机械设计第十二章课件

2020/6/6,1,第十二章滑动轴承JournalBearings,电子科技大学凌丹,机械设计,概述,滑动轴承的结构形式,滑动轴承的失效形式及常用材料,轴瓦结构及润滑,4,1,2,3,滑动轴承的设计计算,5,主要内容,滑动轴承的特点滑动轴承的应用滑动轴承设计工作的主要内容,12-1概述,滑动轴承的特点,面接触，工作平稳、可靠，承载能力高；零件数目少，易于达到很高的精度；噪声比滚动轴承低。,轴颈,轴瓦,12-1概述,滑动轴承的特殊应用工作转速特高时使用在这种转速下，滚动轴承的寿命将大为降低。对轴的支承位置要求特别精确时使用滑动轴承比滚动轴承中影响精度的零件数少，故可制造得更为精确。特重型的轴承若采用滚动轴承，由于必须单件生产，因而造价很高。承受巨大的冲击和振动载荷的轴承。滑动轴承的轴瓦和轴颈间的支承面一般较大，有油层的缓冲和阻尼作用，因而具有比滚动轴承更优越的工作性能。,12-1概述,根据装配要求必须做成剖分式的轴承如发动机曲轴的轴承轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承如多辊轧钢机在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承如舰艇螺旋桨推进器的轴承,12-1概述,滑动轴承的设计内容,轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。,12-1概述,概述,滑动轴承的结构形式,滑动轴承的失效形式及常用材料,轴瓦结构及润滑,4,1,2,3,滑动轴承的设计计算,5,主要内容,一、径向滑动轴承的结构,整体式径向滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,磨损后轴颈与轴承孔之间的间隙无法调整；只能沿轴向装拆。,常用的滑动轴承已经标准化，可根据使用要求从有关手册中合理选用。,12-2滑动轴承的结构形式,整体式径向滑动轴承(Bushing),剖分式（对开式）径向滑动轴承,特点：便于轴的安装，间隙可调整，但结构复杂。,对开式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴套),注：剖分面的垂线与径向力的夹角不大于35，否则，采用45倾斜剖分式,应用比较广泛。,12-2滑动轴承的结构形式,轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。,3调心式径向滑动轴承（自位轴承）,特点：轴瓦能自动调整位置，以适应轴的偏斜。,注：调心式轴承必须成对使用。,当轴倾斜时，可保证轴颈与轴承配合表面接触良好，从而避免产生偏载。,主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。,12-2滑动轴承的结构形式,对开式径向滑动轴承的装配图,止推滑动轴承Thrustbearing,作用：用来承受轴向载荷,结构形式：,空心式-轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式要好。,单环式-利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑便，广泛用于低速、轻载的场合。,多环式-不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。,各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。,结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为612。,-倾角固定，顶部预留平台，,类型,固定式,可倾式,用来承受停车后的载荷。,-倾角随载荷、转速自行调整，性能好。,巴氏合金,止推滑动轴承多油楔轴承,Thrustbearing,概述,滑动轴承的结构形式,滑动轴承的失效形式及常用材料,轴瓦结构及润滑,4,1,2,3,滑动轴承的设计计算,5,主要内容,磨粒磨损-进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。刮伤-进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。胶合-当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。疲劳剥落-在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。腐蚀-润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。,一、滑动轴承的失效形式,轴瓦磨损,表面划伤,疲劳点蚀,轴瓦胶合,轴瓦严重点蚀,一、滑动轴承的失效形式,微动磨损-发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。,滑动轴承的其它失效形式:,气蚀-气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；,流体侵蚀-流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；,电侵蚀-电化学或电离作用引起的机械磨损；,一、滑动轴承的失效形式,良好的减摩性、耐磨性和咬粘性。足够的强度和抗腐蚀的能力。良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性。良好的导热性、工艺性、经济性等。,二、滑动轴承的材料,1、对材料性能要求,工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。,还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。,1)减摩性-材料副具有较低的摩擦系数。,2)耐磨性-材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。,3)抗胶合-材料的耐热性与抗粘附性。,4)摩擦顺应性-材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。,5)嵌入性-材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。,6)磨合性-轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力。,二、滑动轴承的材料,材料性能定义,常用轴承材料,滑动轴承材料,金属材料,非金属材料,轴承合金,铜合金,铝基轴承合金,铸铁,多孔质金属材料,工程塑料,碳石墨,橡胶,木材,二、滑动轴承的材料,1、轴承合金（巴氏合金、白合金）,锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Ti)、铜(Cu)等金属的合金，锡或铅为基体。,优点：硬晶粒耐磨；软基体增加塑性。嵌入性和摩擦顺应性好。,缺点：价格贵、机械强度较差；,只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。,由于巴式合金熔点低,工作温度：t120。,1、轴承合金（巴氏合金、白合金）,2、铜合金,优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250。,缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。