机械设计滑动轴承CH.ppt
12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构形式,12-4 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-5 滑动轴承润滑剂的选用,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的条件性计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,第十二章 滑动轴承,12-3 轴瓦的结构,12-1 滑动轴承概述,轴承的功用支承轴,1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保证轴的回转精度,一、轴承应满足如下基本要求：,二、滑动轴承的分类,按受载方向不同，分为：,径向轴承（向心轴承）：,径向止推轴承（向心推力轴承）：,推力轴承（止推轴承）：,承受径向力,承受轴向力,同时承受径向力和轴向力。,12-1 滑动轴承概述,二、滑动轴承的分类,按受载方向不同，分为：,径向轴承（向心轴承）：,径向止推轴承（向心推力轴承）：,推力轴承（止推轴承）：,承受径向力,承受轴向力,同时承受径向力和轴向力。,按润滑状态不同，分为：,混合润滑滑动轴承。,液体润滑滑动轴承,动压润滑静压润滑,滑动轴承概述2,概 述,三、滑动轴承的特点,高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、水轮发电机、机床等。,极大型的、极微型的、极简单的场合；如自动化办公设备等。,4受冲击与振动载荷的场合；如轧钢机。,3结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承,四、滑动轴承的应用场合,1承载能力大，耐冲击；,2工作平稳，噪音低；,3结构简单，径向尺寸小。,12-2 滑动轴承的主要结构形式,一、径向滑动轴承的结构,整体式径向滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中,磨损后间隙无法调整；只能沿轴向装拆。,常用的滑动轴承已经标准化，可根据使用要求从有关手册中合理选用。,观看动画,滑动轴承的结构2,滑动轴承的结构,剖分式（对开式）径向滑动轴承,特点：便于轴的安装，间隙可调整，但结构复杂,注：剖分面的垂线与径向力的夹角不得大于35否则，采用45倾斜剖分式。,应用比较广泛。,观看动画,3调隙式径向滑动轴承,特点：便于调整间隙，但结构复杂。,4调心式径向滑动轴承（自位轴承）,特点：轴瓦能自动调整位置，以适应轴的偏斜。,注：调心式轴承必须成对使用。,当轴倾斜时，可保证轴颈与轴承配合表面接触良好，从而避免产生偏载。,主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。,滑动轴承的结构,观看动画,滑动轴承的结构4,二、止推滑动轴承的结构,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：,环形轴端：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式好,单止推环式：利用轴颈的环形端面作为止推面，结构简单，润滑方便，可承受单向轴向载荷。广泛用于低速、轻载的场合。,多止推环式：承载能力大，可承受双向轴向载荷。但各环间载荷分布不均匀。,环形轴端,单止推环式,多止推环式,止推滑动表面的基本尺寸，见表121。,滑动轴承的结构,滑动轴承的轴瓦结构1,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,整体式（又称轴套）,剖分式（对开式）,按材料分类,单材料,多材料,不便于装拆，可修复性差。,安装和拆卸方便，可修复性好。,如黄铜，灰铸铁等制成的轴瓦。,以钢、铸铁或青铜作轴瓦基体，在其表面浇铸一层或两层很薄的减摩材料（称为轴承衬）,单材料、整体式厚壁铸造轴瓦,多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦,多材料、对开式厚壁铸造轴瓦,轴承衬的厚度很薄，通常不超过 6 mm,12-3 轴瓦的结构,滑动轴承的轴瓦结构3,二、轴瓦的定位,目的：防止轴瓦沿轴向和周向移动。,轴瓦一端或两端做凸缘；,定位唇（凸耳）,轴向定位方法有：,（也可做轴向定位）,周向定位方法有：,紧定螺钉,销 钉,轴瓦的结构,滑动轴承的轴瓦结构4,原则：,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（用于混合润滑轴承）,2）对液体动压润滑轴承，油槽应开在非承载区。,1）油槽沿轴向不能开通，以防止润滑油从端部大量流失。,3）对混合润滑轴承，油槽应尽量延伸到最大压力区附近,为把润滑油导入轴承的工作面，在轴瓦上开设：,还起储油和稳定供油的作用，用于大型轴承。,滑动轴承的结构,三、油孔及油槽,汽车用滑动轴承故障原因的平均比率,一、滑动轴承常见失效形式有：,还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。,12-4 滑动轴承的失效形式及材料,滑动轴承的材料,二、滑动轴承的材料,轴承材料是指轴瓦和轴承衬的材料。