机械设计CH12-滑动轴承

第十二章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的主要结构型式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介轴系零部件第十二章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的主要结构型式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介滑动轴承原理：轴承的作用是支承轴。轴在工作时可旋转，也可静止。1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。一、轴承应满足如下基本要求二、轴承的分类根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承(或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。轴承向心轴承推力轴承但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承，称为滑动轴承。滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。滑动轴承与滚动轴承１．工作转速很高，如汽轮发电机。２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。４．特重型的载荷，如水轮发电机。５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。６．在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。７．径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。根据所承受载荷的方向、滑动轴承可分为径向轴承、推力轴承两大类。根据轴系和拆装的需要，滑动轴承可分为整体式和剖分式两类。根据工作时相对运动表面间油膜形成原理的不同，液体摩擦滑动轴承又分为液体动压润滑轴承和液体静压润滑轴承，简称动压轴承和静压轴承。滑动轴承的类型根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。第十二章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的主要结构型式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介整体式径向滑动轴承特点：结构简单，成本低廉。轴承座整体轴套螺纹孔油杯孔因磨损而造成的间隙无法调整。只能从沿轴向装入或拆出。整体式轴承采用整体式轴瓦，整体式轴瓦又称轴套，分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种。整体式轴瓦径向滑动轴承的典型结构2对开式径向滑动轴承特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。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)对开式轴承(整体轴套)剖分式轴承采用剖分式轴瓦。为了使轴承与轴瓦结合牢固，可在轴瓦基体内壁制出沟槽，使其与合金轴承衬结合更牢。剖分式轴瓦止推滑动轴承FaFaFaFa止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。轴颈结构形式：◆空心式：接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式好。◆单环式：利用轴颈的环形端面止推，用于低速轻载场合。◆多环式：可承受双向轴向载荷，但各环间载荷分布不均。空心式单环式多环式【补充】轴颈摩擦与轴端摩擦实心式：空心式：第十二章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的主要结构型式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介滑动轴承失效形式磨损与胶合疲劳裂纹与剥落汽车用滑动轴承故障原因的平均比率此外，滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。故障原因不干净润滑油不足安装误差对中不良超载比率／％38.311.115.98.16.0故障原因腐蚀制造精度低气蚀其它比率／％5.65.52.86.7滑动轴承的主要失效形式为胶合和疲劳剥落，其他均可预防。◆减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。◆耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。◆抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。◆摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。◆嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。◆磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。滑动轴承材料滑动轴承的失效形式及常用材料3第十二章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的主要结构型式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介轴瓦可以由一种材料制成，也可以在高强度材料的轴瓦基体上浇注一层或两层轴承合金作为轴承衬，称为双金属轴瓦或三金属轴瓦。为了使轴承衬与轴瓦基体结合牢固，可在轴瓦基体内表面或侧面制出沟槽。轴瓦的形式和结构单材料、整体式厚壁铸造轴瓦多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦整体轴套卷制轴套薄壁轴瓦厚壁轴瓦多材料、对开式厚壁铸造轴瓦多材料、对开式薄壁轧制轴瓦按构造分类整体式对开式按加工分类铸造轧制按尺寸分类厚壁薄壁按材料分类单材料多材料需从轴端安装和拆卸，可修复性差。可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。节省材料，刚度不足，对轴承座孔的加工精度要求高。有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度。强度足够的材料可直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁型。只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。轴承衬目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。定位方法：对于轴向定位有凸缘轴瓦一端或两端做凸缘。