滑动轴承分析知识和应用.doc

滑动轴承分析知识和应用 本章大纲计划4学时，（一）教学要求: 掌握零件的耐磨性和摩擦状态；掌握动压润滑的形成原理和条件； 熟悉滑动轴承的结构型式及其应用特点、轴瓦及轴承衬材料。熟悉润滑剂的种类和应用场合、润滑装置、非液体摩擦滑动轴承的计算。（二）教学的重点与难点 重点：动压润滑的形成原理与条件。 难点：滑动轴承的结构型式、动压润滑的形成原理和条件。 （三）教学内容轴承功用：一是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度。二是减少轴与支承面之间的摩擦和磨损。 根据轴承中摩擦性质不同： 滑动（摩擦）轴承 滚动（摩擦）轴承 向心轴承承受径向力 根据承受载不同： 向心推力轴承承受两个力 推力轴承承受轴向力使用哪一种轴承，取决使用上、工艺上很多因素但是由于滑动轴承摩擦损耗都比较大，维护复杂，多数场合选用滚动轴承。但又由于滑动轴承本身的独特的优点，在某些特殊场合仍占有重要地位。如特高转数（滚动轴承噪音大，寿命低）、对轴的支承位置特别精确（滑动轴承影响精度零件数少）、特大轴（单件生产造价高）、受冲击和振动大的场合（滑动轴承油层的缓冲和阻尼）、必须作剖分式（曲轴）、轴排列紧密时，无空间可选径向尺寸较小的滑动轴承、有特殊性的介质情况下（水、腐蚀性介质中）。滑动轴承根据其相对运动的两表面间的油膜形成原理的不同，可分为：流体动力润滑轴承（动压轴承）和流体静力润滑轴承（静压轴承）。本章重要讨论动压轴承。151 摩擦状态按表面润滑情况，摩擦有以下几种状态：一干摩擦（f =0.20.3）不加任何润滑剂，磨损严重，功耗很大，出现轴瓦烧毁等。（图151a）二 .边界摩擦（f =0.10.3）有极薄的边界油膜，油膜厚度1m，部分高峰相互搓削，不能消除磨损，可减轻磨损。（图151b）三液体摩擦（f=0.0010.01）有较厚的压力油膜（有几十微米），能满足动压润滑的形成条件,是理想情况。（图151c）四混合摩擦处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的混合状态，称为混合摩擦或叫非液体摩擦（图151d）。152 滑动轴承的结构形式一 向心（径向）滑动轴承1剖分式滑动轴承（见图154）安装拆卸方便，孔与轴间隙大小可调，镶有轴瓦，允许承受一定的轴向载荷。若载荷方向向下轴瓦为承载区润滑油由非承载区进入，在横向、纵向、斜向开油沟进行润滑。（图153、154）若载荷方向有较大的偏斜时，轴承的中分面可斜着布置。图15-5宽径比轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d，它是滑动轴承的重要参数之一，对于液体润滑B/d取0.51；非液体润滑B/d取0.81.5。太大油泄露，使油量不足，磨损过速；太小，轴弯曲变形，引起载荷集中，磨损加剧。2整体式轴套安装拆卸不方便，轴承间隙也无法调整。多用于间歇性的工作或低速轻载简单机器中。3自动调位式轴瓦外表面与轴承座内表面均为球，能自动适应轴颈线与轴承孔中心线的不平行度。二 推力滑动轴承1固定推力轴承用来承受轴上的轴向力，可与向心轴承联合使用时可承受复杂载荷。其工作面可以是轴端面或轴上环行平面，但两平行平面之间是不能形成动油膜的，因此须沿轴承止推面按若干扇形开出楔形，图156a。2可倾式推轴承其倾斜随载荷、转速的改变自动调整，图156b。 图15-6153 轴瓦及轴承衬材料轴瓦是与轴承上直与轴颈接触的零件，是轴承的重要组成部分。其主要失效形式是磨料磨损和粘着磨损。由于轴颈材料为不同品种的钢材，又根据它的工作情况轴瓦材料不仅要与轴颈摩擦系数小、磨损少，同时还应导热性好，热膨胀系数小、抗蚀、抗胶合能力强，有足够的强度和塑性，同时廉价。条件很苛刻，很难寻找。一般根据具体情况满足主要要求。或者是用两层不同金属作成轴瓦，将薄层材料粘附在轴瓦基体上，附上去的通常叫轴承衬。常用的轴承瓦和轴承衬材料有：1巴氏合金（巴比特发明的）锡（xi）锑（ti）：f小，抗胶合强，吸附油，耐蚀性好，用于高速重载。