第十一章滑动轴承载运 载运机械设计B.pdf

械设械设械设械设机机械设械设计机计机械设械设计计B B The Foundations of Machine DesignThe Foundations of Machine Design 第十第十第十第十一一一一章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承第十第十第十第十一一一一章章章章 滑动轴承滑动轴承滑动轴承滑动轴承 机械设计教研室机械设计教研室机械设计教研室机械设计教研室 1 1 概述 概述 概述 概述 轴承 轴承 支承轴及轴上旋转零件的部件 轴承 轴承 支承轴及轴上旋转零件的部件 一一 轴承的分类轴承的分类 1 1 根据轴承工作时摩擦性质分 根据轴承工作时摩擦性质分1 1 根据轴承工作时摩擦性质分 根据轴承工作时摩擦性质分 滑动 摩擦 轴承滑动 摩擦 轴承 滚动滚动 摩擦摩擦 轴承轴承 轴承的分类轴承的分类 滚动滚动 摩擦摩擦 轴承轴承 向心轴承向心轴承 径向载荷径向载荷 2 2 根据承载方向分 根据承载方向分2 2 根据承载方向分 根据承载方向分 向心轴承向心轴承 径向载荷径向载荷 推力轴承 轴向载荷 推力轴承 轴向载荷 FR FA 滑动轴承 相对滑动 摩擦 磨损 润滑 不同的润滑条件 不同的摩擦状态 3 3 根据摩擦状态 根据摩擦状态3 3 根据摩擦状态 根据摩擦状态 两表面直接接触 无润滑 干摩擦干摩擦 干摩擦干摩擦 两表面直接接触 无润滑 f 0 3 1 5 磨损大 应避免 边界摩擦边界摩擦 边界摩擦边界摩擦 有润滑剂 边界油膜 f 0 15 0 3 摩擦 磨损 有润滑剂边界油膜 滑动轴承工作的起码条件 边界摩擦滑动轴承工作的起码条件 边界摩擦 液体摩擦液体摩擦 液体摩擦液体摩擦 两表面完全被润滑剂隔开 理想状态 f 0 001 0 01 液体摩擦滑动轴承工作原理 1 静压轴承 外部供油 建立压力油膜 2 流体动压润滑轴承 油膜靠摩擦面间的相对运动而自动形成 一般机器中 三种摩擦状态共存 非液体摩擦非液体摩擦 混合摩擦混合摩擦 油膜靠摩擦面间的相对运动而自动形成 二 滑动轴承特点二 滑动轴承特点 1 承载能力高 重载 2结构简单可用于曲轴 4可用于高速 3 耐冲击 振动 油膜吸振作用 寿命长 优点 2 结构简单 可用于曲轴 4 可用于高速 缺点 起动阻力大 润滑 维护较滚动轴承复杂 三 三 摩摩擦 擦 磨磨损简介损简介摩摩磨磨 零件在摩擦摩擦下工作 能量损耗 效率下降 温度升高 零件在摩擦摩擦下工作 能量损耗 效率下降 温度升高 磨损磨损 过度磨损磨损 精度下降 振动噪声 寿命降低 润滑润滑则是降低摩擦 减少磨损 提 高效率的最经济有效 常用方法 高效率的最济有效常用方法 1 1 摩擦 摩擦1 1 摩擦 摩擦 摩擦 一物体与另一物体直接接触 当两者间有运动或摩擦 物体与另物体直接接触 当两者间有运动或 有运动趋势时 接触表面要产生切向阻力 即摩擦力 这种现象成为摩擦 分类分类 摩擦状态摩擦状态分分 干摩擦 两表面直接接触 干摩擦 两表面直接接触 分类分类 摩擦状态摩擦状态分分 边界摩擦 极限状态 边界膜作用 边界摩擦 极限状态 边界膜作用 液体摩擦 两表面完全隔开 液体摩擦 两表面完全隔开 非液体摩擦 混合摩擦 部分固体凸峰接触 非液体摩擦 混合摩擦 部分固体凸峰接触 干摩擦液体摩擦边界摩擦干摩擦液体摩擦边界摩擦 对于要求低摩擦的摩擦副对于要求低摩擦的摩擦副液体摩擦是比较理想液体摩擦是比较理想 对于要求低摩擦的摩擦副对于要求低摩擦的摩擦副 液体摩擦是比较理想液体摩擦是比较理想 