《滑动轴承》PPT课件.ppt

第四篇 轴系零、部件,轴承的功用：1.用来支承轴及轴上的零件，并保证轴的旋 转精度。 2.减少轴与支承面间的摩擦与磨损。,.（轴承的反力与轴中心线的位置）： 径向轴承（轴承的支承反力与轴中心线垂直）； 推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线重合）； 向心推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线有一夹角）,.按摩擦性质分：滑动摩擦轴承；滚动摩擦轴承。,分类：,轴承,离合器、联轴器,轴,第十二章 滑动轴承,基本要求： 掌握滑动轴承的结构和材料； 掌握非液体润滑滑动轴承的设计计算； 了解液体润滑工作原理； 掌握雷诺方程及其求解结果分析； 掌握轴承参数对轴承静动特性的影响； 理解轴承的设计步骤。,由于结构与制造的原因，一般说来：滚动轴承摩阻小、起动灵敏；标准化程度高，质优价廉；便于使用与维护；故广泛应用于一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下和运动机械中。,但是，在下列情况： 载荷特重； 承受巨大冲击载荷和振动载荷； 回转精度要求特高； 转速特大； 尺寸很大或很小； 结构上要求轴承剖分时； 特殊工作条件下（如水、腐蚀介质中）。,滑动轴承更有优势。,滑动轴承已标准化,一. 滑动轴承的特点及其应用场合,12-1 概述,向心滑动轴承,推力滑动轴承,液体摩擦滑动轴承,非液体摩擦滑动轴承,动压轴承,静压轴承,二.类型,三.几种摩擦状态,相对运动的表面就有磨损，要改善磨损，用润滑油。按表面的润滑情况将摩擦分为：,摩擦面间不加润滑剂，一 般金属f0.15。轴承中不 允许存在这种状态。,摩擦表面间有一层油膜， f=0.050.3。是轴承的 最低要求。,干摩擦：,边界摩擦：,摩擦特性曲线：,一般向心滑动轴承适用。n/p称为轴承特性系数。它影响摩擦状态的原因。,摩擦面被油 层分开。,混合摩擦：,液体摩擦：,静压f=0.0050.001 动压f=0.0010.01,12-2 径向滑动轴承的的主要结构,一.整体式径向滑动轴承,整体式,结构简单 安装困难 间隙不可调,二.剖分式径向滑动轴承,剖分式：结构较繁间隙可调广泛采用,结构上可作成水平剖分、倾斜剖分（受力方向与抛分面基本垂直，偏差15内）、可调心的以适合不同的用途。,间隙可调式,自动调心式,12-3 滑动轴承的失效 型式及常用材料,一.滑动轴承的失效形式,1.磨粒磨损: 硬颗粒进入轴承间隙或嵌入轴承表面,2.刮伤：轴承间隙中的硬颗粒和表面粗糙度的轮廓顶峰,4.疲劳剥落（疲劳磨损）：,3.胶合（粘着磨损）：,5.腐蚀（化学磨损）： 润滑剂在使用中不断氧化，生成酸性物质； 氧对巴氏合金的腐蚀，SnO2、SnO； 硫对含银或铜轴承材料的腐蚀、润滑油中的水分。,1.对轴承材料的要求,基本要求,耐磨性,磨损少,减摩性,摩擦系数小,其他要求：,抗胶合性,耐腐蚀性,强度,顺应性、嵌入性、跑合性,导热性,工艺性,经济性,2. 常用材料,锡基,铅基,锑、铜金属硬粒,锡基体或铅基体,综合性能好,机械强度较低,价昂,轴承合金浇铸在钢或 铸铁的轴瓦基体上,轴瓦和轴承衬材料统称为轴承材料。,二.轴瓦及轴承衬承材料,轻载、低速的轴瓦材料,锡青铜 中速、中载或重载,铝青铜 低速重载,铅青铜 高速重载,铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成多孔性存 油，用于载荷平稳、低速和加油不便场合。