第十二章 滑动轴承.ppt

轴颈轴瓦 滑动轴承的基本结构 第十二章滑动轴承 12 1概述 一 滑动轴承的分类 按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现的摩擦状态 滑动轴承可分为 液体摩擦轴承 非液体摩擦轴承 液体动压润滑轴承 液体静压润滑轴承 按滑动轴承承受载荷的方向可分为 径向滑动轴承 推力滑动轴承 二 滑动轴承的特点和应用 非液体摩擦滑动轴承 结构简单 使用方便 但损耗较大 液体摩擦轴承的特点有 与滚动轴承比 1 在高速重载下能正常工作 寿命长 2 精度高 液体摩擦轴承磨损小 如葛洲坝电站推力轴承最近拆卸后发现表面刀痕还在 3 滑动轴承可做成剖分式的 能满足特殊结构的需要 4 液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用 可以吸收振动 缓和冲击 5 滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小 摩擦发生在轴瓦和轴颈表面之间 而滚动轴承的摩擦发生在套圈和滚动体之间 6 但起动过程不易形成油膜 摩擦阻力较大 适宜使用在剖分结构 如发动机连杆与曲轴之间 特高速 特低速 特重载 无法润滑等场所 一 径向滑动轴承 1 整体式径向滑动轴承 轴颈 轴瓦 轴承座结构简单 但磨损后间隙过大时无法调整 轴颈只能从轴承端部安装和拆卸 12 2滑动轴承的结构形式 2 剖分式径向滑动轴承 剖分位置十分重要 剖分式径向滑动轴承装拆方便 还可以通过增减剖分面上的调整垫片的厚度来调整间隙 垂直载荷用 倾斜载荷用 二 推力滑动轴承由轴承座和推力轴颈组成 d0 0 4 0 6 d d d1 2SS 0 1 0 3 d1d0 1 1d1S1 2 3 S 滑动轴承材料指的是轴瓦材料滑动轴承的失效形式主要是轴瓦的胶合和磨损 一 对轴瓦材料的要求 1 有足够的疲劳强度 保证足够的疲劳寿命 2 有足够的抗压强度 防止产生塑性变形 3 有良好的减摩性和耐磨性 提高效率 减小磨损 4 具有较好的抗胶合性 防止粘着磨损 5 对润滑油要有较好的吸附能力 易形成边界膜 6 有较好的适应性和嵌藏性 容纳固体颗粒 避免划伤 7 良好的导热性 散热好 防止烧瓦 8 经济性 加工工艺性好 12 3轴瓦的材料和结构 二 常用的轴瓦材料及其性质 轴瓦材料可分为三类 金属材料 粉末冶金材料和非金属材料 金属材料包括轴承合金 青铜 黄铜 铝合金和铸铁 1 轴承合金 轴承合金又称白金或巴氏合金 锡基轴承合金 如ZChSnSb10 6 ZChSnSb8 4 铅基轴承合金 如ZChPbSb16 16 2 ZChPbSb15 15 3 这两种轴承合金都有较好的跑合性 耐磨性和抗胶合性 但轴承合金强度不高 价格很贵 在钢或铜制成的轴瓦内表面上浇注一层轴承合金 这层轴承合金称轴承衬 钢或铜制成的轴瓦基体称瓦背 2 青铜 抗胶合能力仅次于轴承合金 强度较高 铸锡磷青铜 减摩 抗磨好 强度高 用于重载 铅青铜 抗疲劳 导热 高温时铅起润滑作用 铝青铜 抗冲击强 抗胶合差 3 黄铜 滑动速度不高 综合性能不如轴承合金 青铜 4 铝合金 强度高 导热好 价格便宜 抗胶合差 耐磨差 5 铸铁 价格便宜 低速 轻载 6 粉末冶金材料 含油轴承 铁 石墨 青铜 石墨 7 轴承塑料 摩擦系数小 耐冲击 导热性差 三 轴瓦结构 单金属轴瓦 结构简单 成本低 双金属轴瓦 节省贵重金属 双金属轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表 整体式轴瓦 轴瓦和轴承座一般采用过盈配合 为了向摩擦表面间加注润滑剂 在轴承上方开设注油孔 剖分式轴瓦 为了向摩擦表面输送和分布润滑剂 在轴瓦内面开有油沟 整体式 剖分式 轴瓦上的油沟 油沟位置对承载能力的影响 液体摩擦轴承的油沟应开在非承载区 周向油沟应靠近轴承的两端 油室 对某些载荷较大的轴承 在轴瓦内开有油室 轴瓦的应用 弹塑瓦滑动轴承应用 弹塑瓦推力轴承 弹塑瓦滑动轴承应用 弹塑瓦导轴承 弹塑瓦滑动轴承应用 弹塑瓦径向轴承 主要失效形式 胶合和磨损 润滑状态 混合摩擦 轴承的温升 限制单位面积上的摩擦功fpv 轴承计算的目的 保持边界膜不被破坏 12 4非液体摩擦轴承的计算 一 非液体摩擦径向滑动轴承的计算 1 验算压强p 压强p过大可能使轴瓦产生塑性变形破坏边界膜 应保证压强不超过允许值 p 即 MPa 2 