机械设计-滑动轴承

13-1概述,13-2滑动轴承的结构,13-3滑动轴承的失效形式及材料,13-4滑动轴承的润滑,13-5滑动轴承的条件性计算,13-6液体动力润滑径向轴承的计算,13-7其它滑动轴承简介,第十三章滑动轴承,13-2概述1,13-1概述,轴承的作用是支承轴。,1具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。,3保证轴的回转精度。,一、轴承应满足如下基本要求：,二、滑动轴承的分类,按受载方向不同，分为：,按润滑状态不同，分为：,承受径向力,承受轴向力,概述2,概述,三、滑动轴承的特点,高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、水轮发电机、机床等。,极大型的、极微型的、极简单的场合；如自动化办公设备等。,4受冲击与振动载荷的场合；如轧钢机。,3结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承。,四、滑动轴承的应用场合,1承载能力大，耐冲击；,2工作平稳，噪音低；,3结构简单，径向尺寸小。,13-2滑动轴承的结构1,13-2滑动轴承的结构,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。,（图131，图132）,滑动轴承的结构2,滑动轴承的结构,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(剖分轴套),（图133，图134）,注：剖分面的垂线与径向力的夹角不得大于35，否则，采用45倾斜剖分式，（图134）。,应用比较广泛。,滑动轴承的结构,对开式轴承(整体轴套),滑动轴承的结构3,滑动轴承的结构4,3调隙式径向滑动轴承,（图135）,特点：便于调整间隙，但结构复杂。,4调心式径向滑动轴承,（图137）,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。,滑动轴承的结构,滑动轴承的结构5,二、止推滑动轴承的结构,止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：,环形轴端：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式好。,单止推环式：利用轴颈的环形端面作为止推面，结构简单，润滑方便，可承受双向轴向载荷。广泛用于低速、轻载的场合。,多止推环式：承载能力大，可承受双向轴向载荷。但各环间载荷分布不均匀。,环形轴端,单止推环式,多止推环式,（图138，图139）,止推滑动表面的基本尺寸，见表131。,滑动轴承的结构,滑动轴承的结构,图138,图139,滑动轴承的结构6,滑动轴承的轴瓦结构1,三、轴瓦的形式和结构,不便于装拆，可修复性差。,安装和拆卸方便，可修复。,如黄铜，灰铸铁等制成的轴瓦。,以钢、铸铁或青铜作轴瓦基体，在其表面浇铸一层或两层很薄的减摩材料（称为轴承衬）。,轴承衬的厚度很小，通常不超过6mm。,滑动轴承的结构,（图1310）,（图1311）,滑动轴承的结构,单材料、整体式厚壁铸造轴瓦,多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦,多材料、对开式厚壁铸造轴瓦,多材料、对开式薄壁轧制轴瓦,滑动轴承的轴瓦结构2,滑动轴承的轴瓦结构3,轴瓦的定位,目的：防止轴瓦沿轴向和周向移动。,（也可做轴向定位）,滑动轴承的结构,滑动轴承的轴瓦结构4,为把润滑油导入轴承的工作面，在轴瓦上开设：,还起储油和稳定供油的作用，用于大型轴承。,滑动轴承的结构,（见图1314）,双斜向油槽（用于混合润滑轴承）,滑动轴承的结构,单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）,双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）,原则：,2）对液体动压润滑轴承，油槽应开在非承载区。（见图1313）,1）油槽沿轴向不能开通，以防止润滑油从端部大量流失。,3）对混合润滑轴承，油槽应尽量延伸到最大压力区附近。,13-3滑动轴承的失效形式和材料,汽车用滑动轴承故障原因的平均比率,一、滑动轴承常见失效形式,还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。,13-3滑动轴承的失效形式及材料,轴承表面的磨粒磨损,刮伤,疲劳剥落,胶合,腐蚀,滑动轴承的材料1,滑动轴承的材料,二、滑动轴承的材料,轴承材料是指轴瓦和轴承衬的材料。,1）减摩性、耐磨性、耐蚀性要好；,2）抗胶合能力强，导热性、散热性好；,顺应性：材料通过表层的弹、塑性变形来补偿轴承滑动表面接触不良的能力。,嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面的刮伤和磨粒磨损的性能。,磨合性：轴瓦与轴颈表面应易于磨合，从而改善摩擦面的接触状况。