,石墨、塑料、橡胶、尼龙等,摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大,强度高，承载能力大，耐磨性和导热性优于轴承合金。但其可塑性差，不易跑合，与之相配的轴径须淬硬。,常用轴瓦及轴承材料的性能见P275表12-2,双金属轴瓦，三金属轴瓦，厚瓦，薄瓦。,12-4 轴瓦结构,一.轴瓦的形式和构造：,轴瓦内表面结构,结构型式：,整体式,剖分式,二.轴瓦的结构要素,定位唇：防止轴瓦在轴承中移动,壁厚,油孔,油槽,壁厚,定位唇,油室,油孔和油槽：将油引入轴承,油室：存油,油槽的尺寸可查相关的手册,油槽的位置： 不要开在轴承的承载区内，否则将急剧降低轴承的承载能力。,12-5 滑动轴承润滑剂的选用,润滑目的：减小摩擦，降低磨损，冷却，防锈，防尘和吸振。 润滑剂分类：流体（液体为主），脂，固体。润滑油为常用。,一.润滑脂的选择,润滑脂 的主要指标是针入度和滴点。,润滑脂是润滑油与金属皂的混合物，呈半固体形态。其稠度大，不易流失，无冷却效果，物化稳定性差，摩阻大，有缓冲、吸振作用、承载能力大，故只适合低速（ ）重载、难以经常供油的场合。,针入性：重1.5N的锥体，于25C恒温下5s后刺入的深度；,润滑脂越稠,表征润滑脂稀稠,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。表征耐高温的能力。,润滑脂工作温度一般应低于滴点20 30 C,润滑脂有钙基、钠基和锂基之分，一般说来：,钙基,抗水性好、耐热性差、价廉,钠基,抗水性差、耐热性好、防腐性较好,锂基,抗水性和耐热性好,铝基,抗水性好、有防锈作用、耐热性差,润滑油牌号参看P280表12-3,选择原则,1.压力高、速度低时，选针入度小一些的；反之。 2.轴承的工作温度应低于滴点温度地 2030 。 3.钙基耐水不耐温，工作温度低于60，钠基耐温 不耐水，工作温度低于115145，锂基最好， 但价格稍贵。工作温度低在-20150 。,润滑油的物理和化学指标主要有：粘度、粘度指数、油性、凝点、闪点、酸值和残碳量等。对于大多数滑动轴承来讲，粘度是最主要的指标，也是选择轴承用油的主要依据；对混合摩擦状态的滑动轴承来讲，则油性也是很重要的指标。,二.润滑油的选择,油性润滑油在摩擦表面形成各种吸附膜和化学反应膜的 性能。指润滑油对固体表面的吸附能力，一般来讲， 润滑油中含极性分子团愈多，油性愈好。因此，动 物油油性最好，植物油油性次之，矿物油油性最差。,粘度流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力 表示。是衡量润滑油易流动性的一个指标。粘度愈 大，润滑油的内摩擦阻力愈大，愈不易流动，因而 承载能力愈大。,动力粘度,平行板间油的层流流动,贴近移动扳的油层速度,贴近静止扳的油层速度,各油层以不同速度移动,油层间剪应力 与速度梯度 油层 成正比,( 粘性流体粘性定律 ),比例常数，即动力粘度,粘度有三种定量指标，即动力粘度、运动粘度和条件粘度。,润滑油牌号参看P280表12-4,设长宽高各为 1m 的流体，若上下两面发生 1m/s 的相对滑动，所需施加的力为 1N 时，则该流体的粘度为 1 个国际单位制的动力粘度记为 Pa.s,运动粘度,动力粘度 与同温下该流体密度 的比值：,动力粘度经常用于滑动轴承的分析计算中，商品油则常用运动粘度来标定。