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第18章滚动轴承 18 1概述18 2滑动轴承的结构18 3滑动轴承的材料18 4滑动轴承的润滑18 5非液体摩擦滑动轴承的设计计算18 6液体动压润滑的形成及基本方程18 7滚动轴承与滑动轴承性能比较 一 概述1 滑动轴承2 作用 3 特点4 应用二 滑动轴承的类型 返回 18 1滑动轴承概述 1 滑动轴承 工作时轴承和轴径的支承面间形成直间或间接滑动摩擦的轴承 2 作用 支承轴颈的一种重要部件 有时也用来支承轴上的回转零件 使其回转并保持一定的旋转精度 减少摩擦 并承受载荷 3 特点 优点 工作面间一般有润滑油膜且为面接触 所以它具有承载能力大 抗冲击 嘈声比滚动轴承低 工作平稳 回转精度高 高速 重载 缺点 启动摩擦阻力大 维护比较复杂 4 应用 1 工作转速极高的轴承 2 要求轴的支承位置特别精确的轴承 以及回转精度要求特别高的轴承 3 特重型的轴承 4 承受巨大的冲击和振动载荷的轴承 5 必须采用剖分结构的轴承 6 要求径向尺寸特别小以及特殊工作条件下的轴承 金属切削机床 汽轮机 雷达等 1 按承受载荷不同分 径向滑动轴承 承受径向载荷推力滑动轴承 承受轴向载荷径向止推轴承 同时承受径向 轴向载荷 2 根据轴系及轴承装拆的需要 整体式 对开式 多由两半组成 3 按工作时轴颈和轴瓦间的摩擦状态 液体摩擦轴承 完全隔开而不直接接触其中液体摩擦轴承又分 油膜形成原理的不同 液体动力润滑轴承 动压轴承 液体静力润滑轴承 静压轴承 非液体摩擦轴承 局部接触 二 滑动轴承的类型 返回 18 2滑动轴承的结构 一 滑动轴承的结构三 径向滑动轴承结构参数的选择二 滑动轴承的轴瓦结构 下一节 1 径向滑动轴承组成 轴承座 轴瓦 轴套 润滑装置 密封装置轴瓦 与支承的轴径直接接触的重要零件结构整体式应用 构造简单 常用于低速 载荷不大的间歇工作的机器上剖分式 对开式 2 推力滑动轴承 止推 仅用于承受轴向载荷3 自动调心轴承轴承宽度较大 由于轴的变形 轴颈与轴承会发生局部接触 球面 一 滑动轴承的结构 返回 轴瓦和轴承座均为剖分式结构 在轴承盖与轴承座的剖分面上制有阶梯形定位止口 便于安装时对心 轴瓦直接支承轴颈 因而轴承盖应适度压紧轴瓦 以使轴瓦不能在轴承孔中转动 轴承盖上制有螺纹孔 以便安装油杯或油管 二 轴瓦的结构 轴承结构中直接与轴颈接触的零件 轴瓦与轴颈表面具有一定速度的相对滑动 为了改善轴瓦表面的摩擦性质 需在内表面浇注一层减摩材料 通常称为轴承衬 这时轴瓦 基体 称为瓦背 1 轴瓦2 轴承衬与瓦背内壁的结合形式3 油孔 油沟 返回 1 轴瓦 整体式 套筒形 又称轴套 分为 光滑轴瓦带轴向油槽轴瓦剖分式 多由两半组成 无轴承衬的剖分式 双金属轴瓦 三金属轴瓦 为了改善轴瓦表面的摩擦性质 常在其内表面浇注一层或两层减磨材料 2 轴承衬与瓦背内壁的结合形式 使轴承衬与轴瓦结合牢固 烧结 喷涂和轧制 浇注 3 油孔 油沟 1 油孔作用 供应润滑油位置 非承载区2 油沟作用 输送和分布润滑油位置 非承载区周向轴向斜向 返回 1 轴承材料 轴承结构中直接参与摩擦的那部分材料 轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料轴承衬 为了改善轴瓦表面的摩擦性质 常在其内表面浇注一层或两层减磨材料 称轴承衬2 对轴承材料的要求要求3 轴承材料的分类分类 18 3滑动轴承的材料 返回 2 对轴承材料的要求 减磨性 耐磨性 润滑性能 经济性1 足够的抗压 抗冲击及疲劳强度2 低的摩擦系数和高的耐磨性3 良好的抗粘结能力4 良好的与润滑分子的亲和力5 良好的导热性 有利于散热6 良好的顺应性7 良好的磨合性8 良好的抗腐蚀性和工艺性 3 轴承材料的分类 1 金属材料轴承合金 巴氏合金 较软的金属基体中加入适量的硬合金而成的 强度低 轴承衬铜合金灰铸铁 普通灰铸铁 球墨铸铁 轻载 低速 2 粉末冶金材料 陶瓷材料 轻载 低速 不宜经常添加润滑油的场合 3 非金属材料塑料 橡胶 硬木 18 4滑动轴承的润滑 1 目的 降低摩擦阻力 减轻磨损 也有吸振 冷却 防尘等作用 2 润滑剂及其选择润滑油 载荷大 温度高 选粘度高的油 反之选粘度小的油 润滑脂 润滑要求不高 难以经常供油或摆动的非液体摩擦滑动轴承 3 常用润滑方法及润滑装置润滑方法4 润滑方法的选择选择 返回 3 常用润滑方法及润滑装置 1 油润滑 间歇式供油 直接有人工用油壶向油杯中注油 低速 轻载和不重要的轴承 连续式供油 比较可靠 用于中 高速传动 1 滴油润滑针阀式 芯捻式2 油环 