《滑动轴承》PPT课件.ppt

滑动轴承,轴承,滑动轴承,滚动轴承,液体润滑轴承,不完全液体润滑轴承,无润滑轴承,液体动力润滑轴承,液体静力润滑轴承,支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。,轴承的功用,滚动轴承摩擦系数小，起动阻力小，已标准化，选用、润滑、维护都很方便，在一般机器中应用较广。滑动轴承具有一些独特的优点，在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，如工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装(如曲轴的轴承)、以及需在水或腐蚀性介质中工作等条件下，占有重要地位。在轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属刨削机床中应用广泛。,01 摩擦状态,摩擦,静摩擦,动摩擦,滑动摩擦,滚动摩擦,干摩擦,边界摩擦（润滑）,流体摩擦（润滑）,混合摩擦（润滑）,干摩擦,边界摩擦,流体摩擦,干摩擦是指表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦称为边界摩擦，（f=0.1）。当运动副的摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦称为流体摩擦。（f=0.0010.01）当摩擦状态处于边界摩擦及流体摩擦的混合状态时称为混合摩擦。,1，边界摩擦（润滑）状态，f=0.1；3，流体摩擦（润滑）状态，f；13，混合摩擦（润滑）状态。,摩擦学上可用膜厚比来大致估计两滑动表面所处的摩擦（润滑）状态，即：,02 滑动轴承的结构型式,按照承受载荷的方向，滑动轴承可分为：,1）向心滑动轴承又称径向滑动轴承，主要承受径向载荷；2）推力滑动轴承承受轴向载荷。,03 轴瓦及轴承衬材料,根据滑动轴承的工作情况，轴瓦材料应该具备下述性能：1）摩擦系数小；2）导热性好，热膨胀系数小；3）耐磨、耐蚀、抗胶合能力强；4）要有足够的机械强度和可塑性。,一、轴承合金,锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6,铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2,锡锑轴承合金的摩擦系数小；抗胶合性能良好、对油的吸附性强、耐蚀性好，易跑合，是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴轴承。但价格较贵，机械强度较差，只能作为轴承衬材料浇铸在钢、铸铁或青铜轴瓦上。锡锑轴承合金在1100C开始软化。铅锑轴承合金的各方面性能与锡锑轴承合金相近，但它较脆、不宜承受较大的冲击载荷，一般用于中速、中载的轴承。,二、青铜,青铜的强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。可在较高的温度(2500C)下工作。但可塑性差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。青铜可以单独做成轴瓦。为节省有色金属，也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。用作轴瓦材料的青铜，主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜。在一般情况下，分别用于中速重载、中速中载和低速重载的轴承上。,锡青铜：ZCuSn10P1,铅青铜：ZCuSn5Pb5Zn5,铝青铜：ZCuAl10Fe3,三、具有特殊性能的轴承材料,含油轴承用粉末冶金法（经制粉、成型、烧结等工艺）做成的轴承，具有多孔性组织，孔隙内可以贮存润滑油。含油轴承在运转时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油可以使用较长时间，常用于加油不方便的场合。,四、其它轴承材料,在不重要的或低速轻载的轴承中，可采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。橡胶轴承具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可以用水润滑，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、朗合性良好，耐磨、耐蚀，可以用水、油及化学溶液润滑等优点。但导热性差，膨胀系数较大，容易变形，为改善此缺陷，可特薄层塑料作为轴承衬材料粘附在金属轴瓦上使用。,04 润滑和润滑装置,降低摩擦，减轻磨损，防止锈蚀，散热降温、缓冲吸振。润滑脂还具有防止内部的润滑剂外泄，阻止外部杂质侵入的密封作用。,润滑的作用,（一）润滑剂,润滑剂,1、润滑油矿物油、动植物油、合成油、各种乳剂。,2、半固体润滑剂润滑脂，是润滑油和稠化剂的稳定混合物。,3、固体润滑剂石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯,4、气体润滑剂空气,1、润滑油,用作润滑剂的油类有三类：有机油，通常是动植物油；矿物油，主要是石油产品；化学合成油。