,单位换算,国际单位制,1）外载大 难形成油膜 选粘度高的油,2）速度高 摩擦大 选粘度低的油,3）温度高 油变稀 选粘度高的油,4）比压大 油易挤出 选粘度高的油,润滑油选择原则,石墨、MoS2 、聚四氟乙烯树脂等。,f 小，用于特殊场合，如高温介质中、或低速重载条件下。,1. 水：主要用于橡胶轴承、酚醛胶布轴承的润滑。,2. 液态金属：汞、液态钠、锂、钾等。主要用于宇宙飞行 器中的某些轴承。,3.气体：只能用于特别高速轻载之处。,三. 固体润滑剂,四. 其它润滑剂,附：润滑方式与润滑装置,润滑方式可根据 选择， 可用润滑脂或油 杯润滑， 可用针阀式油杯润滑， 可用油 环或飞溅润滑， 宜用压力循环润滑。,12-6 不完全液体摩擦 滑动轴承设计计算,滑动轴承分液体摩擦和混合摩擦两大类，除液体静压滑 动轴承外，轴承总是存在摩擦和磨损的，因此，应该针对摩 擦和磨损进行设计计算，但由于影响摩擦和磨损的因素很多 并且有些因素尚未搞清楚，目前采用的是简化的条件性计算。,一. 径向滑动轴承,1. 限制平均压强 ：,是避免压强过大使边界膜破裂从而导致金属直接接触产生的剧烈磨损。对于转速很低或间歇转动的轴，只需进行这项计算。,轴颈直径，mm,轴承所承受的径向载荷，N,轴承宽度，mm,由B/d定,轴瓦材料的许用压力，见P275表12-2,目的,考虑到功热当量， 值与轴承单位面积的摩擦功耗 （ ）成正比，因此限制 值也就是限制轴承的温升， 从而避免温度过高使润滑失效。对于连续运转轴承，通常 都应进行这项计算。,2. 限制值 ：,轴颈的圆周速度，m/s,轴承材料的 许用值，见P275表12-2,轴颈的转速，r/min,3. 限制速度 ：,当 过大，即使 和 值都在允许的范围内，轴 承也可能很快磨损，故还必须限制滑动速度。,见P275表12-2,滑动轴承常用配合,推力轴承止推面多采用环形止推面（很少用实心的），采用多环轴颈可承受较大的载荷，同时能承受双向载荷。但这种轴承必须作成沿轴线剖分的。计算内容为：,1.限制平均压强 ：,二. 推力轴承,2.限制值 ：,轴承材料的 许用值，见P275表12-2,2）在一定条件下，利用轴颈转动起来后的泵油作用把油带 入摩擦表面，形成压力油膜将两摩擦表面分开。这种滑 动轴承称为液体动压轴承。,12-7 液体动压润滑 径向滑动轴承设计计算,润滑油把两个相对运动表面完全分隔开时的摩擦称为液 体摩擦，由于两固体表面并不接触，因此理论上不存在磨损， 摩擦阻力的大小也仅仅取决于润滑油的性质（主要是粘度）。,1）输入压力油以平衡载荷，由于可在轴承未工作时就将两 表面分开，故称为静压轴承。,静压轴承本身价廉，但附属液压系统昂贵，故应用受限；液体动压应用要广泛的多，但应注意，由于存在起动和停车，所以液体动压轴承还是存在固体间的摩擦和磨损的。,实现液体摩擦有两种方法：,轴颈和轴瓦同心时,两平行板的摩擦状况,轴颈和轴瓦偏心时,两倾斜板的摩擦状况,层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进,油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力,润滑油不可压缩,“拥挤”形成压力,一. 压力油膜形成的原理,h,二. 液体动压润滑的基本方程：,假设：,1）粘度与压力和Y值无关。 