机械设计CH12-滑动轴承.ppt

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1、第十二章 滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,轴系零部件,第十二章 滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,滑动轴承原理,：,轴承的作用是支承轴。轴在工作时可旋转，也可静止。,1能承担

2、一定的载荷，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具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。,根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。,一、轴承应满足如下基本要求,二、轴承的分类,根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承(或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。,轴承,向心轴承,推力轴承,但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：,工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承，称为滑动轴承。滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。,滑动轴承与滚动轴承,工作转速很高，如汽轮发电机。,要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。,

3、承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。,特重型的载荷，如水轮发电机。,根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。,在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。,径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。,根据所承受载荷的方向、滑动轴承可分为径向轴承、推力轴承两大类。,根据轴系和拆装的需要，滑动轴承可分为整体式和剖分式两类。,根据工作时相对运动表面间油膜形成原理的不同，液体摩擦滑动轴承又分为液体动压润滑轴承和液体静压润滑轴承，简称动压轴承和静压轴承。,滑动轴承的类型,根据润滑状态，滑动轴承可分为：不完全液体润滑滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。,第十二章 滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴

4、承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,整体式径向滑动轴承,特点：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。,整体式轴承采用整体式轴瓦，整体式轴瓦又称轴套，分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种。,整体式轴瓦,径向滑动轴承的典型结构2,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(剖分轴套),对开式轴承(整体轴套),剖分式轴承采用剖分式轴瓦。为了使轴承与轴瓦结合牢固，可在轴

5、瓦基体内壁制出沟槽，使其与合金轴承衬结合更牢。,剖分式轴瓦,止推滑动轴承,止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。轴颈结构形式：,空心式：接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式好。,单环式：利用轴颈的环形端面止推，用于低速轻载场合。,多环式：可承受双向轴向载荷，但各环间载荷分布不均。,空心式,单环式,多环式,【补充】轴颈摩擦与轴端摩擦,实心式：,空心式：,第十二章 滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑

6、动轴承简介,滑动轴承失效形式,磨损与胶合,疲劳裂纹与剥落,汽车用滑动轴承故障原因的平均比率,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。,滑动轴承的主要失效形式为胶合和疲劳剥落，其他均可预防。,减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。,耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。,抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。,摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。,嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。,此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。,磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互

7、吻合的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。,滑动轴承材料,滑动轴承的失效形式及常用材料3,第十二章 滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,轴瓦可以由一种材料制成，也可以在高强度材料的轴瓦基体上浇注一层或两层轴承合金作为轴承衬，称为双金属轴瓦或三金属轴瓦。为了使轴承衬与轴瓦基体结合牢固，可在轴瓦基体内表面或侧面制出沟槽。,轴瓦的形式和结构,单材料、整体式厚壁铸造轴瓦,多材料、整体式、薄壁轧制轴

8、瓦,整体轴套,卷制轴套,薄壁轴瓦,厚壁轴瓦,多材料、对开式厚壁铸造轴瓦,多材料、对开式薄壁轧制轴瓦,需从轴端安装和拆卸，可修复性差。,可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。,节省材料，刚度不足，对轴承座孔的加工精度要求高。,有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度。,强度足够的材料可直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。,轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。,铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁型。,只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。,轴承衬,目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动。,定位方法：对于轴向定位有,轴瓦一端或两端做凸缘。,轴瓦的定位,定位方法：对于周向定位有,

9、紧定螺钉（也可做轴向定位）,销 钉（也可做轴向定位）,轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。,进油孔,油槽,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：油孔和油槽尽量开在非承载区，以保证承载区油膜的连续性。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，应留有适当的封油面。,滑动轴承的轴瓦结构4,形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。,按油槽数量分单油槽、多油槽等。,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）,第十二章 滑动轴

10、承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,四种滑动摩擦状态,随着科学技术的发展，关于摩擦学的研究已逐渐深入到微观研究领域，形成了微纳米摩擦学理论，引发出许多新的概念，比如提出了超润滑的概念等。从理论上讲，超润滑是实现摩擦系数为零的摩擦状态，但在实际研究中，一般认为摩擦系数在0.001量级（或更低）的摩擦状态即可认为属于超润滑。关于这方面的研究也是目前微纳米摩擦学研究的一个重要方面，同学们应对此给予关

11、注。,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。,校核内容：验算平均压力 p p，以防压溃轴瓦，保证强度；,验算摩擦发热pvpv，限制温升，以防咬粘；,验算滑动速度vv，以防加速磨损。,径向滑动轴承的设计计算,已知条件：外加径向载荷F、轴颈转速n及轴颈直径d。,验算及设计：,验算轴承的平均压力p(MPa),p轴瓦材料的许用压力。,验算摩擦热,pv轴

12、承材料的pv许用值，MPam/s,验算滑动速度v(m/s),v材料的许用滑动速度。,选择配合,可选H9/d9或H8/f7、H7/f6。,基孔制间隙配合,第十二章 滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,四种滑动摩擦状态,随着科学技术的发展，关于摩擦学的研究已逐渐深入到微观研究领域，形成了微纳米摩擦学理论，引发出许多新的概念，比如提出了超润滑的概念等。从理论上讲，超润滑是实现摩擦系数为零的摩擦