的的状态 维持边界摩擦或混合摩擦是最低要求 的的状态 维持边界摩擦或混合摩擦是最低要求 对于要求高摩擦的摩擦副对于要求高摩擦的摩擦副则希望处于干摩擦状则希望处于干摩擦状 对于要求高摩擦的摩擦副对于要求高摩擦的摩擦副 则希望处于干摩擦状则希望处于干摩擦状 态或边界摩擦状态 态或边界摩擦状态 2 2 磨损 磨损2 2 磨损 磨损 磨损磨损 使摩擦表面物质不断损失的现象称为使摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损磨损 磨损磨损 使摩擦表面物质不断损失的现象称为使摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损磨损 单位时间里的磨损量称为单位时间里的磨损量称为磨损率磨损率 分类分类按按破坏机理破坏机理分分分类分类 按按破坏机理破坏机理分分 粘着磨损粘着磨损 严严重重时为胶合时为胶合 材料从材料从一一表面到另表面到另一一表面表面 粘着磨损粘着磨损 严时为胶合严时为胶合 材料从表面到另表面材料从表面到另表面 表面疲劳磨损表面疲劳磨损 点蚀 变应力作用 小块金属脱落 点蚀 变应力作用 小块金属脱落 磨粒磨损磨粒磨损摩擦表面有硬质颗粒或突出物摩擦表面有硬质颗粒或突出物引起金属脱落引起金属脱落磨粒磨损磨粒磨损 摩擦表面有硬质颗粒或突出物摩擦表面有硬质颗粒或突出物 引起金属脱落引起金属脱落 腐蚀磨损 腐蚀磨损 与周围介质产生化学或电化学反应 与周围介质产生化学或电化学反应 2 2 滑动轴承的结构形式 滑动轴承的结构形式 滑动轴承的结构形式 滑动轴承的结构形式 一 向心滑动轴承一 向心滑动轴承 油杯孔 轴承座 螺纹孔 油杯孔 1 1 整体式 整体式1 1 整体式 整体式 整体轴套 结构简单 成本低 特点 因磨损而造成的间隙无法调整 只能沿轴向装拆 只能沿轴向装拆 应用 低速 轻载或间歇性工作的机器中 油杯座孔螺母2 2 剖分式 剖分式2 2 剖分式 剖分式 螺栓 套管 上轴瓦 轴承盖 轴承座 下轴瓦 特点 特点 结构复杂 磨损后可调整间隙 安装方便 结构复杂 磨损后可调整间隙 安装方便 对开式轴承 剖分轴套 对开式轴承 剖分轴套 应用场合 应用场合 高速 重载机器中 可用于曲轴 高速 重载机器中 可用于曲轴 3 3 自动调心轴承 自动调心轴承3 3 自动调心轴承 自动调心轴承 5 1 d B 宽径比宽径比 时 采用 时 采用 二 推二 推力力滑动承滑动承力力 实心式实心式 实心式实心式 实心式实心式边缘边缘 大大 空心式空心式 空心式空心式 实心式实心式 实心式实心式 实心式实心式 边缘边缘v v大大 磨损快 中间p 磨损快 中间p 空心式空心式 空心式空心式 压力分布不均压力分布不均 空心式空心式 压力分布压力分布空心式空心式 压力分布压力分布 均匀性 均匀性 3 3 轴瓦结构和轴承材料 轴瓦结构和轴承材料 轴瓦结构和轴承材料 轴瓦结构和轴承材料 一 轴瓦结构一 轴瓦结构 核心零件 承载 摩擦核心零件 承载 摩擦 为为 摩擦摩擦 常在其内表面浇注常在其内表面浇注一一层层减摩材料减摩材料 轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬为为 摩擦摩擦 常在其内表面浇注层常在其内表面浇注层减摩材料减摩材料轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬 整体整体式式整体整体式式 剖分剖分式式剖分剖分式式 轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬 式式轴瓦轴瓦式式轴瓦轴瓦 式式轴轴瓦式瓦式轴轴瓦瓦 轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬 瓦瓦瓦瓦 轴瓦上应开设油孔和油沟轴瓦上应开设油孔和油沟 轴瓦上应开设油孔和油沟轴瓦上应开设油孔和油沟 油孔油孔 供应润滑油 供应润滑油 油沟油沟 输送和分布润滑油 输送和分布润滑油 油沟油沟 油孔油孔 不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区 否则否则 承载能力承载能力承载能力承载能力 注意 注意 注意 注意 油沟油沟 油孔油孔 不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区不能开在油膜承载区 否则否则 承载能力承载能力承载能力承载能力 油沟长度 0 8B 轴瓦宽度 即油沟长度 0 8B 轴瓦宽度 即不能开通 否则漏油不能开通 否则漏油不能开通 否则漏油不能开通 否则漏油 二二 轴承材料轴承材料二二 轴承材料轴承材料 轴承材料轴承材料 轴瓦轴瓦和和轴承衬轴承衬材料材料 主要失效 主要失效 磨损磨损 其次为强度不足引起的 其次为强度不足引起的疲劳破坏疲劳破坏等 等 1 1 对材料的要求 对材料的要求1 1 对材料的要求 对材料的要求 1 1 良好耐磨性良好耐磨性减摩性及磨合性减摩性及磨合性 跑合性跑合性 1 1 良好耐磨性良好耐磨性 减摩性及磨合性减摩性及磨合性 跑合性跑合性 2 足够的强度 塑性 嵌藏性 顺应性2 足够的强度 塑性 嵌藏性 顺应性 3 耐腐蚀性3 耐腐蚀性 4 4 导热性好导热性好线膨胀系数小线膨胀系数小4 4 导热性好导热性好 线膨胀系数小线膨胀系数小 5 工艺性好5 工艺性好 6 经济性6 经济性 2 2 2 2常用材料常用材料常用材料常用材料2 2 2 2 常用材料常用材料 常用材料常用材料 价格贵价格贵强度低强度低仅用作仅用作轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬 1 金属材料1 金属材料 轴承合金轴承合金轴承合金轴承合金 巴氏合金巴氏合金巴氏合金巴氏合金 青铜等 青铜等 价格贵价格贵 强度低强度低 仅用作仅用作轴承衬轴承衬轴承衬轴承衬 2 粉末冶金材料2 粉末冶金材料 含油轴承含油轴承含油轴承含油轴承 低速轻载 具 有 低速轻载 具 有自润滑性能自润滑性能 多孔结构 多孔结构 3 非金属材料3 非金属材料 塑性 橡胶等 塑性 橡胶等 4 4 混合摩擦润滑滑动轴承计算 混合摩擦润滑滑动轴承计算 混合摩擦润滑滑动轴承计算 混合摩擦润滑滑动轴承计算 一一 混合摩擦滑动轴承失效形式混合摩擦滑动轴承失效形式 混合摩擦滑动轴承失效形式混合摩擦滑动轴承失效形式 胶合胶合磨损等磨损等胶合胶合 磨损等磨损等 设计准则 至少保持在边界润滑状态 设计准则 至少保持在边界润滑状态 即即维持边界油膜不破裂维持边界油膜不破裂维持边界油膜不破裂维持边界油膜不破裂 计算方法计算方法 简化计算简化计算 条件性计算条件性计算 复杂复杂 计算方法计算方法 简化计算简化计算 条件性计算条件性计算 二二径向轴承径向轴承 1 限制轴承平均压强1 限制轴承平均压强 p dB F p R 二二 径向轴承径向轴承 dB F FR R 径向载荷 N B径向载荷 N B 轴瓦有效宽度 mm 轴瓦有效宽度 mm d d 轴颈直径 mm p 轴颈直径 mm p 许用压强 MPa 许用压强 MPa 