验算值 值大表明摩擦功大 温升大 边界膜易破坏 其限制条件为 MPa m s 3 验算速度 对于跨度较大的轴 m s 二 非液体摩擦推力滑动轴承的计算 1 验算压强p MPa 2 验算pvm值 MPa m s 1 三 非液体摩擦径向滑动轴承的配合 一 滑动轴承用润滑剂的选择 1 液体摩擦轴承用润滑油的选择 1 重载有冲击时的选择较高的粘度 2 高速 轻载时选择较低的粘度 2 非液体摩擦轴承用润滑剂的选择 非液体摩擦轴承有的用润滑油 有的用润滑脂 这要用系数K来估计 当时可选用润滑脂来润滑 时则需用润滑油润滑 12 8润滑剂与润滑装置 连续润滑 比较重要的轴承应当采用连续润滑方式 油芯式油杯 油环润滑 滴油润滑 油环润滑 浸油润滑 飞溅润滑 压力循环润滑 二 润滑方式及润滑装置 1 油润滑 注油器 针阀式油杯 间歇润滑对于小型 低速或间歇运动的机器可采用间歇式润滑 2 脂润滑采用间歇式润滑 旋盖式油杯 液体摩擦轴承分为 流体动压轴承 流体静压轴承 径向轴承 推力轴承 轴颈和轴承两相对运动表面间完全被一层油膜所分开 12 5液体动压形成原理及基本方程 一 流体动压润滑形成原理 1 基本假设 1 两板间流体作层流运动 2 两板间流体是牛顿流体 其粘度只随温度的变化而改变 忽略压力对粘度的影响 而且流体是不可压缩的 3 与两板M N相接触的流体层与板间无滑动出现 4 流体的重力和流动过程中产生的惯性力可以略去 5 由于间隙很小 压力p沿y方向大小不变 6 平板沿Z方向无限长 所以流体沿Z方向无流动 2 流体动压力的形成及承载原理 从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析 可得 此式说明压力沿x方向的变化率与速度梯度沿y方向的变化率成正比 将 代入 得 流体动压力的形成和压力油膜承载原理 靠运动表面带动粘性流体以足够的速度流经收敛形间隙时 流体内所产生压力叫流体动压力 间隙内具有动压力的油层称为流体动压油膜 3 形成流体动压的条件 形成流体动压的必要条件 1 流体必须流经收敛间隙 而且间隙倾角越大则产生的油膜压力越大 2 流体必须有足够的速度 3 流体必须是粘性流体 二 流体动压基本方程 变形并积分 此式称为一维流体动压基本方程 也叫一维雷诺方程 将 得 一 径向滑动轴承的工作过程 12 6液体动压径向滑动轴承的计算 二 径向滑动轴承的几何参数及其基本方程的形式 径向滑动轴承的几何参数如下 h C ecos hmin C e C 1 h0 C ecos 0 此式即为动压径向滑动轴承的基本方程 也就是压力沿圆周方向的变化率 12 8 h C ecos h0 C ecos 0 压力沿圆周方向曲线方程 微小面积上油膜力的垂直分量 单位长度上油膜力的垂直分量之和 三 径向滑动轴承的承载系数和最小油膜厚度计算 油膜压力分布 微小面积 影响最小油膜厚度的因素很多 可以用一个表示这些因素综合影响的无量纲数 承载量系数来反映 沿垂直方向的总油膜力 12 10 由式 12 10 可得 12 11 轴承稳定工作时 外载荷 和总油膜力和垂直分量P相平衡 即 最小油膜厚度必须满足 设计时 根据长径比L d 用式 12 11 计算 然后由滑动轴承图查得 再由下式计算得 四 滑动轴承的热平衡计算 在热平衡状态 对于非压力供油的径向滑动轴承有 Q 润滑油的流量 Ks在50 140之间选取 式中 轴承的摩擦特性系数 轴承的流量系数 Cf CQ是无量纲参数 是相对偏心距 和长径比L d的函数 一般取tm 50t0 60 70ti 30 40 五 耗油量和摩擦功率 1 耗油量 2 摩擦功率 W 六 滑动轴承主要参数和选择 在液体摩擦滑动轴承设计中已知条件通常是 作用在轴颈上的径向载荷 轴颈直径和轴的转数 以及轴承的工作条件等 轴承的设计计算就是选择合适的参数 使轴承的最小油膜厚度 满足式 12 12 使温升 在规定的范围 1 轴承长颈比L d的选择 2 相对间隙 C r和轴承配合的选择 选择 的经验公式为 按最大间隙计算最小油膜厚度按最小间隙进行热平衡计算 L d大时 轴瓦压强变小 最小油膜厚度增加 承载能力变大油流量变小 温升高 边缘易接触 对最小油膜厚度 摩擦功 流量 平均温度均有影响 3 润滑油的选择及粘度的确定 4 最小油膜厚度许用值的确定 粘度高 油膜厚度大 承载能力大 易发热 载荷大 选高粘度油 由表面不平度来确定 速度高 选低粘度油 七 滑动轴承摩擦特性曲线 润滑油的内摩擦力与轴承的