滑动轴承(用)课件.ppt
第十五章 滑动轴承,沈阳航空工业学院,12-1 概述12-2 滑动轴承的结构型式12-3 轴瓦与轴承衬材料12-4 润滑剂与润滑装置12-5 非液体摩擦滑动轴承的计算12-6 动压润滑的基本原理12-7 向心动压轴承的几何关系与承载量计算,12-1 概述,一、轴承的功用,支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；减少转轴与支承间的摩擦与磨损；,二、轴承的类型,三、滑动轴承的工作特点工作转速很高。要求对轴支承的位置特别精确的轴承。可承受重载和较大的冲击与振动载荷。根据装配要求必须做成剖分式的轴承（如：曲轴的轴承）在安装轴承处的径向空间尺寸受到限制时，也常采用滑动轴承。,12-1 概述,四、滑动轴承设计内容,轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计；润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。,12-2 滑动轴承的结构型式,一、向心滑动轴承,整体式径向滑动轴承,结构简单，成本低廉。,因磨损而造成的间隙无法调整。,只能从沿轴向装入或拆出。,特点：,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。,对开式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴套),油孔位置：一般开在非承载区；,12-2 滑动轴承的结构型式,二、止推滑动轴承,空心式,单环式,多环式,12-2 滑动轴承的结构型式,止推轴承一般不采用实心轴承，而采用空心轴承。,空心式：压力分布均匀性。,实心式：边缘v大，磨损快，中间p，压力分布不均。,巴氏合金,固定式推力轴承,可倾式推力轴承,结构特点 在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为612。,12-2 滑动轴承的结构型式,15-3 润滑动轴承的失效形式及常用材料,主要失效形式：,磨粒磨损刮伤咬粘（胶合）疲劳剥落腐蚀,一、滑动轴承的失效形式,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。,15-3 润滑动轴承的失效形式及常用材料,二、滑动轴承轴瓦材料,1、轴瓦材料要求,良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性良好的强度和抗腐能力良好的导热性、工艺性、经济性,15-3 轴瓦及轴承材料,15-3 轴瓦及轴承材料,15-4 轴瓦结构,一、轴瓦的形式和构造,1、常用轴瓦的结构形式,整体式,对开式,整体式轴套,单层、双层、多层材卷制式轴套（钢背+轴衬）,厚壁轴瓦薄壁轴瓦,整体轴瓦,对开式轴瓦,卷制轴瓦,15-4 轴瓦结构,2、轴瓦的定位,目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。,方法：,轴瓦一端或两端做凸缘,定位唇（凸耳）,轴向定位：,15-4 轴瓦结构,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）,三、轴瓦油孔及油槽,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:宽径比小的轴承需开设油孔。油槽:宽径比较大的轴承需开设油槽,单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）,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）,15-4 轴瓦结构,油孔、油槽尽量开在非承载区，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。,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算,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：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。,二、径向滑动轴承的计算,1、验算轴承平均压力p：,2、验算轴承的pV值,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算,目的：防止压力过大，造成边界膜破裂，即防止发生磨损失效,目的：限制轴承的发热量，控制温升，避免胶合失效。,3、验算滑动速度V,目的：防止局部的压强p过大,导致使局部的pV超过许用值,三、推力滑动轴承的计算,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算,例题4、有一不完全液体润滑（混合润滑）的向心滑动轴承，宽径比B/d=0.8，轴颈直径d=60mm，已知轴承材料的许用值为p8MPa，V=3m/s，pV=15MPa.m/s。要求轴承在n1=450r/min和n2=900r/min两种转速下均能正常工作，试求轴承的许用载荷大小。,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算,当 时,解：,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算,所以当 时，最大允许载荷,当 时,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算,。,当n2=900r/min时,最大允许载荷为：,为适应两种转速下工作，设计时取轴承计算载荷,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的计算,。,例3、有一混合润滑（不完全液体润滑）滑动轴承，轴瓦材料用青铜，p8MPa，V=3m/s，pV=15MPa.m/s，轴承载荷F2500N，轴转速n=700r/min，宽径比B/d=0.8，试求此轴承的主要尺寸d 和B。解：,一、液体动压润滑的基本方程,目的：推导出动压轴承承载能力的计算公式 方法：推导：速度分布流量方程雷诺方程 假设：1）流体处于层流状态。2）流体是不可压缩。3）流体的粘度不随压力变化；忽略惯性力及重力。4）流体中的压力沿膜厚方向是不变。5)流体中沿轴承宽度方向无流动。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,如图所示A板运动，B板不动，A、B板Z向无限长（则，Z向压力变化不计），在A、B板间充满流体。在AB间取一单元体，其受力分析如图。,得：,将牛顿粘性定律：代入上式得：,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,推导层流速度分布方程,由 积分得：,当y=h时，v=0,代入（1）式得：,边界条件：当y=0时，v=VA C2=VA,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,流量方程 当无侧漏时，单位时间内流经任意截面上单位宽度面积的流量为：,当p=pmax时，则在该截面流量为,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,当润滑油连续流动时，各截面的流量相等，由此得：,一维雷诺方程,表示了油膜压力P沿着X方向的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度、油膜厚度及其变化有关，利用此式积分，可以求出油膜的承载能力，此方程是计算流体动力润滑滑动轴承的基本方程。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,楔形油膜承载机理,b点，压力取最大值。P=Pmax,油膜沿着x方向各处油压都大于入、出口油压，因而能承受一定的外载荷。