,1.对轴承材料性能的要求：,3）具有足够的强度，主要包括疲劳强度和抗压强度；,4）具有良好的适应性，主要包括：,2.常用材料：（见表133）,13-4滑动轴承的润滑,13-4滑动轴承的润滑,一、润滑材料,特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。,适用场合：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。,1.润滑油,特点：有良好的流动性，可形成动压、静压润滑或边界润滑。,适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。,选择原则：主要考虑润滑油的粘度。,转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。,高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,2.润滑脂,参照表134或表135选择润滑油。,参照表136选择润滑脂。,润滑2,1）固体润滑剂,用于有特殊要求的场合，如要求环境清洁、真空或高温等。,常用的有：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。,使用方法：1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；,润滑脂的选择原则：）当压力高和滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；反之，选择针入度大的润滑脂。,）所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。,可根据轴承的压强、圆周速度和工作温度选择润滑脂，见表146。,3.其它润滑材料,3）渗入轴承材料中或成型后镶嵌在轴承中使用。,2）或调配到润滑油和润滑脂中使用；,滑动轴承的润滑,润滑3,2）水,主要用于橡胶轴承或塑料轴承。,3）固体润滑剂,如：汞、液态钠、钾、锂等，主要用于宇航器中的某些轴承。,4）气体,主要是空气，只适用于轻载、高速轴承。,二、润滑方法,是指将润滑剂送入轴承的方法，主要有：,（见表137和图1315）,可根据系数K查表138选择润滑方法。,（p=F/Bd轴承的压强（MPa）,滑动轴承的润滑,图1315,滑动轴承的润滑,润滑4,13-5滑动轴承的条件性计算1,13-5滑动轴承的条件性计算,速度低、载荷大、有冲击或间歇运转的滑动轴承；以及脂润滑、油绳润滑及滴油润滑的轴承，工作中处于边界润滑或混合润滑状态。,计算目的：保护边界膜不破裂。,计算内容：限制压强p、p值、滑动速度不超过许用值,对于边界膜的强度，目前尚无完善的计算方法，常进行条件性计算。,一、径向滑动轴承的计算,已知条件：径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)、轴颈直径d(mm),限制轴承的平均压强p,式中：B轴承宽度（mm）；p轴瓦材料的许用平均压强（MPa），查表133。,滑动轴承的条件性计算2,限制轴承的值,式中：轴颈的圆周速度（m/s），,验算滑动速度(m/s),式中：材料的许用滑动速度，见表133。,注：轴承孔与轴颈的配合一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,p轴承材料的许用值（MPam/s），见表133。,滑动轴承的条件性计算,滑动轴承的条件性计算3,二、止推滑动轴承的计算,限制平均压强p,止推滑动轴承的设计计算,式中：d2、d0止推轴承环形接触面的外径和内径。,考虑油槽使承载面积减小的系数，其值0.850.95。,Z止推环数。,滑动轴承的条件性计算,滑动轴承的条件性计算4,注意：设计时液体动压润滑轴承，常按上述条件性计算进行初步计算。（动压润滑轴承在起动和停车阶段，往往也处于混合润滑状态）,2限制值,式中：止推环平均直径（）处的圆周速度。,p,滑动轴承的条件性计算,形成流体动压润滑的条件：,13-6液体动力润滑径向轴承的计算,13-6液体动力润滑径向轴承的计算,径向滑动轴承能满足形成流体动力润滑的条件。,一、径向滑动轴承形成动压油膜的过程,起动阶段,F方向上的液体压力与F相平衡，垂直于F的方向上液体压力合力为零。,轴的转速越高，则e越小。,e0？,径向滑动轴承获得流体润滑主要有两种方法：,流体动力润滑,流体静压润滑,反向时，O的位置？,径向滑动轴承获得流体润滑主要有两种方法：,流体动力润滑,流体静压润滑,液体动力润滑径向滑动轴承的计算2,（用和e表示轴颈的平衡位置）,（hlim与、和F等有关）,液体动力润滑径向轴承的计算,二、液体动力润滑径向轴承的计算,pmax,B,轴颈直径d；,轴承直径D；,直径间隙Dd；,半径间隙Rr,/2,偏心率e/；,相对间隙/r,/d；,偏位角；,最小油膜厚度：hmin=e,1.几何关系,轴瓦包角：轴瓦完整表面所对的中心角；,r(1),液体动力润滑径向滑动轴承的计算3,液体动力润滑径向轴承的计算,2.