,1）减摩性、耐磨性、耐蚀性要好；,2）抗胶合能力强，导热性、散热性好；,顺应性：材料通过表层的弹、塑性变形 来补偿轴承滑动表面接触不良的能力。,嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而 减轻轴承滑动的刮伤和磨粒磨损的性能。,磨合性：轴瓦与轴颈表面应易于磨合，从而改善摩擦面的接触状况。,1.对轴承材料性能的要求：,3）具有足够的强度，主要包括疲劳强度和抗压强度；,4）具有良好的适应性，主要包括：,2.常用材料：（见表122）,滑动轴承的材料3,12-5 滑动轴承润滑剂的选用,一、润滑材料,特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。,适用场合：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。,1.润滑油,特点：有良好的流动性，可形成动压、静压润滑或边界润滑。,适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。,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。,高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,润滑油牌号表,2.润滑脂,根据轴颈直径 d 和轴的转速 n 查表124润滑油选择,1）固体润滑剂,用于有特殊要求的场合，如要求环境清洁、真空或高温等。,常用的有：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。,使用方法：1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；,润滑脂的 选择原则：）当压力高和滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；反之，选择针入度大的润滑脂。,）所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。,润滑脂牌号表,可根据轴承的压强、圆周速度和工作温度选择润滑脂，见表147。,3.其它润滑材料,3）渗入轴承材料中或成型后镶嵌在轴承中使用。,2）或调配到润滑油和润滑脂中使用；,润滑剂和润滑方法,润滑剂和润滑方法3,2）水,主要用于橡胶轴承或塑料轴承。,3）固体润滑剂,如：汞、液态钠、钾、锂等，主要用于宇航器中的某些轴承。,4）气体,主要是空气，只适用于轻载、高速轴承。,二、润滑方法,是指将润滑剂送入轴承的方法，主要有：,可根据系数 K 查表123选择润滑方法。,（p=F/Bd轴承的压强（MPa）,润滑剂和润滑方法,12-6 滑动轴承的条件性计算,速度低、载荷大、有冲击或间歇运转的滑动轴承；以及脂润滑、油绳润 滑及滴油润滑的轴承，工作中处于边界润滑或混合润滑状态。难以产生完全的承载油膜,设计准则：维持边界膜不破裂。,条件性计算内容：限制压强 p、pv 值、滑动速度v不超过许用值,失效形式：,磨损胶合,12-6 滑动轴承的条件性计算,一、径向滑动轴承的计算,已知条件：径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)轴颈直径d(mm),限制轴承的平均压强 p,式中：B轴承宽度（mm）；p轴瓦材料的许用平均压强（MPa），查表123。,避免轴瓦过度磨损,限制轴承的 pv 值,式中：v 轴颈的圆周速度（m/s）,验算滑动速度 v(m/s),式中：v材料的许用滑动速度，见表122。,注：轴承孔与轴颈的配合一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,p、v、pv 的选择,pv 轴承材料的许用值（MPam/s），见表125,滑动轴承的条件性计算,避免轴瓦胶合,二、止推滑动轴承的计算,限制平均压强 p,式中：d2、d1止推轴承环形接触面的外径和内径。,考虑油槽使承载面积减小的系数，其值0.850.95。,Z止推环数。,滑动轴承的条件性计算,注意：设计时液体动压润滑轴承，常按上述条件性计算进行初步计算。（动压润滑轴承在起动和停车阶段，往往也处于混合润滑状态）,2限制 值,vm止推环平均直径dm=(d2+d1)/2 处的圆周速度。,滑动轴承的条件性计算,12-7 液体动力润滑径向轴承的计算,一、流体动力润滑的基本方程,对y积分：,根据边界条件：,当y=0时，u=v；当y=h时，u=0,1、油层的速度方程：,呈线性分布，由剪切流引起的,呈抛物线分布，由压力流引起的,2、润滑油的流量：,当无侧泄时，单位宽度面积的流量为：,设在压力最大处，油膜的厚度为h0,由于各截面的流量相等，因此,(f)=(g),（12-8）一维雷诺方程,2、润滑油的流量：,整理得：,动压润滑基本方程：,压力沿方向增大,压力沿方向减小,1）两表面必须能形成收敛的楔形间隙,2）两表面之间必须有一定的相对运动速度 使大口带入油，小口带出油,3）两表面之间必须连续充满具有一定粘 度的液体,形成流体动压润滑的条件：,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程,径向滑动轴承能满足形成流体动力润滑的条件,形成动力润滑的过程：,演示,起动阶段,油膜产生的动压力与 外载荷F 相平衡,轴的转速越高，则 e 越小。