,bc段，压力沿着x方向逐渐降低,ab段，压力沿着x方向逐渐增大,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,形成流体动力润滑（即形成动压油膜）的必要条件,两工作表面必须形成楔形空间。两工作表面必须有相对滑动，且润滑油必须大口进，小口出。润滑油必须有一定的粘度，且供油充分。,例题：试分析与判断图中板间流体能否建立压力油膜。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,二、向心滑动轴承形成动力润滑的过程,停车状态,启动状态,稳定运行状态,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,1、几何关系,直径间隙：,半径间隙：,相对间隙：,偏心距：,偏心率：,2、最小油膜厚度：hmin=e r(1-),12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数,Cp与轴承包角，宽径比B/d和偏心率有关,积分一维雷诺方程,推导过程,并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布，可得,(详细说明),3、承载量系数,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,油粘度,轴径角速度,轴承宽度,承载量系数,结论：轴承的承载能力取决于、B/d、B则承载能力F Cp则承载能力F,4、最小油膜厚度 上面已经推导出最小油膜厚度公式:,当hminCp 承载能力F,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,但最小油膜厚度hmin受到轴承表面粗糙度的限制，为确保轴承能处于液体摩擦状态，最小油膜厚度必须等于或大于许用油膜厚度h，即：,式中：RZ1，RZ2：轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。S：安全系数，一般常取S2。,其中：,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,四、轴承的热平衡计算 由摩擦损耗引起轴承的发热量：,轴承散发热量 轴承由于润滑油泄漏带走的热量,轴承表面向外散发热量：,轴承的热平衡计算 热平衡时，Q=Q1+Q2，即：,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,达到热平衡时润滑油温升：,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,p轴承的平均压力（即：压强）润滑油的动力粘度。,式中：耗油量系数。,f 摩擦系数，,随轴承宽径比变化的系数，当B/d1时，=（d/B）1.5；,当B/d1时，=1。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,p轴承的平均压力（即：压强）润滑油的动力粘度。,式中：耗油量系数。,f 摩擦系数，,随轴承宽径比变化的系数，当B/d1时，=（d/B）1.5；,当B/d1时，=1。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,通常是先给定平均温度tm，并由给定的条件计算出t，即可求出入口温升ti。一般当：ti3540时，说明易建立热平衡，轴承承载能力未用尽。ti3540时，说明不易建立热平衡，需增大轴承间隙。ti一般取3540。,六、参数选择）宽径比B/d 一般情况下B/d=0.31.5。宽径比小，有利于提高运转稳定性，增大端泄漏量以降低温升。但轴承宽度减小，轴承承能力随之降低。,润滑油的平均温度：,一般取：,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,B/d端泄漏温升承载能力;B/d承载能力温升润滑油的粘度 一般选取原则:高速、重载B/d取小值 低速、重载B/d取大值。,）相对间隙 相对间隙主要是根据载荷和速度选取:速度V取大值载荷 取小值相对间隙的选取可参照P300的经验公式选取或根据书中的经验值选取。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,）粘度润滑油的粘度对轴承的承载能力、和功耗有很大的影响。润滑油的粘度是由轴承的平均温度决定的，一般假定一个轴承的平均温度（初选），初选粘度，进行初步设计计算。最后再通过热平衡计算来验算轴承入口的温度是否在 3540范围内，否则重新选择粘度再计算。也可根据书中的经验公式选取。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,五、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程,已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。,设计及验算：,保证在平均油温tm下 hmin h,验算温升,选择轴承材料，验算 p、v、pv。,选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙()和润滑油()。,计算承载量系数(Cp)并查表确定偏心率()。,计算最小油膜厚度(hmin)和许用油膜厚度(h)。,计算轴承与轴颈的摩擦系数(f)。,计算轴承温升(t)和润滑油入口平均温度(ti)。,根据宽径比(B/d)和偏心率()查取润滑油流量系数。,详细过程,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,极限工作能力校核,根据直径间隙()，选择配合及轴承和轴颈的尺寸公差。,根据最大间隙(max)和最小间隙(min)，校核轴承的最小油膜 厚度和润滑油入口油温。,绘制轴承零件图,径向轴承承载能力的计算,一维雷诺方程：,将直角坐标转换成极坐标。取轴颈中心O为极点，连心线OO1为极轴,轴承包角,Pmax位置角,油膜起始角,油膜终止角,偏位角,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,3)找出油膜厚度h、h0与极坐标r、之间的关系。由图中O1OA，根据余弦定理可知,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,当油膜极薄时，且研究某一截面的受力（z=c），故 改为,推导轴承承载能力的基本思路：1）先求出任一位置处的油压强 2）再求出微圆弧上的油压力prd=p=p 3）求出该压力沿载荷方向的分量.py=py 4）将py积分,求出该截面上的油漠压力py。5)将py沿z向积分，求出整个轴承中的油膜压力F。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,推导：1）求p,积分得：,2）求微圆弧上的压力,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,3）求该压力沿载荷方向的分量,4）求单位宽度轴承压力,5)油膜总的承载能力 为了求出油承载能力，理论上只需将PY乘以轴承宽度B即可，但在实际轴承中，由于油可能从轴承的两个端面流出，故必须考虑端泄的影响。,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,这时，压力沿轴承宽度的变化呈抛物线分布，而且其油膜压力也比无限宽轴承的油膜压力低，所以乘以C，C的值取决于宽径比B/d和偏心率大小。这样，在角和距轴承中线为z处的油膜压力的数学表达式为：,因此，对有限长轴承，油膜的总承载能力为：,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,式中：Cp:为承载量系数,是一个无量数，取决于轴承包角、B/d，见表12-7。,结论：轴承的承载能力取决于、B/d、B则承载能力F Cp则承载能力F,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,