但价高、强度差，常做轴承衬。铅锑：与锡锑相似，只是材质脆，不能承受冲击载荷，用中速、中载时。2青铜可单独做轴瓦，也可用做轴衬。有锡青铜、铅青铜、铝青铜。适宜工作温度小于250。3特殊材料轴承用粉末冶金法（经制粉、成型、烧结等工艺）、陶制金属做成含油轴承，其轴承具有多孔性组织，空隙内可贮存润滑油，用在加油不便的地方。另外还有：塑料：f小，耐蚀、可用水、油、化学溶液润滑，但又有缺点易变形等。常做轴衬。橡胶：弹性好，减振，平稳，常用潜水泵上；石墨和尼龙：都可用于一些场合，性质见表151滑动轴承材料。154 润滑济和润滑装置一 润滑剂目的:减小摩擦，减少磨损，冷却，吸振，防修锈等。 润滑油液体润滑剂 也有气体，如空气、氢气等，对非方法 ： 润滑脂半液体润滑剂 金属，可用水做润滑剂。 固体润滑剂1润滑油润滑油的主要选择依据黏度，它是表征液体流动的内摩擦性能。根据两平行板间油的流动，得出牛顿液体流动定律： P（泊）（p） 式中u油层中任意点的速度；液体的动力黏度；该点的速度梯度；图1510，两板间的液体逐层发生了错动。使层与层之间存在着液体内部的摩擦切应力。 又引出运动黏度 cst（厘斯），其中液体的运动黏度；液体的密度。我国石油产品是按运动黏度标定的，见表152采用润滑油的选择。动力黏度和运动黏度单位分别在国际单位制和厘米克秒制中的对应关系如下：国际单位制厘米克秒制牛顿秒/米2、帕秒Ns/m2、Pas米2/秒m2/s泊（p）、厘泊P（Poise）、cP斯或厘斯St或cSt换算：1N（kgm/s2）=105dyn（gcm/s2）、 1P=1dyns/cm2、 1Pas =10P =1000cP、1St=1cm2/s =100cSt、 1m2/s =104St=106cSt润滑油黏度随着温度变化也是变化的，如图1511粘温变化曲线，一般随压力变化较小，可忽略不计。润滑油的选用原则是：载荷大、温度高的轴承，选运动黏度大的；载荷小、速度高的轴承，选运动黏度小的。2润滑脂由润滑油和各种稠化剂混合稠化而成。适宜于不易加油的垂直的摩擦表面上、速度不高的地方，受载荷、速度、温度影响不大，但摩擦损耗大，效率低。根据耐水性的好坏分为：钙基润滑脂：耐水，温度t100C分解失效；钠基润滑脂：不耐水，温度t115145C以下场合，与水分解；锂基润滑脂：耐水，-20C t1时，将其值减少20%40%。参看例题152。156 动压润滑的基本原理前面分析过无载荷的两平行板之间液体各流层的速度呈三角形分布，进油等于出油，图1516a，A板也不会下沉（流体力学知识）。若承受载荷，油向两侧压出，上A板逐渐下沉，直到与板B接触，如图b。这说明两平行板间是不能形成压力油膜的。也不能承受外载荷。图15-15 动压油膜承载机理若两板不平行，且间隙沿运动方向由大变小，上板承受载荷为F，图c，由于液体是不可压缩的，使进口油速与出口油速不再是三角形分布。而进口间隙大，速度曲线向内凹，出口端间隙小，速度曲线向外凸，这样，才能使进油量与出油量相等。这时间隙内形成的液体压力将与外载荷F平衡。这就形成了动压油膜。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。总结以上形成动压油膜条件有：1） 两工作表面间必须有楔形间隙；2） 两工作表面间必须连充满一定黏度的润滑油；3） 两工作表面间有相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大端进，小端出。另外，对一定载荷F，必须使速度v、黏度、间隙相匹配。回忆第三章凸轮与平行推杆间可形成压力油膜，可减少磨损。图1517是向心轴承动压油膜形成过程：1） 静止时，由于轴承与轴颈间间隙，自然形成楔形；2） 启动时，轴承对轴颈的摩擦力与圆周速度方向相反，迫使轴颈向右滚动而偏移，图b；3） 转速升高但不大时，带入油楔内油量增多，轴承与轴颈表面形成较薄油膜，摩擦力减小，但还不足以平衡外载荷，此时还处于非液体摩擦状态。4） 转数升到一定值，油楔油增多，油压升高，足以平衡外载荷，且油膜厚度大于 图15-16向心轴承动压