机械设计机械第29章1-22006改

1、第七篇 摩擦学设计概述滑动轴承:利用摩擦原理设计带传动:利用摩擦工作29.1 概述摩擦相互运动表面的作用主要的能量消耗：摩擦损耗机械传动的动力：带传动和摩擦轮传动能量转换的中介，摩擦制动器摩擦学研究摩擦、磨损、润滑的科学分类干摩擦:直接接触, 摩擦系数:0.04 1.5边界摩擦: 两表面运动膜:0.05-0.3流体摩擦: 被流体分离: 0.001-0.01混合摩擦:两者都有第29章 摩擦学设计基础摩擦副摩擦系数润滑油粘度, 相对滑动速度表面压强摩擦特性曲线摩擦特性曲线：n/p 与的关系可以判断摩擦状态。I:边界润滑,II:混和润滑(含弹流润滑)区;III:流体润滑区摩擦特性曲线磨损磨损:造成材

2、料缺失或损伤.超过正常磨损值失效磨损率:磨损过程:按材料的破坏机理分为：粘着磨损表面疲劳磨损磨粒磨损腐蚀磨损时间的磨损量I:跑和磨损区 II:稳定磨损区;III:剧烈磨损区摩擦副的一般磨损过程润滑目的:减小摩擦和降低磨损摩擦副状态混合摩擦/流体摩擦.平行平板流体润滑面积摩擦表面摩擦力:1.2.3.流体没有受挤压,不能 形成压力油膜,不能承载粘性定律F u uy u y润滑流体动压润滑非平行滑动表面 楔形空间有一定压力的流体流体静压润滑利用外部压力源，形成压力垫. p ( x ) 6 u h ( x ) h0 ( x ) xh 3 ( x )润滑剂分类: 流体,气体,固体1.2.性能指标:粘度(

3、动力粘度和运动粘度) 关系：凝点,燃点,油性,滴点,锥入度3. 选用:性能应用场合 ( m 2 / s )第30章 滑动轴承 滑动轴承/滚动轴承 滑动轴承的结构滑动轴承的设计.1滑动轴承的基本特点滑动轴承的工作状态作用: 传递扭矩, 作为机械支承 支持轴运动副:滑动副,两园柱面或两平面具有低副特征传递方式:通过介质(润滑油)直接接触摩擦状态: 流体或混合30滑动轴承的材料结构特点材料要求:(1)足够的强度 (2)良好的塑性(3)减磨性 (4)抗腐蚀性(5)工艺性和经济性结构: 轴瓦与轴承座分开,开有腔表面有抗磨性好的轴承衬29.2滑动轴承的基本特征滑动轴承的分类1)按轴瓦的安装方式:整体式剖分

4、式2)按承载能力分为:径向,轴向,组合型3)按与否径向轴向, 自动擦状态: 混合摩擦,流体摩擦4)设计准则:混合摩擦(非流体润滑)状态的轴承:保证轴瓦材料的使用性能流体润滑轴承:在给定的工况下,构造合理几何特征的轴径和轴瓦,使之在工作中依赖流体压力来承载30.2 滑动轴承的设计轴承承载面平均压强的设计计算防止表面压强影响表面强度而加速磨损:p F p限制:MPaAFp pFMPa对径向轴承:DBp pMPa对推力轴承:(D2 D2 )4211. 非流体润滑状态的滑动轴承D1D2dD2实心端面轴径空心端面轴径环状轴径推力滑动轴承计算模型径向滑动轴承计算模型Bd轴承摩擦热效应的限制性计算1)摩擦功

5、耗:pv pvMPa m / s以转速表示:pv Fn Fn pvMPa601000 B2104 B2)轴承最大滑动速度的条件性计算:v vm / s1. 非流体润滑状态的滑动轴承滑动轴承的几何参数轴径和轴瓦之间的间隙(相对间隙) cm /sr,精度摩擦,取0.004- 0.012,优先选用:H9/d9.H8/f7,D9/h9,F8/H7宽径比:B/DB ,润滑剂一般:0.51.5,不易保持承载区1. 非流体润滑状态的滑动轴承注意:不同的轴承材料其许用值p,pv,v不同低速轴或间隙转动轴的轴承只进行压强校核.流体动压轴承在启动和停车阶段处于混合摩擦状态,所以,设计动压轴承时,也需要进行上述计算

6、.补充题:有一混合摩擦向心滑动轴承,轴径直径d=60mm,轴承宽B=60mm,轴瓦材料ZCuAL10Fe3, 试求: 1)当 F=36000N, n=150rpm, 校核轴承是否满足非流体润滑轴承的使用条件?当F=36000N时,轴的允许转速n=?当n=900rpm时,轴承所允许的载荷F?轴的允许的最大转速nmax试根据以上计算数据画出F-n关系图.流体动压润滑的条件形成流体动压润滑条件的解释滑动轴承的性能指标*流体动压向心轴承的设计*2.流体润滑状态滚动轴承设计流体运动条件满足如下假设:1)上板以速度u运动, 下板不动,液体充满;2)流体与上下表面接触层的运动状态与该表面相同;3)流体处于层

