第三章 摩擦学设计.ppt

一组重要的调查数据全世界工业能源的1 3被摩擦损耗掉失效零件的80 是由于磨损造成的20世纪80年代 我国在冶金 煤炭 农机等五个行业的调查表明 由于磨粒磨损缩小好的备件用钢材达到100万吨以上 如考虑停机等费用造成的损失每年达到几亿元 摩擦学发展的重要历史阶段史前人类的钻木取火祖先们在春秋时代 公元前770 221年 对摩擦 磨损现象有了一定的了解 并且已经知道采用动物油脂进行润滑 诗经中相关的记载西晋时代张华所著 博物志 最早记载了人类使用矿物油做润滑剂15世纪 意大利的列奥纳多 达芬奇才开始把摩擦学引入理论研究的途径18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起 到20世纪60年代摩擦学成为一门独立的交叉学科应用及研究的领域不断扩大 机械 冶金 生物 地质 音乐 体育等 第三章摩擦学设计及其应用 滑动轴承设计 3 1摩擦学基本知识简介3 2滑动轴承的结构与材料3 3不完全液体润滑滑动轴承设计计算3 4液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算小结 滑动轴承设计的内容 3 1摩擦学基本知识 一 摩擦定义摩擦的类型 干摩擦 边界摩擦 流体摩擦和混合摩擦摩擦状态的判定 表3 1 图3 2二 磨损定义磨损的过程 图3 3磨损的类型 粘着磨损 磨粒磨损 表面疲劳磨损 摩擦化学磨损改善摩擦副耐磨性能的措施选择减磨材料 合理选择润滑剂和添加剂 控制易损件的工作条件三 润滑 三 润滑 目的 润滑剂分类 气体 空气及其它气体介质 液体 水 矿物油及液态金属等 半固体 润滑脂 固体 石墨 二硫化钼等 主要性能指标 润滑油 润滑脂 1 对于不完全液体润滑 降低摩擦及减少磨损 2 对于液体动力润滑 工作介质并具有冷却作用 粘度 流体抵抗变形的能力 标志着流体内摩擦阻力的大小 平行板间液体的层流流动模型 牛顿定律 剪切应力 动力粘度 速度梯度 2 运动粘度 主要用于测量流体粘度 m2 s 1 动力粘度 主要用于流体动力计算中 Pa s 3 两种粘度之间的换算关系 矿物有的密度kg m3 4 润滑油粘度特性 粘温特性 温度越高 粘度越低 反之亦然 粘压特性 压力越高 粘度越高 反之亦然 式 3 7 一般在5MPa之下影响不大 图3 7全损耗系统用油的粘 温曲线 5 其它性能指标 油性 极压性 氧化稳定性 闪点 凝固点等 针入度 稠度 标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱 针入度越大 润滑脂越稀 反之亦然 滴点 在规定的加热条件下 润滑脂由标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度称为润滑脂的滴点 滴点标志着润滑脂耐高温的能力 一般润滑脂的工作温度应低于滴点20 30 C 为改善润滑油或润滑脂的性能 以适应某些特殊的需要 在润滑油或润滑脂中加入一些物质 称为添加剂 自学教材p70 p71相关内容 3 2滑动轴承的结构与材料 一 滑动轴承的典型结构 p471 15 3 1 整体式 图15 16 剖分式 图15 17 二 轴瓦的结构与材料 二 轴瓦的结构与材料 1 轴瓦的结构轴瓦的形式和构造 整体铸造 对开式油孔及油槽 p476 图15 27 15 28 轴瓦的定位 保证轴瓦与轴承座之间无轴向 周向的相对移动 图15 28 2 轴瓦的材料选用原则常用的轴瓦材料 p75 表3 3 油孔与油槽的位置 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 图15 30 油槽的剖面形状应避免边缘有锐边或棱角 保证润滑油能顺畅地流入润滑表面之间 油槽的尺寸可查相关的手册 2 轴承材料的选用原则 滑动轴承的失效形式磨粒磨损刮伤咬粘 胶合 疲劳剥落腐蚀 对材料性能的要求良好的减摩性 耐磨性和抗咬粘性良好的摩擦顺应性 嵌入性和磨合性足够的强度和抗腐蚀能力良好的导热性 工艺性和经济性等 3 3不完全液体润滑滑动轴承设计计算 一 失效形式磨粒磨损与粘着磨损为主 多种失效形式并存的情况二 设计准则边界膜不遭破坏 维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在三 径向滑动轴承的计算四 推力滑动轴承的设计计算 自学 三 不完全液体润滑径向滑动轴承设计算典型问题 1 已知条件 轴颈的直径d mm 轴转速n r min 轴承的径向外载荷F N 2 设计的目的 确定轴承的材料与宽度B 1 验算轴承的平均压力p 防止磨损 式 3 13 2 验算轴承的pV值 限制温升 式 3 14 3 验算滑动速度V 防止磨损 式 3 15 见表3 3 3 4液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 一 径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程 图3 12 二 形成液体动力润滑的条件和基本方程三 径向滑动轴承的几何参数四 液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算五 轴承参数的选择 二 流体膜压力分布的微分方程 雷诺方程 1 假设条件 y 1 忽略重力 磁力 惯性力的影响 2 流体在界面上无滑动 即贴于界面的油层速度与界面速度相同 3 沿油膜厚度方向上 不计油膜压力的变化 4 润滑油沿膜厚方向没有流动 5 流体为牛顿流体 6 润滑油流动为层流 7 润滑油不可压缩 2 一维雷诺方程 根据层流运动的流体膜中一微元体的受力平衡 流量连续的分析 并利用假设条件及必要的边界条件 可得到如下的流体膜压力分布方程 即 一维雷诺方程 式 12 8 3 形成液体动力润滑的条件 图4 17 1 润滑油要有一定的粘度 且其它条件不变时 粘度越高 承载能力越高 2 两相对运动表面要有相当的相对滑动速度 3 相对滑动表面形成收敛的油楔 4 有充足的供油 最大压力处对应的油膜厚度 三 径向滑动轴承的几何参数 1 直径间隙 2 半径间隙 3 相对间隙 4 偏心距 5 偏心率 6 最小油膜厚度 7 偏位角 8 任意位置的油膜厚度h 空气 润滑油 油楔 油膜压力 四 液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 1 轴承承载力计算2 摩擦力及摩擦功耗的计算3 轴承的最小油膜厚度4 轴承的热平衡计算5 工作能力计算的一般步骤图3 18 数值计算机算方法见p81 82 1 轴承的承载力计算 总承载量计算的无量纲参数 索氏数定义 式 3 25 图3 15 其中 为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度 N s m2 为轴颈的转速 rad s B为轴承的宽度 m d为轴颈的直径 m 2 轴承的摩擦力及摩擦功耗计算 定义 轴承的摩擦特性系数 图3 16 摩擦力 摩擦功耗 3 轴承中的最小油膜厚度计算 轴承中的最小油膜厚度 不能无限制地减小 它受到轴颈与轴承内表面的粗糙度 轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差等的影响 式 3 35 式 3 34 表3 5 安全系数 4 轴承热平衡计算 根据能量守恒 每秒产生的热量带走热量 达到热平衡时的润滑油温度差 式 12 28 为保证轴承的正常工作 一般要求等效温度不超过75 流量系数 图3 17 等效温度 入口油温tin一般为30 45 C 高速重载条件 式 3 33 式 3 32 中等载荷和一切非稳定