴承的粘度通过计算或类比确定。润滑脂：轴颈速度小于12m/s的滑动轴承可以采用润滑脂； 特点： 无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 适用场合 ：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。 钙基脂只能在60度以下使用； 而钠基脂比钙基脂耐热，但怕水，用在t32：压力循环润滑。 二.滑动轴承的润滑方式选择： 速度低、载荷大、有冲击或间歇运转的滑动轴承；以及脂润滑、油绳润滑及滴油润滑的轴承，工作中处于边界润滑或混合润滑状态。 计算目的：保护边界膜不破裂。 对于边界膜的强度，目前尚无完善的计算方法，常进行条件性计算。u这是混

10、合润滑和固体润滑的主要计算方法；u液体动力润滑用它作初步计算。u这类轴承的承载能力不仅与边界膜的强度和工作温度有关、还与轴承材料、摩擦表面的粗糙度。润滑油的供给量有关。 计算内容： 限制压强 p 、p 值、滑动速度 不超过许用值一.径向轴承：限制轴承的平均压强：， 应限制轴承压强；1.校核：pdBFp 低速或间隙工作的轴承只需进行该项计算； 限制轴承的pv：Bdpv摩擦功耗发热量易胶合限制滑动速度v：当p 较小，p与pv都在许用范围内，也可能因v过高而加速磨损；校核： 限制pv的目的是为了防止温升过高边界膜破坏而引起胶合；校核：19100100060pvBFndndBFpv100060vdnv

11、 注：轴承孔与轴颈的配合一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6 推力轴承：实心端面推力轴颈由于跑合时中心与边缘磨损不均，越靠近边缘部分磨损越快，以致中心压强极高易胶合；因此改成空心轴颈和环状轴可克服此缺点； 载荷很大时可采用多环轴颈，能克服双向载荷； 混合磨擦润滑推力轴承应验算：2100060:30000210006044000202202ddnvpvzddFnddnzddFpvpzddFp速度轴颈平均直径处的圆周 对于多环轴承，各环受力不均，p和pv均应降低50%； 液体动力润滑滑动轴承在起动和停车时处于混合磨擦润滑状态，因此设计时也须进行上述计算。液体摩擦；用润滑油把摩擦表面完全隔开的

12、摩擦；摩擦的性质决定于油的粘度，与摩擦表面的材料无关；获得液体摩擦的两种主要方法：液体静压轴承：在滑动表面间用足以平衡外载荷的压力油分开两表面；液体动压轴承：利用轴颈本身回转时的泵油作用，把油带入摩擦表面间，建立压力油膜而把摩擦面分开。雷诺方程：1)两刚体被润滑油隔开，移动件以v沿 x方向滑动，另一刚体不动； 1）忽略p-效应（压粘效应）一般情况适用，对高副不适用（如齿轮）2）油沿z方向无流动，即无限宽轴承0zpB（无限宽）：一维方程3）层流（一般中高速情况；特高速“湍流”、“紊流”）4）油与表面吸附，一起运动或静止即：油层流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(静止板)5）不计油的惯性力和

13、重力6）油不可压缩：=常数端泄端泄BB为有限宽时：二维方程 假设：:0X0)()(dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydzyxpyu由于：22yuxp 一维雷诺方程： 二维雷诺方程；306hhhvxpxhvzphzxphx633油楔承载机理：结论：油压变化与润滑油的粘度，表面滑动速度v和油膜厚度的变化有关；可求出油膜中各点的油膜压力；正常情况下，油膜承载力应与外载荷相平衡；油膜承载力的建立必须满足条件：油要有一定的粘度， ，承载能力 ；要有相当的相对滑动速度v，v ，承载能力 ；有足够充分的供油量；相对滑动面必须形成收敛间隙； 油楔情况： 在油膜厚度h0左边，而随，因此xpxp0而随