目的目的目的目的 防止防止防止防止p p p p过高过高 油被挤出油被挤出过高过高 油被挤出油被挤出 产生产生产生产生 过度磨损过度磨损过度磨损过度磨损 目的目的目的目的 防止防止防止防止p p p p过高过高 油被挤出油被挤出过高过高 油被挤出油被挤出 产生产生产生产生过度磨损过度磨损过度磨损过度磨损 2 限制pv值2 限制pv值 摩擦功耗摩擦功耗 发热量发热量 易胶合易胶合 轴承发热量 单位面积摩擦功耗 pv 轴承发热量 单位面积摩擦功耗 pv 19100100060 pv B nFdn dB F pv RR MPaMPa m sm s pv pv 摩擦功耗摩擦功耗 发热量发热量 易胶合易胶合 19100100060BdB 目的目的目的目的 限制pv是为了 限制pv是为了限制轴承温升 防止胶合限制轴承温升 防止胶合限制轴承温升 防止胶合限制轴承温升 防止胶合 3 3限制滑动速度限制滑动速度 综合应用综合应用 3 3 限制滑动速度限制滑动速度v v smv dn v 100060 综合应用综合应用 100060 目的目的目的目的 防止防止v v过高而加速磨损过高而加速磨损防止防止v v过高而加速磨损过高而加速磨损 已知 径向载荷F 转速n 宽径比已知 径向载荷F 转速n 宽径比 0 1 d B v p pv v p pv 求 保证混合润滑条件下的轴颈直径d 求 保证混合润滑条件下的轴颈直径d 解解 1 1 由由 p dB F p F d d已被消去已被消去解解 1 1 由由 p dB p p d 2 由 2 由 100060 pv dn dB F pv 100060pv nF d d已被消去已被消去 100060dB 3 由 3 由 100060 v dn v v d 100060 100060pv 100060 n 1 d 1 d 3 3 5 5 润滑剂及润滑方法润滑剂及润滑方法润滑剂及润滑方法润滑剂及润滑方法 一 润滑材料一 润滑材料 润滑油润滑油 矿物油矿物油 润滑油润滑油 矿物油矿物油 润滑脂润滑脂 矿物油 稠化剂 矿物油 稠化剂 气体 空气 固体 石墨 二硫化钼 气体 空气 固体 石墨 二硫化钼 二 润滑油及其选择二 润滑油及其选择 特特点点 有有良好的流动性良好的流动性可形成动压可形成动压静压或静压或 特特点点 有有良好的流动性良好的流动性 可形成动压可形成动压 静压或静压或 边膜界润滑膜 边膜界润滑膜 适用场合适用场合 不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承 适用场合适用场合 不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承 性能指标 粘度 油性 闪点 燃点等 性能指标 粘度 油性 闪点 燃点等 选择原则选择原则 主要考虑润滑油的主要考虑润滑油的粘度粘度 1 1 粘度的定义粘度的定义1 1 粘度的定义粘度的定义 表示液体流动时 内摩擦阻力大小的指标 表示液体流动时 内摩擦阻力大小的指标 牛顿粘滞定律牛顿粘滞定律切应力切应力 F v 牛顿粘滞定律牛顿粘滞定律 切应力切应力 F A du dy h y x h y u 液体液体动力粘度动力粘度 y 2 粘度的特性2 粘度的特性 粘度 粘度 摩擦力 摩擦力 发热 发热 t 3 粘度的测定3 粘度的测定 3种方法3种方法 3种单位3种单位 动力粘度动力粘度 绝对粘度绝对粘度 动力粘度动力粘度 绝对粘度绝对粘度 1 Pa s 1 N s m2 国际单位制国际单位制P 泊泊 物理单位物理单位 1 Pa s 10 