定位唇定位唇（凸耳）轴瓦的定位定位方法：对于周向定位有紧定螺钉（也可做轴向定位）销钉（也可做轴向定位）轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。进油孔油槽F油孔及油槽◆目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。◆原则：油孔和油槽尽量开在非承载区，以保证承载区油膜的连续性。尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的封油面。滑动轴承的轴瓦结构4◆形式：按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。按油槽数量分——单油槽、多油槽等。单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）F双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）第十二章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的主要结构型式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介四种滑动摩擦状态随着科学技术的发展，关于摩擦学的研究已逐渐深入到微观研究领域，形成了微－纳米摩擦学理论，引发出许多新的概念，比如提出了超润滑的概念等。从理论上讲，超润滑是实现摩擦系数为零的摩擦状态，但在实际研究中，一般认为摩擦系数在0.001量级（或更低）的摩擦状态即可认为属于超润滑。关于这方面的研究也是目前微－纳米摩擦学研究的一个重要方面，同学们应对此给予关注。失效形式与设计准则•工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。•失效形式：边界油膜破裂。•设计准则：保证边界膜不破裂。因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关，目前尚无精确的计算方法，但一般可作条件性计算。•校核内容：１．验算平均压力p≤[p]，以防压溃轴瓦，保证强度；２．验算摩擦发热pv≤[pv]，限制温升，以防咬粘；３．验算滑动速度v≤[v]，以防加速磨损。径向滑动轴承的设计计算•已知条件：外加径向载荷F、轴颈转速n及轴颈直径d。•验算及设计：１．验算轴承的平均压力p(MPa)[p]—轴瓦材料的许用压力。２．验算摩擦热[pv]—轴承材料的pv许用值，MPa·m/s３．验算滑动速度v(m/s)[v]—材料的许用滑动速度。４．选择配合可选H9/d9或H8/f7、H7/f6。基孔制间隙配合第十二章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的主要结构型式§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4轴瓦结构§12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介四种滑动摩擦状态随着科学技术的发展，关于摩擦学的研究已逐渐深入到微观研究领域，形成了微－纳米摩擦学理论，引发出许多新的概念，比如提出了超润滑的概念等。从理论上讲，超润滑是实现摩擦系数为零的摩擦状态，但在实际研究中，一般认为摩擦系数在0.001量级（或更低）的摩擦状态即可认为属于超润滑。关于这方面的研究也是目前微－纳米摩擦学研究的一个重要方面，同学们应对此给予关注。流体润滑1vvFvvvh1aah2ccvvh0bbF【补充】§4-4：流体动力润滑原理流体动力润滑方程的建立对流体膜压力分布微分方程作如下假设，以便得到简化形式的流体动力平衡方程。这些假设条件是：◆流体为牛顿流体；◆流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换；◆忽略压力对粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加；◆略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上；◆流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流质；◆流体中的压力在各流体层之间保持为常数。两次积分得：21221CyCyxpv若将边界条件：y=0时u=V，y=h时u=0代入得：可见，在两板间隙中，任意一点的速度都由两部分组成：一部分为剪切流，在y方向呈线性分布；另一部分为压力流，在y方向呈抛物线分布。uu润滑油单位宽度体积流量设h=h0的截面上，油膜压力最大。此时，油层速度速度呈三角形分布，此处流量为：整理得到流体动力润滑的一维方程，即一维雷诺方程：由润滑油的连续性，流经各截面的流量相等，有:一维雷诺方程：流体动力润滑的必要条件◆相对运动的两表面间构成楔形间隙；◆一定粘度的润滑油，且供油充分。◆两板间有足够的相对速度，且大截面流入，小截面流出；Fvxyabcohohh0时，油膜压力增大；hh0时，油膜压力降低；h=h0时，油膜压力最大；B→∞（无限宽）：一维雷诺方程端泄端泄BB为有限宽时：二维雷诺方程【例】试分析下图所示四种摩擦副，在摩擦面间哪些摩擦副不能形成油膜压力，为什么?（v为相对运动速度，油有一定的粘度。）液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3流体动力润滑的过程◆轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间隙Δ是公差形成的。◆轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方向。◆轴颈最终的平衡位置可用偏位角a和偏心距e来表示。Fe液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4径向滑动轴承的几何关系c—偏心率c＝e/δΔ为直径间隙Δ＝D－dδ为半径间隙δ＝R－r＝Δ/2e—为偏心距ψ—相对间隙ψ＝δ/r＝Δ/d注意hmin≠h0h0pmaxe2hminrR0AhO1O1hmaxaF极轴、、、高速轻载：偏心率≈0低速重载：偏心率≈1液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4最小油膜厚度：hmin=δ－e＝rψ(1-c)相对间隙反映了轴承的结构参数；偏心率反映了轴承的承载能力。注意hmin≠h0轴承对轴颈的总反力相切于摩擦圆，大小与外载荷相等，方向与转速相反。h0pmaxe2hminrR0AhO1O1hmaxaF极轴、、、液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算51、承载力计算对雷诺方程积分2、最小油膜厚度验算保证流体润滑3、热平衡验算防止温升过高工作能力计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算51、承载力计算：（12-15）：雷诺方程的极坐标形式（微小角度内的压力增量）（12-16）：任意