第十五章 滑动轴承2008

第15章滑动轴承§15-1摩擦状态§15-2滑动轴承的结构型式§15-3轴瓦及轴承衬材料§15-5非液体摩擦滑动轴承的计算§15-4润滑剂和润滑装置§15-6动压润滑的基本原理§15-8静压轴承与空气轴承简介§15-7液体动压多油楔轴承简介2轴承滑动轴承滚动轴承轴承的功用1、支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度2、减少转轴与支承之间的摩擦和磨损轴承的分类用于特殊场合，如：高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。已标准化，优点多，应用广31.干摩擦固体表面直接接触，因而不允许出现干摩擦！2.边界摩擦§15-1摩擦状态→功耗↑磨损↑温度↑→烧毁轴瓦运动副表面有一层厚度1μm的薄油膜，不足以将两金属表面分开，其表面微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻，f≈0.1~0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。3.液体摩擦摩擦和磨损极轻，f≈0.001~0.01vv41.干摩擦固体表面直接接触，因而不用许出现干摩擦！2.边界摩擦§15-1摩擦状态→功耗↑磨损↑温度↑→烧毁轴瓦运动副表面有一层厚度1μm的薄油膜，不足以将两金属表面分开，其表面微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻，f≈0.1~0.3v有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。3.液体摩擦摩擦和磨损极轻，f≈0.001~0.01vv5在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。§15-1摩擦状态fηn/po边界摩擦混合摩擦液体摩擦摩擦特性曲线无量纲参数n/p称为轴承特性数。—动力粘度，p—压强，n—每秒转数6§15—2滑动轴承的结构形式一、向心滑动轴承根据能承受载荷的方向根据润滑状态轴承座(座体、盖、螺栓或螺柱)、轴套(或轴瓦)液体动压滑动轴承液体静压滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承完全液体润滑滑动轴承向心轴承推力轴承(止推轴承）(径向轴承)组成：(虚拟演示)对开式轴承(整体轴套)整体式径向滑动轴承对开（剖分）式径向滑动轴承zc调心滑动轴承。7薄壁轴瓦厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套§15—2滑动轴承的结构形式轴瓦：8油孔及油槽（油沟）◆目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。◆形式：按油槽数量分——单油槽、多油槽等。§15—2滑动轴承的结构形式轴瓦非承载区内表面。◆位置：9轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。45˚宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.5~1非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.8~1.5§15—2滑动轴承的结构形式10径向滑动轴承的典型结构3二、止推滑动轴承的结构FaFaFaFa止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：◆空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。◆单环式：利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。◆多环式：不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。空心式单环式多环式§15—2滑动轴承的结构形式11轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。一、滑动轴承常见失效形式有：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。§15―3轴瓦及轴承衬材料二、滑动轴承的材料轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，轴承材料性能应满足以下要求：◆减摩性（材料副具有较低的摩擦系数）◆耐磨、耐蚀性、抗胶合能力强◆导热性好、热膨胀系数小◆具有足够的机械强度和可塑性粘附在轴瓦基体上的薄层材料——轴承衬(虚拟演示)对开式轴承(整体轴套)121、轴承合金（白合金、巴氏合金）1）、锡锑轴承合金优点：f小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。缺点：价格贵、机械强度较差；只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。工作温度：t120℃由于巴式合金熔点低2）、铅锑轴承合金性能与锡锑轴承合金相近，但较脆不以承受冲击载荷，一般用于中速中载轴承衬。轴承衬§15―3轴瓦及轴承衬材料132、青铜优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250℃。缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。铝青铜铅青铜锡青铜→中速重载→中速中载→低速重载§15―3轴瓦及轴承衬材料143、具有特殊性能的轴承材料含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。§15―3轴瓦及轴承衬材料15表15-1常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料及其代号铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5铸铝青铜ZCuAl10Fe3[p]Mpa[pv]Mpa.m/s平稳冲击25202015HBS金属型砂型最高工作温度℃轴径硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC150150280280280273090806560110100151581510151512§15―3轴瓦及轴承衬材料16§15-4润滑剂和润滑装置一、润滑剂作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类液体润滑剂----润滑油半固体润滑剂----润滑脂固体润滑剂1.