滑动轴承2003

滑动轴承本章重点1、一维雷诺方程、油楔承载机理及相关概念2、形成流体动力润滑条件和过程3、径向滑动轴承的设计计算和承载能力计算4、滑动轴承结构和材料选用原则滚动轴承滚动摩擦标准互换性好滑动轴承轴承液体摩擦f小动压润滑静压润滑不完全液体摩擦边界摩擦混合摩擦§1概述一、摩擦状态干摩擦——无润滑剂、保护膜边界摩擦—金属表面有吸附膜流体摩擦—润滑膜将两面完全可隔开混合摩擦—干摩擦、流体摩擦混合状态一、滑动轴承特点油膜承载减振性、抗冲击性好；回转精度高，极限转速高；承载能力大；寿命长；可剖分；设计、润滑较繁琐二、滑动轴承应用n高支承精度高重载（特重型轴承）振动、冲击载荷装配要求必须剖分式轴承特殊条件下工作轴承径向尺寸小滑动轴承三、滑动轴承结构径向滑动轴承整体式对开式整体式对开式对开滑动轴承四、滑动轴承的失效形式1、磨粒磨损2、刮伤3、胶合重载时，高温，油膜破坏4、疲劳剥落轴承衬材料的剥落5、腐蚀五、轴承材料及轴瓦结构轴承材料：轴瓦和轴承衬材料1、对轴承材料的要求1）减磨性、耐磨性、抗胶合2）摩擦顺应性、嵌入性、磨合性3）强度、抗腐蚀4）导热性、工艺性、经济性2、常用轴承材料1）轴承合金（巴氏合金、白合金）软基体（锡基、铅基）——塑性增加硬晶粒（锑锡Sb-Sn、铜锡Cu-Sn）——抗磨作用特点：嵌入性、摩擦顺应性最好，抗胶合性好强度低，适宜制作轴承衬2)铜合金铜合金（青铜黄铜合金）——较高的强度，较好的减磨性、耐磨性锡青铜——减磨性、耐磨性最好，硬度高，磨合性、嵌入性差，重载、中速。铅青铜——抗粘附能力强，高速、重载铝青铜——强度、硬度较高，抗粘附能力差3）铝基合金——耐腐蚀性好，疲劳强度较高摩擦性较好4）灰铸铁及耐磨铸铁——具有减磨性、耐磨性，性脆、磨合性差，轻载、低速5）多孔质金属材料——不同金属粉末压制、烧结而成——吸油（自润滑性）——含油轴承韧性小，平稳、无冲击中低速6）非金属材料塑料、碳—石墨、橡胶、木材等3、轴瓦结构1）轴瓦的形式和构造整体轴套卷制轴套对开式轴瓦2）轴瓦的定位轴瓦轴向、周向定位3）油孔及油槽单轴向油槽双轴向油槽周向油槽（载荷方向变化大）不完全液体摩擦六、润滑1、润滑脂——要求不高、无法常供油、低速重载2、润滑油1）油的粘度——油的流动阻力牛顿粘性定律：在流体中任一点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比yη——动力粘度绝对单位制（C.G.S）：1dyn·s/cm2——1P（泊）1P=0.1Pa·s1P=100cP（厘泊）2）动力粘度单位国际制单位（SI）：长、宽、高各1米的液体，上下板相对滑动速度1m/s，需要的切向力为1N时，即η=1N·s/m2（1Pa·s—帕·秒）国际制单位（SI）：m2/s绝对单位制（C.G.S）：St（斯）1St=1cm2/s=100cSt=10-4m2/s1cSt=10-6m2/s=1mm2/s油的牌号：新国标GB443-64规定：40℃时的ν中心值——牌号3）运动粘度ν:s/m)m/kg()sPa(233、零件润滑方法（P51）旋套式油环润滑油芯油杯针阀油杯旋盖式油脂杯§2不完全液体润滑滑动轴承设计计算不完全液体润滑滑动轴承——混合摩擦状态（边界摩擦、液体摩擦）失效形式：磨损（磨粒磨损、粘着磨损）疲劳破坏计算准则：边界膜不破坏1、平均压力pp高——油易被挤出aMPpdBFpB——轴承宽度v——轴径的圆周速度（滑动速度）3、验算滑动速度v——防止局部pv值超过[pv]2、验算轴承的pv值——限制发热量smMPpVB19100Fn100060dndBFpVasmVV适用场合：低速、重载、间歇工作、要求低的轴承§3流体动力润滑径向滑动轴承设计计算一、流体动力润滑的基本方程1、假设条件：1）流体为牛顿流体；2）流体的流动是层流；3）忽略压力对流体粘度的影响；4）惯性力、重力不计；5）流体不可压缩；6）在油膜厚度方向上，压力不变。