《滑动轴承》PPT课件.ppt

滑动轴承是一种工作在滑动摩擦状态下的轴承，其基本结构包括轴瓦和轴颈。滑动轴承主要用于滚动轴承难以满足工作要求的场合，如高转速、长寿命、低摩擦阻力、承受大的冲击载荷、低噪声和无污染等场合。,基本要求,重点难点,主要内容,基本要求：,1.掌握以不完全液体润滑径向滑动轴承和液体动压润滑径向滑动轴承的计算。 2.掌握滑动轴承的类型、结构、轴瓦材料等基本知识。 3.了解轴承参数，如宽径比、相对间隙、偏心率、最小油膜厚度等大小对轴承性能的影响，掌握选取原则。,不完全液体润滑径向滑动轴承和液体动压润滑径向滑动轴承的计算,液体动力润滑的基本方程式,重点：,难点：,17.1 概述,17.2 径向滑动轴承的主要类型,17.3 滑动轴承的材料,17.4 轴瓦结构,17.5 轴承润滑材料,17.6 润滑方法,17.7 滑动轴承的条件性计算,17.8 液体动力润滑的基本方程式,17.9 液体动力润滑径向轴承的计算,（1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；(2）减小转轴与支承间的摩擦和磨损。,17.1 概述,2、分类,1、功用：,轴承分类,流体摩擦、边界摩擦、混合摩擦必须在一定润滑条件下实现，所以常称为液体润滑、边界润滑和混合润滑。 当载荷很大、工作温度很低或很高时，常用石墨、二硫化钼等润滑剂润滑，称为固体润滑。,17.1 概述,本章主要讨论混合润滑轴承和液体润滑轴承。,3、摩擦种类,4、滑动轴承的应用,5、滑动轴承设计内容 1）决定轴承的结构型式； 2）选择轴瓦和轴承衬材料； 3）决定轴承结构参数； 4）选择润滑剂和润滑方法 5）计算轴承的工作能力。,17.1 概述,组成： 轴承座（常为铸铁）、轴套（开油孔，内表面开 油沟以送油） 优点：结构简单。用于低速、载荷不大、间歇工作的机器上 缺点：磨损间隙无法调整，轴颈只能从端部装入，对中间轴颈的轴无法安装。,图17.1整体式径向滑动轴承,17.2 径向滑动轴承的主要类型,17.2.1 整体式,图17.2 剖分式径向滑动轴承,17.2.2 剖分式,剖分面,17.2 径向滑动轴承的主要类型,轴承剖分面： （最好与载荷垂直）多数是水平，也有倾斜的。常为阶梯形，以便定位与防止错动。,主要参数之一： 宽径比（B/d）：轴承宽度与直径之比。,宽径比（B/d）1.5，可以采用自动调心轴承。,17.2.2 剖分式,17.2.3 自动调心轴承,球,轴瓦可自动调位 适应轴颈在轴弯曲 时所产生的倾斜。,17.3.1 对轴承材料的要求,17.3 滑动轴承的材料,轴承材料：轴瓦和轴承衬的材料。,选用何种材料，取决于失效形式。,主要失效形式是轴瓦磨损、疲劳损坏及轴承 衬脱落。,1）强度、塑性、顺应性和嵌藏性；2）磨合性、耐磨性、减摩性好；3）耐腐蚀；4）润滑性能和热化学性；5）工艺性；6）经济性。,17.3.2 轴承材料的分类,1)金属材料,2）多孔质金属材料,3）非金属材料,轴承合金，青铜（表17.1）,粉末冶金材料,塑料、橡胶、硬木等。,常用材料,17.4 轴瓦结构,17.4.1 轴瓦和轴承衬,整体式轴瓦,轴瓦的固定,为改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内表面上浇注一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。,17.4.1 轴瓦和轴承衬,轴承衬背上的沟槽形式,轴承衬的厚度应随轴承直径的增大而增大，一般由十分之几毫米到6mm .,17.4.2 油孔、油沟和油室,油室：起贮油、稳定供油的作用。,常见油沟的形状见图17.6(非承载轴瓦),17.4.1 轴瓦和轴承衬,油孔： 用来供油,油沟输送和分 布润滑油；轴向 油沟较B小。,图17.7 不正确的油沟会降低油膜的承载能力,油沟位置不能开在 承载区,17.4.2 油孔、油沟和油室,轴向油沟也可开在轴瓦剖分面上，但轴向油沟应较轴承宽度短，以免油从油沟端部大量流失。,17.4.2 油孔、油沟和油室,17.5 轴承润滑材料,润滑的目的：,减小摩擦功耗、降低磨损率，同时还起冷却、防尘、防锈以及吸振等作用。,常用的润滑材料：,主要物理及化学性能指标：,17.5.1 润滑油,选择轴承用油的粘度时，应考虑轴承压力、滑动速度、摩擦表面状况、润滑方式等条件。,粘度、黏度指数、油性、闪点、凝点、酸值、残碳量等。