13、状态，但在实际研究中，一般认为摩擦系数在0.001量级（或更低）的摩擦状态即可认为属于超润滑。关于这方面的研究也是目前微纳米摩擦学研究的一个重要方面，同学们应对此给予关注。,流体润滑1,v,v,v,【补充】4-4：流体动力润滑原理,流体动力润滑方程的建立,对流体膜压力分布微分方程作如下假设，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；,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

14、”可以“吸收”流质；,流体中的压力在各流体层之间保持为常数。,两次积分得：,若将边界条件：y=0时 u=V，y=h 时 u=0 代入得：,可见，在两板间隙中，任意一点的速度都由两部分组成：一部分为剪切流，在y方向呈线性分布；另一部分为压力流，在y方向呈抛物线分布。,u,u,润滑油单位宽度体积流量,设 h=h0 的截面上，油膜压力最大。此时，油层速度速度呈三角形分布，此处流量为：,整理得到流体动力润滑的一维方程，即一维雷诺方程：,由润滑油的连续性，流经各截面的流量相等，有:,一维雷诺方程：,流体动力润滑的必要条件,相对运动的两表面间构成楔形间隙；,一定粘度的润滑油，且供油充分。,两板间有足够的相

15、对速度，且大截面流入，小截面流出；,hh0时，油膜压力增大；,hh0时，油膜压力降低；,h=h0时，油膜压力最大；,B（无限宽）：一维雷诺方程,B为有限宽时：二维雷诺方程,【例】试分析下图所示四种摩擦副，在摩擦面间哪些摩擦副不能形成油膜压力，为什么?（v为相对运动速度，油有一定的粘度。）,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3,流体动力润滑的过程,轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间隙是公差形成的。,轴颈上作用的液体压力与F相平衡，在与F垂直的方向。,轴颈最终的平衡位置可用偏位角a和偏心距e来表示。,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,径向滑动轴承的几何关系,c偏心率 c e/,为直

16、径间隙 D d,为半径间隙 R r/2,e 为偏心距,相对间隙/r/d,注意hmin h0,高速轻载：偏心率0,低速重载：偏心率1,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,最小油膜厚度：hmin=er(1-c),相对间隙 反映了轴承的结构参数；偏心率 反映了轴承的承载能力。,注意hmin h0,轴承对轴颈的总反力相切于摩擦圆，大小与外载荷相等，方向与转速相反。,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5,1、承载力计算对雷诺方程积分,2、最小油膜厚度验算保证流体润滑,3、热平衡验算防止温升过高,工作能力计算,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5,1、承载力计算：,（12-15）：雷诺方程的极坐标形式（

17、微小角度内的压力增量）,（12-16）：任意转角f处的油膜压力（第1重积分）,（12-17）：油膜压力在外载荷方向上的分量,（12-18）：轴承单位宽度内的油膜承载力（第2重积分）,（12-19）：考虑端泄的影响（即沿z轴方向的流动）,（12-20）：宽度为B轴承的总承载力（第3重积分）,（12-23）：承载量系数Cp（索氏数So）,Cp承载量系数，与轴承包角、宽径比B/d和偏心率c有关。,承载量系数Cp（索氏数So）,因此：动力润滑轴承应保证：hmin h,其中：h=S(Rz1+Rz2),S 安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S2。,2、最小油膜厚度验算：hmin=r(1-

18、c),分析：hmin（偏心率）,轴承的承载能力；但是：hmin不能过小。,对于一般轴承可取为3.2m和6.3m，或1.6m和3.2m。,对于重要轴承可取为0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。,Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。,p.133,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,3、热平衡验算：,润滑油流量系数Cq,滑动轴承的参数选择,）宽径比/,压力大，运转平稳性,承载能力,则常用范围：B/d=0.31.5,宽径比对承载能力的影响,端泄漏量,）相对间隙,F,经验公式：,一般机器常用值,设计时，先设定tm，然后初选，进行初步设计计算

19、。最后通过热平衡验算轴承入口温度ti是否在3545C，否则应重新选择粘度不同的润滑油再计算。计算步骤：1)按轴径转速初估2)计算运动粘度3)选定平均温度tm4)参照手册选定油的牌号5)查资料，重新确定tm时的运动粘度和动力粘度6)验算润滑油的入口温度ti,）粘度,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算7,滑动轴承的设计,第十二章 滑动轴承,12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构型式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,多油楔轴承,流体静力润滑是

20、指借助外部供入的压力油形成的流体膜来承受外载荷的润滑方式。,采用流体静力润滑可在两个静止且平行的摩擦表面间形成流体膜，其承载能力不依赖于流体粘度，故能用粘度极低的润滑剂，且既可使摩擦副有较高的承载能力，又可使摩擦力矩降低。静压轴承转速可极低或极高。,流体静力润滑,其它形式滑动轴承简介2,静压轴承,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；静压轴承在转速够高时也要产生动压效应。,气体轴承,原理：以气体作为润滑介质，可以空气、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。,特点：高转速(100000r/min)、低摩擦、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。,f,轴承特性数n/p,o,边界摩擦,混合摩擦,流体摩擦,滑动轴承摩擦特性曲线,本章小结,不完全液体润滑的计算流体动力润滑机理及计算实验：滑动轴承王老师,