2、方程推导dxdzdxdzy)(pdydzdydzxpp)(推导思路：1）∑X=0yxp2）牛顿定律对y求导，代入①y①得22yvxp②3）对y积分两次xpyv122②式1)(1Cyxpyv212)(21CyCyxpv4）代入边界条件y=0,v=Vy=h,v=0dxdzdxdzy)(pdydzdydzxpp)(剪切流——动板的V引起——线性分布压力流——由p沿x方向变化引起——抛物线分布流速方程xpyhyhyhVv2剪切流压力流6）各界面流量相等——一维雷诺方程p=pmaxh=h0时流量5）流量方程hvdyQ0xphVhQ122320VhQ20VhxphVh1223一维雷诺方程036hhhVxp3、油楔承载机理hh02）两板平行h=h00dxdp0dxdp0dxdph=h0hh0A0能承载0dxdpP=01）两板倾斜，V由大到小A=0不能承载036hhhVxp3）改变速度方向hh00dxdp0dxdp0dxdph=h0hh0A0不能承载4、形成流体动力润滑的必要条件1）两运动表面间具有楔形间隙；2）两表面应有相对速度，速度的方向是将油由大口带向小口；3）润滑油应有一定的粘度，且要充分036hhhVxp二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程n=0n≈0Ff与n反相n0形成油膜FFnFn三、几何关系和承载量系数1、几何关系直径间隙dD动压形成压力分布动压润滑过程相对间隙半径间隙2rRrd偏心率ee——偏心距最小油膜厚度11minreh极坐标系中ΔOO1A求任意一点油膜厚度OO1AφaφaφOO1AφRr+hcos2222hrehreR任意一点油膜厚度cos1cos1rh压力最大处油膜厚度22sin1cosReRehr00cos1h2、承载量系数推导思路1）将直角坐标系的雷诺方程转换极坐标系2）求任意位置的油膜压力——①式从φ1到φ积分dx=rdφV=rω302cos1coscos6ddp①dp1302cos1coscos6036hhhVxpaaypppcos180cos03）pφ在F方向上的分量pφy——②OO1Aφaφaφddrrdprdppaayycoscos1coscos6cos21121213023）求单位宽度上的油膜承载能力——②式从油膜起始角φ1到终止角φ2积分4）考虑轴承端泄，引入C’进行修正。2''21BzCppyy5）轴承总的承载能力——沿轴承宽度积分dzBzCddrdzpFaBByBB2'302/22'2221coscos1coscos62111引入CppCdBF2η——油在工作温度下的动力粘度N.s/m2V——轴径圆周速度m/sB——轴承宽度mψ——相对间隙F——外载荷NCp——承载量系数无量纲VBFdBFCp2221、Cp——承载量系数是轴径位置函数2、Cp与包角α、相对偏心率χ、宽径比B/d有关α一定，要点dB,Cp3、Cp——表12-7适用条件：非承载区供油；流体动压力在180°内产生4、相对间隙ψ小，F大pCdBF2五、最小油膜厚度hmin1、hminh1r)1(ehmin2z1zminRRShh2、保证液体摩擦条件——两摩擦面不直接接触Rz1、Rz2——两表面的粗糙度S——安全系数S≥2e热平衡计算目的：温度高，粘度下降，承载能力降低。热平衡状态的条件：单位时间内（摩擦）发热量=同时间内散热量发热量H散热量六、轴承的热平衡计算油带走的热量H1轴承散发的热量H221HHHWfpVHWttcQHi01WttdBHi0s2fpVittcQ0WttdBis0Q—耗油量c—比热容t0—出口温度ti—入口温度αs—表面传热系数CVVBdQcppfttt0si0温升VBdQ——润滑油流量系数无量纲图12-16f——摩擦系数平均温度tmC752tttim入口温度2tttmi要点1、上述计算方法适于一般用途的轴承计算，——仅考虑速度供油量，忽略油泵供油，精确性差2、给定tm,计算ti3、ti35-40℃，热平衡易于建立，承载能力富裕；——tm可降低，Rz可加大4、ti35-40℃，热平衡不易建立；——降低Rz，加大间隙七、参数选择1、宽径比B/dB/d—稳定性—承载能力—端泄大，ΔtB/d取值：（0.3-1.5）Δt高——取小值低速重载——取大值（提高支承刚性）高速轻载，刚度要求不高时——取小值2、相对间隙ψV——ψ——Fd调心性精度——ψψB/d经验公式931941060n6731'1060n3、粘度ηη——Ftm——η初选tm=50-75℃4、设计步骤初选η设计热平衡计算——ti=35-40℃八、其他滑动轴承简介三油楔滑动轴承四油楔滑动轴承可倾瓦滑动轴承沿周向展开液体静压滑动轴承例题已知：动压轴承包角α=180°，d=100mm,B=100mm,Δ=0.15mm,Rz1=1.6μm,Rz2=6.3μm,n=750rpm,η50°=0.027Pa·S,tm=50℃求:50℃时轴承的最大承载能力.解:hh1min21zzRRShS≥2取S=2hmin≥15.8μmδ=Δ/2=0.075mm789.0075.08.151][1h查表12-8Cp=3.1914Ψ=Δ/d=0.0015smrnV/925.31000602NCVBFp1386422