承载量系数CF,如前页图所示，在外载荷F作用下，径向滑动轴承形成稳定的动压油膜后，油压沿轴向近似抛物线分布。,根据雷诺方程，利用三重积分可以计算整个动压油膜在外载荷F方向上产生的合力。,该合力与F相平衡。,即：,F,CF称为承载量系数，量纲为1，见表139。,（1313）,式中：油在平均温度下的粘度，Ns/m2。,分析：,CF一定时，,B,液体动力润滑径向滑动轴承的计算4,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,计算思路：1)已知F、B、时，计算求得CF。2)根据CF由承载量系数表查取偏心率。3)计算最小油膜厚度hmin=r(1-)。,液体动力润滑径向轴承的计算,则,（1314）,式中：为轴颈的圆周速度。,为什么计算hmin？,3.保证实现液体润滑的（判定）条件,在其他条件不变的情况下，外载荷F，动压润滑轴承的hmin，轴承、轴颈表面的微观凸峰可能直接接触，而不能实现液体润滑。,要想实现液体润滑，应满足如下条件：,hminS(Rz1+Rz2),Rz1、Rz2为轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度。,S安全系数，通常S2。,液体动力润滑径向滑动轴承的计算5,液体动力润滑径向轴承的计算,4.热平衡计算,为了控制润滑油的温升，需进行热平衡计算。,热平衡条件为：,摩擦生热量润滑油带走的热量轴承散发的热量,式中：摩擦因数；,cp润滑油的比定压热容，一般为16802100J/(kg.K),qv润滑油的体积流量（m3/s）。,t出油平均温度t2与进油温度t1之差（）；,润滑油的密度，一般为850900（kgm3）。,由于轴承散发的热量难以严格计算，通常，工程上按轴承散发20的热量进行计算，则,（1316）,液体动力润滑径向滑动轴承的计算6,其中：,Cq流量系数，与B/d和有关，见表1310。,C摩擦特性系数，与B/d和有关，见表1311。,将两式代入式（1416）得：,温升,（1317）,注：一般按润滑油平均温度时的粘度，计算轴承的承载能力。,平均温度tmt1+t2,75,计算时，通常取t1=3545。,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算7,5.参数选择,1）宽径比B/d,一般B/d0.51.5，见表1312。,宽度小，压强p，运转平稳性好，端泄流量，温升。,但承载能力。,B/d,2）相对间隙,承载能力，回转精度；,但端泄流量，温升。,如间隙过小，反而使hmin，难以形成液体润滑。,通常,（的取值见P315）,（1320）,速度高时，取大值；,载荷大时，取小值；,B/d小，加工精度高时，取小值；反之，取大值。,的取值原则：,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算8,6.制造公差及表面粗造度,一般轴承可取为3.2m和6.3m，或1.6m和3.2m。,重要轴承可取为0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。,通常，对于轴颈表面取Rz12.5m，对于轴瓦表面Rz25m。,若按标准公差加工轴颈和轴瓦孔的表面，轴承承载能力的偏差将很大。,3）平均压强p,p,轴向尺寸小，运转平稳性好。,使hmin，不易形成液体润滑。,（p的取值见P300）,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算9,五、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程,已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。,设计及验算：,保证在平均油温tm下hminh,验算温升,选择轴承材料，验算p、v、pv。,选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙()和润滑油()。,计算承载量系数(CF)并查表确定偏心率()。,计算最小油膜厚度(hmin)并判定是否能实现液体润滑。,计算轴承与轴颈的摩擦系数(f)。,计算轴承温升(t)和润滑油出油平均温度(t2)。,根据宽径比(B/d)和偏心率()查取润滑油流量系数。,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算10,极限工作能力校核,根据直径间隙()，选择配合及轴承和轴颈的尺寸公差。,根据最大间隙(max)和最小间隙(min)，校核轴承的最小油膜厚度和润滑油入口油温。,绘制轴承零件图,液体动力润滑径向轴承的计算,其它形式滑动轴承简介1,其它形式滑动轴承简介,一、无润滑轴承和自润滑轴承,无润滑轴承：工作时外界不提供润滑剂的轴承。,自润滑轴承：当无润滑轴承材料本身就是固体润滑材料时，或轴瓦中含有润滑介质，这种无润滑轴承常称自润滑轴承。,二、多油楔滑动轴承,固定轴瓦多油楔轴承