对于动压润滑轴承，粘度是最重要的指标，也是选择用油的主要依据。,润滑油粘度,润滑油层流流动,液体的动力粘度,1.粘度单位,切向力与速度梯度成正比。,长宽高各1m的液体，上、下平面发生1m/s相对速度需要的切向力为1N时，该液体的粘度为1Pa.s即1N.s/m2,运动粘度,m2/s,17.5.2 润滑脂,轴颈速度12m/s可采用脂润滑。 润滑脂是用矿物油与各种稠化剂（钙、钠、铝等金属皂）混合制成。其稠度大，不易流失，承载力也较大，但物理和化学性质不如润滑油稳定，摩擦功耗大，不宜在温度变化大或高速下使用。工业上应用最广的润滑脂是钙基润滑脂 。,向轴承供应润滑油或润滑脂的方法。,17.6 润滑方法,17.6.1 油润滑,间歇供油：用油壶或油杯供油，见图17.9。连续：供油比较可靠，连续供油方法见图17.10。,润滑脂只能间歇供油。润滑杯（黄油杯）是应用最广的脂润滑装置。也常用黄油枪向轴承补充润滑脂。,17.6.2 脂润滑,润滑方式的选择：根据系数k选定。,k216针阀式注油油杯润滑； k1632油环或飞溅润滑； k32压力循环润滑。,用润滑脂，油杯润滑；,17.6.2 脂润滑,润滑杯（黄油杯）是应用最广的脂润滑装置。也常用黄油枪向轴承补充润滑脂。,17.7 滑动轴承的条件性计算,磨粒磨损、粘着磨损、刮伤、轴承衬剥落、腐蚀。,对于工作要求不高、v较低，载荷不大，难以 维护等条件下工作的轴承，往往设计成非流体摩 擦滑动轴承（混合润滑轴承）。,主要失效形式：,防止失效的关键在于能否保证轴颈和轴瓦间形成一层边界油膜。,混合润滑轴承的设计计算，主要是在轴承 直径d和宽度B确定以后，进行工作能力的计算： 验算p、pv、v是否超过许用值。,17.7 滑动轴承的条件性计算,17.7.1 径向轴承,设计时，一般已知d，n（r/min）和轴承 载荷F。按如下步骤：,1、根据工作条件、使用要求，确定轴承 结构形式，并按表17.1、17.2选轴承材料； 2、选B/d，求出B； 3、验算工作能力。,1) 限制轴承平均压强p 为防止过度磨损,2）限制轴承pv,MPa,3) 限制滑动速度v,轴承材料的最高许用p、v、pv 值见表17.1、17.2。常用机器径向轴承的 p、v，pv见表17.4。,17.7.1 径向轴承,17.7.2 推力轴承,结构如图17.12所示。用来承受轴向载荷。,图17.12 普通推力轴颈,当与径向轴承联合使用时，可承受复合载荷。a)实心端面轴颈；b)空心端面轴颈;c)环状轴颈；d)多环轴颈。,混合摩擦润滑推力轴承，应验算p、pv,（17.5）,（17.6）,17.7.2 推力轴承,多环轴颈，各环受力不均匀，p、pv应降低50 .,液体动力润滑轴承在起动、停车时处于混合摩擦状态，所以设计时也需进行上述计算。,17.7.2 推力轴承,1) 在滑动表面间用足以平衡外载的压力输入润滑油，人为使两表面分离。用这种方法来实现液体摩擦的轴承称为液体静压轴承； 2)利用轴颈本身回转时的泵油作用，把油带入摩擦面间，建立压力油膜而把摩擦面分开，用此方法实现液体摩擦的轴承称为液体动压轴承。,17.8 液体动力润滑的基本方程式,获得液体摩擦的有两种方法：,17.8.1 雷诺润滑方程式,设：1)忽略压力对油粘度的影响；2)油沿z向 无流动；3)油为层流流动；4)油与工作表面 吸附牢固；5)不计油惯性力、重力；6)油不 可压缩等。,17.8.1 雷诺润滑方程式,据X方向的平衡条件得：,12-7积分得：,17.8.1 雷诺润滑方程式,上式整理后得：,将,对Y求导代入上式：,（12-7）,（12-6),1.油层的速度分布,，,边界条件：y0，u=v；yh, u0，求得：,将C1、C2代入上式，得到：,分析任一截面沿x方向单位宽度流量,（a）,2.润滑油流量,17.8.1 雷诺润滑方程式,设油压最大处间隙,在此截面上,（b）,连续流动时，流量不变（a）（b），得到：,（17.7）,17.8.1 雷诺润滑方程式,一维雷诺动力润滑方程式,17.8.2 油楔承载机理,由,油压变化与，v，油膜厚度变化有关。,由式17.7，可求任一位置处的油膜压力p， 整个油膜压力之和即为油膜承载能力。 正常工作情况下，油膜承载力应与外载平衡。,（1） 润滑油要有一定粘度，越大，承载力越大； （2）要有相当的相对滑动速度v，一定范围内，油膜承载力与v成正比关系； （3）足够充分的供油量； （4）相对滑动表面间必须形成收敛形间隙 （称油楔），即移动件带着油从大口进入， 从小口流出。