,青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。,铝青铜,铅青铜,锡青铜,中速重载,中速中载,低速重载,将不同的金属粉末经压制烧结而成的多孔结构材料，称为粉末冶金材料，其孔隙约占体积的1035%，可贮存润滑油，故又称为含油轴承。运转时，轴瓦温度升高，因油的膨胀系数比金属大，从而自动进入摩擦表面润滑轴承。停车时，因毛细管作用润滑油又被吸回孔隙中。含油轴承加一次油便可工作较长时间，若能定期加油，则效果更好。用于载荷平稳、低速和加油不方便的场合。,3.多孔质金属材料（粉末冶金材料）,4、非金属材料塑料一般用于温度不高，载荷不大的场合。尼龙轴承适用于速度不高或散热条件好的地方橡胶轴承弹性大，能减轻振动，使运转平稳，可以用水润滑，常用于离心水泵，水轮机等场合。,5、灰铸铁及耐磨铸铁,适用于轻载低速和不受冲击载荷的场合。,表12-1常用轴瓦及轴承衬材料的性能,续表12-1常用轴瓦及轴承衬材料的性能,概述,滑动轴承的结构形式,滑动轴承的失效形式及常用材料,轴瓦结构及润滑,4,1,2,3,滑动轴承的设计计算,5,主要内容,轴瓦和轴承衬,对轴瓦的要求：具有一定的强度和刚度；在轴承中定位可靠；容易装拆，调整方便。,轴承衬：浇铸或轧制在轴瓦内表面上的薄层轴承合金。改善轴承的耐磨性、减磨性等性能。,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,整体式,对开式,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,需从轴端安装和拆卸，可修复性差。,可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。,轴瓦的类型,整体轴套,对开式轴瓦,按构造分类,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,轴瓦的类型,厚壁,薄壁,薄壁轴瓦,厚壁轴瓦,整体式,对开式,节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高。,具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,轴瓦的类型,单材料,多材料,单一材料,两种材料,强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。,轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。,厚壁,薄壁,整体式,对开式,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,按加工分类,按尺寸分类,按材料分类,轴瓦的类型,铸造轴瓦,卷制轴套,铸造,轧制,铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。,只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。,单材料,多材料,厚壁,薄壁,整体式,对开式,一、轴瓦的形式和结构,-将轴瓦一端或两端做凸缘。,凸缘定位,二、轴瓦的定位方法,轴向定位,凸耳(定位唇)定位,凸耳,凸缘,目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相对移动。,紧定螺钉,周向定位,销钉,二、轴瓦的定位方法,三、轴瓦的油孔和油槽,作用：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。,进油孔,油槽,油槽,油孔尽量开在非承载区，不要降低或少降低承载区油膜的承载能力。,轴向油槽,单轴向油槽轴颈单向旋转,双轴向油槽轴颈双向旋转,保证润滑油从压力最小的地方进入轴承。,轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。,三、轴瓦的油孔和油槽,周向油槽适用于载荷变动范围超过180时，开设在轴承宽度中部。,三、轴瓦的油孔和油槽,不完全液体润滑径向轴承油槽的形状：,三、轴瓦的油孔和油槽,油槽可以由非承载区延伸到承载区。,宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。,液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.51,非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.81.5,大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。,三、轴瓦的油孔和油槽,润滑方式：,油润滑,脂润滑,固体润滑剂润滑,四、润滑方式,GreaseGun,旋盖式油脂杯,动压润滑,静压润滑,概述,滑动轴承的结构形式,滑动轴承的失效形式及常用材料,轴瓦结构及润滑,4,1,2,3,滑动轴承的设计计算,5,主要内容,一、失效形式与设计准则,工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴承的不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。,失效形式：边界油膜破裂。,设计准则：保证边界膜不破裂。,校核内容：,验算摩擦发热pvpv，限制轴承的温升；,验算滑动速度vv，防止由于速度过高加速磨损。,1.验算平均压力pp，以保证强度要求；,二、径向滑动轴承的设计计算,已知条件：外加径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径d(mm),.验算轴承的平均压力p,B-轴瓦宽度，p-许用压力。,.验算pv值，限制摩擦热,v轴颈圆周速度，m/s；,pv轴承材料的pv许用值。,n轴速度，m/s；,3.滑动速度过高时，还应验算v,二、径向滑动轴承的设计计算,三、止推滑动轴承的计算,已知条件：外加轴向载荷Fa(N)、轴颈转速n(r/mm),1.验算平均压力,Fa,z-轴环数,考虑承载的不均匀性，对于多环止推轴承，p、pv应降低50%。,3)验算pv值,v-轴承环形支承面平均直径处的圆周速度v(m/s),形成动压油膜的必要条件：,1.两运动表面之间必须有楔形间隙；,2.两运动表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.两运动表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。,流体动压润滑形成的条件,动压润滑的形成过程,三、径向动压润滑轴承的几何关系,设轴孔和轴的半径为：R,r直径为：D，d，偏心距:e偏位角：a,直径间隙：Dd,半径间隙：Rr/2,相对间隙：/r/d,最小油膜厚度：hmin=er(1-),定义:e/为偏心率,其他形式滑动轴承简介,自润滑轴承多油楔轴承固定瓦多油楔轴承可倾瓦多油楔轴承液体静压轴承气体润滑轴承磁悬浮轴承,通用型钢基自润滑轴承,以优质低碳钢板为基体，中间烧结多孔青铜层，表面轧制PTFE和Pb的混合物。它能提供较好的自润滑、耐磨损、低摩擦等性能，充分发挥了金属和多元素聚合物的优点。产品应用于印刷机械、纺织机械、烟草机械、健身器等。,自润滑轴承,以金属材料为基体，表面按一定的角度和密度镶嵌特殊配方的固体润滑剂，经精密加工而成。产品广泛应用于连铸轧机、矿山机械、船舶、气轮机等。,镶嵌固体自润滑轴承,多油楔轴承,固定瓦多油楔轴承