,（1）粘度表征润滑油的内摩擦特性。,1）动力粘度牛顿粘性液体摩擦定律（简称粘性定律）：在流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比。,1）动力粘度,式中，比例常数，即流体的动力粘度。,动力粘度的单位是：1Ns/m2或1Pas（帕秒）单位换算：1P=0.1Pas，1cP=0.001Pas,2）运动粘度,工程中常用动力粘度（单位为Pas）与同温度下该液体密度（单位为kgm3）的比值表示粘度，称为运动粘度v（单位为m2s）。,单位换算：1St（斯）=1cm2/s=100cSt（厘斯）=10-4m2/s,3）条件粘度,条件粘度是在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的粘度。我国常用恩氏度（0Et）作为条件粘度单位。,流体的粘度，特别是润滑油的粘度，随温度而变化的情况十分明显。压力对流体的影响在一般的润滑条件下不予考虑。润滑油粘度的大小不仅直接影响摩擦副的运动阻力，而且润滑油膜的形成及承载能力有决定性作用。,（2）润滑性（油性）润滑性是指润滑油中极性分子与金属表面吸附形成一层边界油膜，以减小摩擦和磨损的性能。（3）极压性极压性能是润滑油中加入合硫、氯、磷的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能。它在重载、高速、高温条件下，可改善边界润滑性能。（4）闪点当油在标准仪器中加热所蒸发出的油汽，一遇火焰即能发出闪光时的最低温度，称为油的闪点。,（5）凝点这是指润滑油在规定条件下，不能再自由流动时所达到的最高温度。（6）氧化稳定性,润滑脂是润滑油与稠化剂的膏状混合物。根据调制润滑脂所用皂基不同，润滑脂主要有以下几类：(1)钙基润滑脂这种润滑脂具有良好的抗水性，但耐热能力差，工作温度不宜超过55650C。(2)钠基润滑脂这种润滑脂有较高的耐热性，工作温度可达1200C，但抗水性差。比钙基润滑脂有更好的防锈能力。,2、润滑脂,(3)锂基润滑脂这种润滑脂既能抗水、耐高温(工作温度不宜高于1450C)，而且有较好的机械安定性，是一种多用途的润滑脂。(4)铝基润滑脂这种润滑脂具有良好的抗水性，对金属表面有高的吸附能力，故可起到很好的防锈作用。,润滑脂的主要指标,(1)锥(针)入度(或稠度)这是指一个质量为1.5N的标准锥体，于250C恒温下，由润滑脂表面经5s后刺入的深度(以0.1mm计)。它标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。锥入度愈小表明润滑脂愈稠。(2)滴点在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度叫润滑脂的滴点。润滑脂的滴点决定了它的工作温度。润滑脂的工作温度至少应低于滴点200C。,3、固体润滑剂,固体润滑剂有石墨、二硫化钼（MoS2）、聚氟乙烯树脂等多种品种。在超出润滑油使用范围之外才考虑使用，例如在高温介质中，或在低速重载条件下，可将固体润滑剂调合在润滑油中使用，也可以涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者用固结成型的固体润滑剂嵌装在轴承中使用。或混入金属或塑料粉末中烧结成型。石墨性能稳定，在3500C以上才开始氧化，并可在水中工作。聚氟乙烯树脂摩擦系数低，只有石墨的一半。二硫化相与金属表面吸附性强，摩擦系数低，使用温度范围也广(603000C)，遇水则性能下降。,（二）润滑方法,油润滑,滴油润滑,油环润滑,飞溅润滑,压力循环润滑,连续润滑,脂润滑,05 非液体摩擦滑动轴承的计算,维持边界油膜不遭破裂，是非液体摩擦滑动轴承的设计依据。由于边界油膜的强度和破裂温度受多种因素影响而十分复杂，其规律尚未完全掌握，目前采用的计算方法是间接的、条件性的。,一、向心滑动轴承的计算,4、选取滑动轴承的配合：H9/d9、H8/f7、H7/f6,二、推力滑动轴承的计算,a）实心式 b）空心式 c）单环式 d）多环式,例题,一非液体摩擦向心滑动轴承，受径向载荷F=1500N，轴的转速n=2000rpm，轴瓦材料是ZQSn6-6-3（p=8MPa、v=3m/s、pv=12MPa.m/s），设摩擦系数为常数，希望摩擦力矩较小，并要求0.5L/d2。试设计该轴承。,解：,由机械原理知，摩擦力矩Mf为,式中，fv当量摩擦系数；Q作用在轴上的径向载荷（本题以F表示）；r轴的半径，r=d/2,在fv、Q一定的条件下，希望较小的摩擦力矩，即要求该轴承的轴径d较小！,由,得,由,得,由,得,经分析，取B=d=14 mm，此时B/d=1，符合题意。,例题,一非液体摩擦向心滑动轴承，轴径d=100mm，长径比L/d=1，转速n=1200rpm，轴瓦材料是ZQSn10-1（p=15Mpa，pv=15Mpa.m/s），问：该轴承所能承受的最大径向载荷P是多少？,解：,因长径比L/d=1，得L=d=100mm,由,由,可知，该轴承所能承受的最大径向载荷P是23.885KN。