润滑油粘度—重要参数液体层与层之间摩擦切应力：—牛顿液体流动定律实验dydu设计：潘存云oxyydyduAB---液体的动力粘度，简称粘度量纲：力·时间/长度217滑动轴承润滑剂的选择2◆特点：有良好的流动性，可形成动压、静压或边界润滑膜。◆适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。◆选择原则：主要考虑润滑油的粘度。转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。年高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。§15-4润滑剂和润滑装置滑动轴承润滑剂的选择12、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：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。◆选择原则：１）．当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。1.润滑油18２）．所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20～30℃，以免工作时润滑脂过多地流失。３）．在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。§15-4润滑剂和润滑装置3、固体润滑剂及其选择◆特点：可在滑动表面形成固体膜。◆适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中或高温中。◆常用类型：二硫化钼，碳―石墨，聚四氟乙烯等。◆使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。19二、润滑装置1.油杯针阀式油杯旋盖式油杯（脂用）压注式油杯弹簧盖油杯§15-4润滑剂和润滑装置202.油环§15-4润滑剂和润滑装置21不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1一、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：磨损、胶合。◆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，但一般可作间接条件性计算。§15―5非液体摩擦滑动轴承的计算22不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1◆校核内容：１．验算平均压力p≤[p]目的：限制过度磨损。２．验算pv≤[pv]（fpv—摩擦功耗）３．验算v≤[v]（p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应校核滑动速度v）目的：防止滑动速度过高而加速磨损。目的：限制温升，避免胶合。一、失效形式与设计准则46§15―5非液体摩擦滑动轴承的计算23不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2二、径向滑动轴承的设计计算◆已知条件：径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)及直径d(mm)◆验算及设计：１．验算轴承的平均压力p(MPa)][pdBFpB—轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）２．验算pv值][19100100060pvBFndnBdFpvv—轴颈圆周速度，m/s；[pv]—轴承材料的pv许用值，MPa·m/s３．验算滑动速度v(m/s)][vv[v]—材料的许用滑动速度４．选择配合[p]、[v]、[pv]的选择一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6dBF止推滑动轴承的计算§15―5非液体摩擦滑动轴承的计算24⑴宽径比B/d过小，承载能力↓、且油易流失，但散热性好；过大，散热性差、温升↑。一般：B/d=0.3~1.5;⑵由于液体动力润滑滑动轴承在起动和停车时处于不完全液体润滑状态,所以,设计时也要进行p≤[p]、pv≤[pv]的计算。讨论§15―5非液体摩擦滑动轴承的计算25一、动压润滑的形成原理和条件FvF30)1(hyvuyxhFFFv)(212hyyxpu§15―6液体动压润滑的基本原理两平行板之间，不能形成压力油膜！26vh1aah2cc动压油膜----因运动而产生的压力油膜。pmaxvvh0bbFxp30§15―6液体动压润滑的基本原理◆相对运动的两表面间构成收敛楔形。◆楔形空间必须充满一定的粘度的润滑油。◆两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，小口流出。产生动压油膜的必要条件：27二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程◆轴颈静止：两表面间自然形成一收敛的楔形空间。◆不稳定润滑阶段：轴心爬高、轴心漂移。◆液体摩擦状态：油膜建立、油压与外载平衡、轴颈在一定的偏心位置上稳定运转。初始状态稳定工作状态演示爬升状态FFFa§15―6液体动压润滑的基本原理28液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1三、流体动压润滑基本方程对流体平衡方程（Navier－Stokes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，即，)(yu◆流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换；◆忽略压力对流体粘度的影响，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。u―油层的速度。§15―6液体动压润滑的基本原理29液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2在以上假设下，从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的一部分作为单元体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程：)(603hhhvxpFvxyabcoho详细推导§15―6液体动压润滑的基本原理30讨论)(603hhhvxp当h=h0时，),1(,00hyvuxp线性分布，p=pmax；当hh0时，,0xpx，p；当hh0时，,0xpx，p；当h＝h0＝C时，,0xp不能形成动压油膜；若平板运动方向由小端到大端，不能形成动压油膜；由雷诺方程可求出油膜中各点的压力，压力之和为油膜承载能力，正常工作时，油膜承载力与外载荷F相平衡。FvxyabcohoysvFFVyyhxpyhhvu)(21)(