飞溅 润滑利用转动件的转动使油飞溅到箱体内壁 再通过油沟将油导入轴承中进行润滑 3 压力循环润滑 用一套可提供较高油压的循环油压系统对重要轴承进行强迫润滑的方法 2 脂润滑间歇供油 油杯装于非承压区 用油脂枪向杯内油孔压注油脂 4 润滑方法的选择 可根据经验公式算出系数k 通过查表确定滑动轴承的润滑方法和润滑剂类型 p 轴颈上的平均压强 v 轴颈的圆周速度 一 失效形式和设计准则1 失效形式磨损 胶合2 设计准则维持工作表面间的边界油膜不致破裂 常用磨损的条件性计算作为设计准则 二 非液体摩擦滑动轴承设计步骤1 根据工作条件和使用要求 确定轴承结构型式及轴瓦材料2 根据轴颈d及宽径比b d 0 5 5 确定轴承宽度b3 验算轴承工作能力 18 5非液体摩擦滑动轴承的设计计算 三 验算径向滑动轴承的工作能力1 限制轴承平均压强p目的 防止轴径与轴瓦表面吸附的润滑油膜被挤破而发生过度磨损2 限制轴承的值目的 防止轴承因温升过高而发生胶合 因轴承的发热量与单位摩擦功率成正比 3 限制轴承的圆周速度 四 推力滑动轴承的验算限制轴承平均压强p限制轴承的值 返回 下一节 14 9滚动轴承与滑动轴承的性能比较 性能比较 二 径向滑动轴承结构参数的选择 径向滑动轴承主要结构参数轴承宽度b轴承孔直径d间隙1 宽径比b d常用范围0 5 1 5高速重载轴承应取小值低速轻载轴承应取大值2 相对间隙 轴承间隙与轴径之比 即 主要根据载荷和速度选取 自动调心轴承 当轴承宽度b过大 由于轴的变形 轴颈与轴承会发生局部接触 为改善这种情况 将轴瓦与轴承座配合的外表面做成球面 球面中心恰好在轴线上 轴瓦可沿支座的球面自动调整位置来适应轴的变形 针阀式油杯 滴油润滑 用手柄控制针阀运动 使油孔关闭或开启 用调节螺母控制供油量 芯捻式油杯 油环润滑 例题18 1 一机床主轴的径向滑动轴承 其轴颈最高转速 最大径向载荷为2600n 从结构上考虑 轴颈直径可在48 60mm范围内 若采用锡青铜zcu5pb5zn5 试根据混合摩擦轴承的设计要求计算此轴承是否可用 摩擦状态 按摩擦状态 即表面接触情况和油膜厚度 可以将滑动摩擦分为四大类 1 干摩擦2 边界摩擦 润滑 3 液体摩擦 润滑 4 混合摩擦 润滑 返回 1 干摩擦 两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯净金属接触时的摩擦 称为干摩擦 在工程实际中没有真正的干摩擦 因为暴露在大气中的任何零件的表面 不仅会因氧气而形成氧化膜 且或多或少也会被润滑油所湿润或受到 污染 这时 其摩擦系数将显著降低 在机械设计中 通常把不出现显著润滑的摩擦 当作干摩擦处理 2 边界摩擦 两摩擦表面各附有一层极薄的边界膜 两表面仍是凸峰接触的摩擦状态称为边界摩擦 与干摩擦相比 摩擦状态有很大改善 其摩擦和磨损程度取决于边界膜的性质 材料表面机械性能和表面形貌 3 液体摩擦 两摩擦表面完全被液体层隔开 表面凸峰不直接接触的摩擦 此种润滑状态亦称液体润滑 摩擦是在液体内部的分子之间进行 故摩擦系数极小 这时的摩擦规律已有了根本的变化 与干摩擦完全不同 关于液体摩擦 液体润滑 的问题 将在滑动轴承中进一步讨论 4 混合摩擦 两表面间同时存在干摩擦 边界摩擦和液体摩擦的状态称为混合摩擦 18 6液体动压润滑的形成及基本方程 液体摩擦滑动轴承按其承载油膜形成的机理不同分 其中液体摩擦轴承又分 油膜形成原理的不同 液体动压润滑轴承 动压轴承 由摩擦表面的相对运动将粘性液体带入楔形间隙 形成动压承载油膜 液体静压润滑轴承 静压轴承 静压轴承承载油膜的形成是依靠润滑系统泵入具有足够压力的粘性液体 一 动压承载油膜的形成条件 二 液体动压润滑的基本方程 一 动压承载油膜的形成条件 平板间油膜的形成1 平行板2 两板平行 上板加上载荷3 两板倾斜 沿运动方向形成由大到小的收敛形间隙径向滑动轴承形成动压油膜的工作过程轴的启动阶段不稳定运转阶段稳定运转阶段动压油膜形成条件 返回 1 平行板 平行板 相对运动 流速直线分布各层流界面上产生摩擦切应力 该切应力与该对应点的速度梯度成正比 2 两板平行 上板加上载荷 3 两板倾斜 沿运动方向形成由大到小的收敛形间隙 各截面的流速沿膜厚方向不能均匀保持线性分布 同时间隙内形成的液体压力与外载荷f平衡 这说明间隙内充满了压力油膜 这种借助于相对运动而在轴承间隙中形成的压力油膜称为动压油膜 轴的启动阶段 轴径 n 0 处于轴承的最下方位置上 在轴心和轴承中心连线的两侧轴径表面和轴承孔表面自然形成一个楔形间隙 不稳定运转阶段 开始启动时 n 0 轴颈与轴承孔壁不时发生接触 金属表面之间产生直接摩擦 由于轴承对轴颈