,05 动压润滑的基本原理,一、动压润滑的形成原理和条件,动压油膜,形成动压油膜的必要条件是：,1）两工作表面间必须有楔形间隙；2）两工作表面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体；3）两工作表面间必须有相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。,此外，对于一定的载荷F，必须使速度v，粘度及间隙等匹配恰当。,OO1e，称为偏心距，其他条件相同时，工作转速越高，e值越小，即轴承中心越接近轴承孔。,二、液体动压润滑的基本方程,假设：1）z向无限长，润滑油在z向没有流动；2）压力p不随y值的大小而变化，即同一油膜截面上压力为常数（由于油膜很薄，这样假设是合理的）；3）润滑油粘度不随压力而变化，并且忽略油层的重力和惯性；4）润滑油处于层流状态。,取单元体进行受力分析，有：,得,又,因此,积分，得,当y=0时，u=-v，所以,得,流体的连续性原理：流过不同截面的流量应该相等。,bb截面流量,当y=h时，u=0，所以,任意截面上的流量（z方向取单位长）,液体动压润滑基本方程一维雷诺(Reyno1ds)方程,1）两工作表面间必须有楔形间隙（hh0）；2）两工作表面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体；（0）3）两工作表面间必须有相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。（v0）,06 液体动压单油楔向心轴承的设计计算,一、承载量,直径间隙,半径间隙,相对间隙,偏心距,偏心率,最小油膜厚度为,由,得,简化得,（压力最大处油膜厚度）,极坐标形式的雷诺方程,任意位置的压力,压力p在外载荷方向上的分量为,轴承单位宽度上的油膜承载力,考虑端泄的影响,C的值取决于宽径比B/d和偏心率的大小。,对有限宽轴承，油膜的总承载能力为,令,在其它条件不变的情况下，hmin愈小则偏心率愈大，轴承的承载能力就愈大。然而，最小油膜厚度是不能无限缩小的，它受到轴颈和轴承表面粗糙度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差等的限制。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,Rz1、Rz2分别为轴须和轴承孔表面粗糙度十点高度。,二、最小油膜厚度hmin,三、轴承的热平衡计算,轴承工作时，摩擦功耗将转变为热量，使润滑油温度升高。如果油的平均温度超过计算承载能力时所假定的数值，则轴承承载能力就要降低。因此要计算油的温升t，并将其限制在允许的范围内。轴承运转中达到热平衡状态的条件是：单位时间内轴承摩擦所产生的热量Q等于同时间内流动的油所得走的热量Q1与轴承散发的热量Q2之和，即 Q=Q1+Q2,s轴承表面传热系数，取50140W/（m20C）,即,为了达到热平衡而必须的润滑油温度差 t（单位为0C）为,润滑油流量系数；,摩擦系数，,平均温度tm不超过75,若ti3540，则表示轴承热平衡易于建立，轴承的承载能力尚未用尽。此时应降低给定的平均湿度，并允许适当地加大轴瓦及轴颈的表面粗糙度，再行计算。若ti3540，则表示轴承不易达到热平衡状态。此时需加大间隙，并适当地降低轴瓦及轴颈的表面粗糙度，再作计算。,（四）参数选择分析,一般轴承的宽径比B/d在0.31.5范围内。宽径比小，有利于提高运转稳定性量以降低温升。但轴承宽度减小，轴承承载能力也随之降低。高速重载轴承温升高，宽径比宜取小值；低速重载轴承，为提高轴承整体刚性，宽径比宜取大值；高速轻载轴承，如对轴承刚性无过高要求，可取小值；需要对轴有较大支承刚件的机床轴承，宜取较大值。一般机器常用的B/d值为：汽轮机、鼓风机B/d0.31.0；电动机、齿轮变速器B/d0.61.5；机床、拖拉机B/d=0.81.2；轧钢机B/d0.60.9。,1、宽径比B/d,相对间隙主要根据载荷和速度选取。速度愈高，值应愈大；载荷愈大直径大、宽径比小，调心性能好，加工精度高时，值取小值，反之取大值。一般机器中常用的 值为：汽轮机、电动机、齿轮减速器0.0010.002；轧钢机、铁路车辆0.00020.0015；机床、内燃机=0.00020.00125；鼓风机、离心泵 0.0010.003。,2、相对间隙,粘度对轴承的承载能力、功耗和轴承温升都有不可忽视的影响。轴承工作时，油膜各处温度是不同的，通常认为轴承温度等于油膜的平均温度。平均温度的计算是否准确，将直接影响到润滑油粘度的大小。平均温度过低，则油的粘度较大，算出的承载能力偏高；反之，则承载能力偏低。设计时，可先假定轴承平均温度（一般取tm5075），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油温是否在3540之间，否则应重新选择粘度再作计算。,3、粘度,液体动压多油楔轴承简介,在多油楔滑动轴承中，轴瓦的内孔制成特殊形状，目的是在工作中产生多个油楔。形成多个动压油膜，借以提高轴承的工作稳定性和旋转精度。,静压轴承与空气轴承简介,静压轴承是依靠一套给油装置，将高压油压入轴承的间隙中，强制形成油膜，保证轴承在液体摩擦状态下工作。,静压轴承油膜的形成与相对滑动速度无关，承载能力主要取决于油泵的给油压力，因此静压轴承对高速、低速、轻载、重载下都能胜任工作。,