,17.8.2 油楔承载机理,油膜承载力的建立必须满足的条件：,图 17.14 a),即随x增大，p也在增大，任一处油压pp（入口）,即随x增大，p在减小，任一处油压pp（出口）,17.8.2 油楔承载机理,P沿x方向呈抛物线分布。 油膜必须呈收敛楔形，才能使各处油压pp （人口或出口），产生正压力以支撑外载。,，,b) 两滑动表面平行，处处油膜厚度相等,c) 两滑动表面呈扩散楔形,故不能产生高于外面压力的油压以承受外载。,故不仅不能产生正压力以支承外载，还会 产生使两表面相吸的力。,17.8.2 油楔承载机理,1)起动阶段：n=0，干摩；,17.9 液体动力润滑径向轴承的计算,17.9.1 动力润滑状态的建立,2)不稳定 润滑阶段,3)液体动力润滑阶段,17.9.2 几何关系及层流条件校核,1、几何关系,偏心率,半径间隙,相对间隙,最小油膜厚度:,任意处的油膜厚度h,2、校核层流条件,雷诺润滑方程式是建立在层流流动基础上的，故计算时须校核是否满足层流流动条件。,17.9.2 几何关系及层流条件校核,层流流动条件:,流体由层流转变为湍流。,如图17.17所示。,17.9.3 承载能力和索氏数,17.9.2 几何关系及层流条件校核,1油膜起始角,2油膜终止角,从oo连线起至任意 油膜处的油膜角,为偏位角,设B无穷大，则认为油沿轴向无流动。,由于轴承为圆柱形，用极坐标更方便。将一维雷诺动力润滑方程改为极坐标形式。,v=r，代入17.7，整理得到：,17.9.3 承载能力和索氏数,积分得任意角度的油膜压力,，,沿F方向单位宽度的油膜力为,17.9.3 承载能力和索氏数,上式右端值称为索氏数S0,不计端泄时，有限宽轴承,17.9.3 承载能力和索氏数,将上式乘以B，代入rd/2，得有限宽轴承 不计端泄时油膜承载力F，整理得：,由于端泄不可避免，实际承载力比上式低，实际计算采用二维雷诺方程式的数值解提供的线图进行计算，见图17.18。,17.9.4 流量计算,体积流量,17.9.5 功耗计算,径向轴承承载区的摩擦功耗：,17.9.3 承载能力和索氏数,qv流量系数与，B/d有关（17.19）,见图17.20,17.9.6 热平衡计算,非压力供油的径向轴承,润滑油的平均油温,（4）相对滑动表面间自动形成收敛形间隙；,17.9.7 保证液体动力润滑的条件,（1） 润滑油要有一定粘度,（2）两表面要有相当的相对滑动速度v；,（3）足够充分的供油量；,（5）保证最小油膜厚度处的表面不平度 高峰不直接接触。,一般 取S2,m,以上是非压力供油的液体动力润滑径向轴承的计算，对压力供油的轴承可参阅有关资料。,17.9.7 保证液体动力润滑的条件,轴承直径d和轴颈直径的名义尺寸相同， d由轴结构设计而定。,17.9.8 参数选择,参数：d，B/d，p等,常用范围：B/d0.51.5。 宽径比小，d一定时，B小，占用空间小；对高速轻载轴承，由于P大，可提高运转平稳性。但B/d小，轴承承载力也随之降低。,1、宽径比B/d,一般，主要据载荷、速度选取： 速度高，应取大些，可减少发热； 载荷大，应取小些，可提高承载力。,2、相对间隙,P取值大，可减少轴承尺寸，运转平稳； 但p过高，轴承易损坏。,3、 平均压强p,：,17.9.8 参数选择,2）边界摩擦,两表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质不取决于油的粘度，而与边界膜和表面的吸附性质有关。,1）干摩擦,当两摩擦表面间不加任何润滑剂时，将出现两固体表面直接接触的摩擦。,17.1 概述,弹性变形,边界膜,3、摩擦种类,17.1 概述,4）混合摩擦,一般机器，摩擦面多处于干摩擦、边界摩擦和流体摩擦的混合状态，称为混合摩擦。,3）流体摩擦,两表面被一流体层隔开。两表面有充足的流体，足以将两摩擦表面分开，可显著减小摩擦和磨损。摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力。流体摩擦是最理想的摩擦状态。,流体,由于滑动轴承的摩擦损耗一般较大，维护 也比较复杂，故很多场合常为滚动轴承取代。 只是由于滑动轴承本身一些独特的特点，使 得在某些特殊场合仍占重要地位。目前，滑 动轴承主要应用于以下几种情况：,4、 滑动轴承的应用,17.1 概述,1）工作转速高的轴承：因转速高，用滚动轴承，寿命将大大降低。 2）特重型轴承；采用滚动轴承，造价太高（需单件生产）。,