,当n时，e0,反向时，如何画图？,摩擦阻力最小,三、径向润动轴承的主要几何关系,pmax,B,轴颈直径 d,轴承直径 D,直径间隙 D d,半径间隙 R r,/2,偏心率 e/；,相对间隙/r,/d,最小油膜厚度：,=r(1),偏心距 e,hmin=e=(1),三、径向润动轴承的主要几何关系,直径间隙 D d,半径间隙 R r,相对间隙/r,/2,/d,偏心率 e/；,任意位置处油膜的厚度h：,pmax,A,、0,压力最大处的油膜厚度h0：,1、2,0,h,四、径向润动轴承工作能力计算简介,计算的目的：校核参数选择的合理正确性,初定轴承结构参数和润滑油参数，,通过计算，若参数选择的合理，绘制轴承的工作图；否则重选有关参数计算,计算的内容：,计算的过程：,轴承的承载能力最小油膜厚度热平衡计算,rcos,h=rcos,dx=rd,1、轴承的承载量计算和承载量系数,求任意位置 处的压力,求单位轴承宽度承载力,压力p 在外载荷方向上的分量：,应考虑端泄的影响,此时，压力沿宽度方向呈抛物线分布,式中：,又由式（12-21）得：,Cp承载量系数；无量纲；查表12-6,油的动力粘度；Ns/m2,B轴承宽度；m,F外载荷；N,v轴颈圆周速度；m/s,设计时，已知F、d、n()，选择 B、，求所需要的承载量系数,滑动轴承形成动压润滑的充分条件：,2、最小油膜厚度,重要轴承：Rz1=0.8 m，Rz2=1.6 m。或 Rz1=0.2 m，Rz2=0.4 m。,一般轴承：Rz1=2.5 m，Rz2=6.3 m。或 Rz1=1.6 m，Rz2=3.2 m。,Rz1，Rz2轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度,3、轴承的热平衡计算,热平衡条件：摩擦功耗产生热量=轴承的散热量,摩擦功（发热量）：,散热量：,轴承表面散发的热量：,润滑油带走的热量：,热平衡条件：,平均温度,如给定平均温度，则控制入油口温度：,返回例题,五、参数选择,已知：F、d、n()，选择 B/d、。,1、宽径比 B/d（0.3 1.5）,B/d 大（B大），轴承承载能力高；但B/d 过大时，轴承温升高。,B/d 小，运转平稳性好，端泄量大，轴承温升低,承载能力低,五、参数选择,1、宽径比 B/d（0.3 1.5）,高速重载轴承，温升高，B/d 取小值,低速重载轴承，为提高轴承刚性，B/d 取大值,高速轻载轴承，B/d 取小值；,要求刚性大，B/d取大值,B/d：汽轮机、鼓风机 0.31；电动机、发电机、离心泵 0.61.5；机床、拖拉机 0.81.2；轧钢机 0.60.9,不同 B/d 时轴向和周向油膜压力分布,小，轴承承载能力高；,过小，轴承温升高,h下降。,2、相对间隙,转速高时，取大值；载荷大时，取小值。,：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,B/d 小，加工精度高时，取小值；反之，取大值。,选取原则,3、粘度,高，轴承承载能力高，但轴承温升大。,当高或B大时，可以选低些。,初估油的动力粘度公式：,液体动力润滑径向滑动轴承的计算9,六、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(CF)并查表确定偏心率()。,计算最小油膜厚度(hmin)并判定是否能实现液体润滑。,计算轴承与轴颈的摩擦系数(f)。,计算轴承温升(t)和润滑油出油平均温度(t2)。,根据宽径比(B/d)和偏心率()查取润滑油流量系数。,详细过程,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算10,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,液体动力润滑径向轴承的计算,其它形式滑动轴承简介1,12-8 其它形式滑动轴承简介,一、无润滑轴承和自润滑轴承,无润滑轴承：工作时外界不提供润滑剂的轴承。,自润滑轴承：当无润滑轴承材料本身就是固体润滑材料时，或轴瓦中 含有润滑介质，这种无润滑轴承常称自润滑轴承。,二、多油楔滑动轴承,固定轴瓦多油楔轴承,可倾轴瓦多油楔轴承,详细说明,详细说明,其它形式滑动轴承简介2,12-8 其它形式滑动轴承简介,三、液体静压轴承,原理：依靠液压系统供给压力油，压力油在轴承腔内强制形成压力油膜，以隔开摩擦表面。,特点：在任何转速和预定载荷下轴承均处于液体润滑状态；轴颈与轴承不直接接触，轴承对材料要求低，寿命长；油膜刚性大，有良好的吸振性，运转平稳；需要一套供油设备。,四、气体润滑轴承,原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为润滑介质。,分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。,详细说明,特点：高转速(n 100000r/min)、低摩擦损失、无污染、承载能力低。,应用：高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆等场合。,当y=0时，u=v当y=0时，u=0,边界条件：,返回,