P 1P 100 cP 运动粘度运动粘度 流体动力粘度与同温度下流体密度的比值 流体动力粘度与同温度下流体密度的比值 32 Pa s kg m3 m2 s 常用斯常用斯St 1St 1 cm2 s 100 cSt 恩氏粘度恩氏粘度 E Et t 相对粘度 相对粘度 t c t c 0 0064 E Et t 0 0055 E Et t 4 4 选择原则选择原则 高温时 粘度应高一些 低温时 粘度可低一些 高温时 粘度应高一些 低温时 粘度可低一些 选择原则选择原则 转速高 压力小时 油的粘度应低一些 反之 粘度应高一些 转速高 压力小时 油的粘度应低一些 反之 粘度应高一些 三三润滑脂润滑脂三三 润滑脂润滑脂 特点 无流动性 可在滑动表面形成一层薄膜 承载特点 无流动性 可在滑动表面形成一层薄膜 承载 能力大能力大但性能不稳定但性能不稳定摩擦功耗大摩擦功耗大能力大能力大 但性能不稳定但性能不稳定 摩擦功耗大摩擦功耗大 适用场合 要求不高 难以经常供油 或者低速重载 适用场合 要求不高 难以经常供油 或者低速重载 温度变化不大 以及作摆动运动的 轴承中 温度变化不大 以及作摆动运动的 轴承中 性能指标性能指标 针入度和滴点针入度和滴点 性能指标性能指标 针入度和滴点针入度和滴点 四四 固体润滑剂及其选择固体润滑剂及其选择四四固体润滑剂及其选择固体润滑剂及其选择 特点 可在滑动表面形成固体膜 特点 可在滑动表面形成固体膜 适用场合适用场合有特殊要求的场合有特殊要求的场合如环境清洁要求处如环境清洁要求处 适用场合适用场合 有特殊要求的场合有特殊要求的场合 如环境清洁要求处如环境清洁要求处 真空中或高温中 真空中或高温中 常用类型常用类型硫化钼硫化钼碳碳石墨石墨聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等 常用类型常用类型 二 二硫化钼硫化钼 碳碳 石墨石墨 聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等 五五 润滑方法润滑方法 自学自学五五 润滑方法润滑方法自学自学 油润滑油润滑 间隙 连续间隙 连续 脂润滑脂润滑 只能间隙 1 只能间隙 1 压注油杯压注油杯压注油杯压注油杯 2 滴油润滑2 滴油润滑 芯捻或线纱润滑芯捻或线纱润滑3 3 芯捻或线纱润滑芯捻或线纱润滑 4 油环润滑 5 飞溅润滑 4 油环润滑 5 飞溅润滑 6 浸油润滑6 浸油润滑 7 7压力循环润滑压力循环润滑7 7 压力循环润滑压力循环润滑 6 6 液体动压润滑的形成及基本方程 液体动压润滑的形成及基本方程 液体动压润滑的形成及基本方程 液体动压润滑的形成及基本方程 一 液体动压润滑基本方程 雷诺方程一 液体动压润滑基本方程 雷诺方程 研究对象 被润滑油隔开作相对运动的两刚体 一个以v运动 一个静止 研究对象 被润滑油隔开作相对运动的两刚体 一个以v运动 一个静止 取微单元体及连续流量方程 可得到 取微单元体及连续流量方程 可得到 3 0 6 h hh v dx dp 一维雷诺方程 R一维雷诺方程 R E E h h0时 时 dp dx 0 p pmax 二二 油楔承载机理油楔承载机理二二 油楔承载机理油楔承载机理 由R由R E E 油压变化与 v h有关油压变化与 v h有关 积分积分油膜承载能力油膜承载能力p p 积分积分 油膜承载能力油膜承载能力 平衡外载 平衡外载 当h h当h h0 0时 时 0 dx dp 油压为增函数 油压为增函数 当h h当h h0 0时 时 0 dx dp p p p