14、，因此xpxp0max00ppxphh，时，在 在油膜厚度h0右边， 而 故油膜必须成收敛性油楔，才能使油楔内各处的油压都大于出口和入口处的压力，产生正压力以支承外载荷。任何截面处h=h0，xp=0，不能产生高于出口、入口处的油压不能承载。进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负压）不能承载，相反使两表面相吸。若二板平行：v若二滑动表面为扩散形：v几何关系：半径间隙：rR rrRee1minrehcos1coscoseerRh 相对间隙： 偏心距e：轴颈中心O偏离轴承孔中心O的距离； 偏心率： ,hmin ， 任意角处的油膜厚度：coscoscoserRheRhrhrAOeRMOAMAoR

15、AmAo故又而动力润滑状态的确定：动力润滑状态的建立过程：当轴颈静止时，轴颈处于轴承孔最低位置，并与轴瓦接触；当轴颈开始转动时，速度极低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈磨擦力方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈在磨擦力作用下沿孔壁向左面爬升；随着转速的增加，轴颈表面圆周速度增加，带入油楔空间的油量增加，这时左侧楔形油膜产生一定的动压力，将轴颈向右浮起； 当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心位置，这时轴承处于液体动力润滑状态，油膜产生的动压力与外载荷F相平衡。 可以认为是由层流转变为湍流的过渡雷诺数（Re）t； 对于高速轻载，若Re ，则流体由层流 变为湍流状态，这时轴承承

16、载能力 ，流量 ，功耗 ，温升 。 校核层流条件： 液体动力润滑的雷诺方程是建立在层流流动的基础上的； 认为雷诺数Re2000时为层流流动； 对于径向轴承，层流必须满足：，13 .41Rev13 .4113 .41承载能力和索氏数S0：轴承包角：轴瓦连续包围轴颈所对应的角度；承载油膜角 ：2100cos1h 偏位角：轴承中心O与轴颈中心O连线与载荷作用线间夹角； 油膜角：从OO连线起至任意油膜处的油膜角： 最小油膜厚度hmin和最大轴承间隙都位于OO连线的延长线上； 在=0处，油膜压力最大，油膜厚度在允许的情况下，相对间隙，都有利于获得满意的承载能力；S0 ，F ； 由于端泄的影响，承载能力比

17、上式低，因此在实际中，常采用二维动力润滑方程的数值解提供的线图进行计算；7)B/d ，端泄量 ，S0 ，承载F ； 有限宽度轴承不考虑端泄时的油膜承载力F：0302180coscos1coscos3211SddBdF BdFS20 索氏数：功耗计算：径向轴承在承载区的磨擦功耗：当B/d一定时，偏心率 ，S0 ，承载能力 ，但hmin ；为安全起见，必须hminhmin；vvqdq3FvFvP)1 ( rhhmin取决于：轴颈和轴承表面的Rz；轴承工作表面的几何形状误差；制造和安装中的对中误差；轴和轴承变形。流量计算：轴承体积流量： 磨擦特性系数。热平衡计算：防止胶合与润滑油品质下降；轴承工作时

18、磨擦功将转变为热量H:一部分被流动的润滑油带走H1；另一部分通过轴承座的温升传递到四周空气中H2；在热平衡状态下，润滑油和轴承温度不应超过许用值； 热平衡条件；H=H1+H2； CmWgCmWfCmWeCmJCdmkgcCkgJCbtttatBdtqCFvbbbppbvp./140)./80)./50)./108 . 1)/900850)./21001680)22236312好：重型轴承及冷却条件良件：中型轴承及普通通风条境中工作的轴承轻型轴承或不易散热环润滑油密度 由上式得： vqBdCpvvBdqCBdFtbvpbvp2 润滑油平均温度： Ctttm752121Cttttttm752112，则QQKtt流量每分钟轴承润滑油体积的油量压力供油润滑时油箱中，0max22 而温升 润 滑 油 入 口 温 度 常 大 于 环 境 温 度 ， 故 取t1=3045C； 由于轴承得发热量主要由流动的油带走，故散热项可不计; 对于压力循环润滑的轴承，常不计散热项； 还应限制轴承的最高温度，即保证液体动力润滑的条件：条件：必须有充分的油量供应到轴承间隙；相对滑动表面能自动形成收敛油楔；保证最小油膜厚度hmin处的表面不平度高峰不直接接触；2)(10211621minminSmRRShdrhzz安全度上式用于非压力供油的液体动力润滑径向