7、流状态满足粘性定律;4)忽略流体惯性力,重力;5)滑动轴承的结构以XOY面为对称,无Z向6)流体具有不可压缩性,忽略粘度的影响7)流体膜很薄,压力沿油膜方向的变化不大,忽略1）流体动力润滑基本方程p p dxxp p dxp前后向压力x dy上下面剪切应力y由x方向的力平衡条件，得px粘性流体定律： y u代入yp 2uxy 21 pu y 22 ycc12xy=0 时，u=v ; y=h 时，u=0， 得积分常数c1、c2h h( 2y )u v() yypxh不计侧漏，沿x方向，任一截面宽度的流量为p h3v h21hqudy12xx0q v hp=pmax处油膜厚度为h0，流量： x02

8、p h3v hv h21012x2p 6 h0hv一维雷诺流体动力润滑方程xh3 h ph3 ) ( v6对x取偏导数：xxx考虑沿z方向的： h p hh33p ) )(x(v 6 二维雷诺流体动力润滑方程： z xzx2）油楔承载机理油压的变化：润滑油的粘度、表面滑动速度、油膜厚度全部油膜压力之和即为油膜的承载能力0hp 6 hvxh3油膜呈收敛楔形，油楔内各处油压都大于和出口处的压力，产生正压力以支承外载两滑动表面平行。平行油膜各处油压与、出口处相等，不能产生高于外面压力的油压支承外载。表明:油膜沿x方向p,大于和出口的p.能产生正压力以承受外载荷.这决定了油膜呈收敛楔形.润滑油要具有一

9、定的粘度两摩擦表面要具有一定的相对滑动速度两表面的相对速度使流体从宽阔一侧流向窄侧 u h/x0);楔形收敛。足够的润滑油，合理设计两板间的最小距离保证足够的润滑油.3）形成流体动压润滑条件:4）向心滑动轴承形成流体动压润滑的过程第一阶段:启动以前第二阶段:启动阶段第三阶段:稳定运转阶段满足流体动压润滑四个条件一维雷诺方程(流体润滑力学方程) p3h u ( h ( x ) h 0 ( x )6 x一维雷诺方程(微分形式):h p h （ x ）3 6 u( x ) x x含义:流体压力沿x方向的变化量与流体的间隙函数,轴承表面速度,流体黏度的关系;对上式,可求出油膜上各点的压力p,再根据压力

10、分布可求出油膜的承载力.雷诺方程的其他形式二维流体润滑力学方程:h3ph3phx ( x ) z ( x ) 6(u1 u2 ) x无限短轴承的雷诺方程phh3z ) 6(u1 u2 ) xz ( 无限长轴承的雷诺方程phh3x ) 6(u1 u2 ) xx ( 流体动压滑动轴承的性能计算 s承载能力:Fpds q3润滑剂流量dldVluRdFu Fu摩擦力和摩擦功耗P:Fu:(不含金属散热)：utCQzv1、几何关系 Dd直径间隙： Rr半径间隙： 偏心率：偏心距：droo1exe/ 相对间隙：AOO1根据余弦定律任意位置的油膜厚度 cosx)r( 1x 1hcos)1）压力最大处油膜厚度2

11、）油膜最小厚度hmin2、油膜承载能力极坐标形式的雷诺方程dpd (f,)从压力区起始角1至任意角进行积分，得任意角处的压力py再求压力在外载荷方向上的分量将上式在压力区内积分（求和），得到轴承承载能力宽度上的油膜 2Z 2 yp1A p引入修正系数A，考虑端泄的影响yB 6rB / 2B / 22p dZ 1F f d f d f dZ油膜能承受的载荷 2123yB / 2 B / 21 3B / 22f d f d f dZS0123BB / 2 11 dBF2F dBS 0S 02S0索氏数 表30-7hmin越小（x越大），B/d越大，S0越大，轴承的承载能F越大。3、最小油膜厚度hm

12、inhmin不能小于轴颈与轴瓦表面微观不平度之和 S (RZ1 RZ 2 )hmin上式与流体动力润滑的三个基本条件流体动力润滑的充分必要条件4、轴承的热平衡计算1）、轴承中的摩擦与功耗dB油层中摩擦力F由粘性定律 2nF摩擦系数：30FFp R F摩擦功耗P :R 摩擦特性系数： 表30-92）、轴承耗油量进入轴承的润滑油总流量Q=承载区端泄流量Q1+ 非承载区端泄流量Q2+ 轴瓦供油槽两端流出的附加流量 Q3轴承泄漏量：VqV: 流量系数。查表3083）、轴承粘度间隙改变，使轴承的承载能力下降会使金属软化发生抱轴事故热平衡条件：时间内摩擦产生的热量H = 端泄润滑油所带走热量H1 + 轴承

13、散发热量H2F u不考虑带走热量： t t( C )t 21cqVVcVqkgo/一C般，)1;26180 Jo:比定容,热J容/(/(kg3:泄漏流,量dmVVttm t1 润滑油平均温度tm2为保证承载要求tm(3545),热平衡易建立，则应降低tm，再行计算。若t180易过热失效，改变相对间隙和油的粘度重新计算5、轴承参数选择1、轴承的平均比压PFBd 表12-1、表12-2/2、宽径比B/dB/d小端泄Q1摩擦功耗和减轻轴颈与轴瓦边缘接触但承载能力B/d应取小值B/d应取大值 / d高速重载轴承低速重载轴承 /r3、相对间隙大Q 大小 但承载能力和运转精度低b小易形成流体膜承载能力和运转精度一般机器中常用 见书本向心滑动轴承的性能参数:1)轴承