2）润滑油沿Z向无流动。,4）润滑油是牛顿流体。 5）润滑油无质量。 6）润滑油不可压缩。,取截面x处的一个单元体分析，存在如下静力平衡条件：,3）润滑油油性良好，与固 体表面吸附牢固。,化简后得：,考虑到假设 4）有：,于是：,带入边界条件：,解得：,即：,1.油层的速度分布,积分得：,2.润滑油的流量,假设：无侧漏，z方向尺寸无限大，则通过间隙高度为 的 任意截面上单位宽度( z方向)的流量 为：,流体是连续的,一维雷诺方程,返回,当 时，p有极大值 ，此时 ，该截面的流量为：,讨论,对平行板,平行板间油膜压力沿 x 方向无变化，等于入口处压力( ),对倾斜板,入口处速度图形为凹形,在 处,油膜厚度为,u沿y方向线性分布,油膜压力达,出口处速度图形为凸形,由,1）油膜压力沿 x 方向变化规律,讨论,由,1）两工作表面必须形成收敛的楔 形间隙；,2）液体摩擦形成的必要条件,若,则,2）两工作表面必须有一定的 相对运动，且v方向是从大 口到小口；,无粘度,各油层无速度,两板间油无流动,不能形成油膜压力,3）间隙中必须连续充满具有一定 粘度的润滑油。,(1) 停车,(2) 启动,金属直接接触,摩擦力使 轴颈左移,油膜压力将轴颈托起，其合力将轴颈右推,油膜压力将轴颈完全托起其合力与外载平衡,三.向心滑动轴承动压油膜形成过程,1. 转换为极坐标系,偏心距,直径间隙,相对间隙,偏心率,半径间隙,四.径向滑动轴承动的几何关系和承载量系数,最小油膜厚度,最大油膜压力处的厚度,2. 承载能力的推导过程,代入雷诺方程,承载区任意点 A 的油膜压力,沿y方向的分压力,沿z方向单位宽度上油膜压力的合力,考虑端泄,油膜总压力与外载F平衡,采用国际单位：,承载量系数,轴颈表面粗糙度,轴承表面粗糙度,（动压润滑条件）,安全系数，S=23,五.最小油膜厚度,1）,2）,3）,4）,5）,讨论各参数的关系,比容,密度,出口温度,入口温度,耗油量 ，按耗油量系数求，,六.轴承的热平衡计算,轴承表面的散热系数,温升,耗油量系数，由 查P290图12-16,摩擦系数 ：,轴承的平均压力，,润滑油的平均温度：,定得过高、粘度下降,若 ，表示热平衡易于建立，轴承的承载能力 未用尽。此时应降低平均温度，并适当地加大轴承及轴 颈的粗糙度，再作计算。,若 ，表示不易建立热平衡状态。此时须加大 间隙，并适当地降低轴承及轴颈的粗糙度，再作计算。,入口温度：,以上讲的适用于一般用途的液体动压润滑径向轴承 的热平衡计算。,七.主要参数的选择,1.宽径比,高速重载时，宽径比取小值； 低速重载时，宽径比取大值； 高速轻载，若对轴承刚性要求不高，取小值，否则，取 大值。,汽轮机、鼓风机,电动机、发电机、离心泵、齿 轮变速器,机床、拖拉机,扎钢机,2.相对间隙,载荷大， 应取小一些，提高承载能力；,速度大， 应取大一些润滑油流量增大，减少发热。,经验公式,选轴承配合,计算,最小油膜厚度受表面粗糙度、几何形状误差、轴变 形、安装误差等的限制。,3.最小油膜厚度,不可能无限小,一般：,动压润滑条件：,4.润滑油的粘度,影响承载能力、功耗、温升。,右P52图4-9，润滑油的粘度随温度变化而变化。,按润滑油的平均温度初选粘度,初步计算,最后验算入口温度,经验公式初选：,本章思考题,1. 一般工况下滚动轴承比滑动轴承常用。那么，在哪些情况下采用滑动轴承比采用滚动轴承好呢？为什么？ 2. 润滑油的油性好是什么意思？润滑油的粘度大意味着什么？是否可以说：“