《春温滑动轴承》PPT课件

第12章滑动轴承,12-1概述,12-2滑动轴承的结构形式,12-3滑动轴承的失效形式及常用材料,12-5滑动轴承润滑剂的选用,12-4轴瓦结构,12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-8其它形式滑动轴承简介,12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,1、滑动轴承的结构、类型、特点及轴瓦的材料和选用原则。,主要内容,2、非液体摩擦和液体摩擦径向滑动轴承的设计准则和设计方法。,3、液体摩擦动压润滑单油楔径向滑动轴承的参数对轴承承载能力的影响。,1、轴瓦材料及其应用。2、轴承的设计准则及设计方法。3、液体动压润滑的基本方程式。4、液体摩擦动压径向滑动轴承的设计及主要参数选择。,重点、难点,滑动轴承,滚动轴承,1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；,2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,分类：,滚动轴承,轴承的功用：,滑动轴承,应用实例：汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。,12.1概述,由于滑动轴承的摩擦损耗一般较大，维护也比较复杂，故很多场合常为滚动轴承取代。只是由于滑动轴承本身一些独特的特点，使得在某些特殊场合仍占重要地位。目前，滑动轴承主要应用于以下几种情况：,1、滑动轴承的应用,12.1概述,1）工作转速高的轴承：因转速高，用滚动轴承，Lh将大大降低。2）特重型轴承；采用滚动轴承，造价太高（需单件生产）。3）要求对轴的支承位置特别精确的轴承；因滑动轴承比滚动轴承影响精度的零件数要少，故可制造得更精确。4）承受巨大冲击和振动载荷的轴承；5）据装配要求须做成剖分的轴承；如曲轴轴承；,设计滑动轴承时应解决的问题：,1）确定轴承的结构形式；,2）选择轴瓦和轴承衬的材料；,3）确定轴承结构参数；,4）选择润滑剂和润滑方法；,5）计算轴承的工作能力及热平衡计算。,1.干摩擦,固体表面直接接触，因而,不用许出现干摩擦！,2.边界摩擦,12-1概述摩擦状态,功耗,磨损,温度,烧毁轴瓦,运动副表面有一层厚度1.5时，由于轴的弯曲变形和安装误差，将导致轴承两端边缘接触而使得载荷集中更为严重，从而造成轴承温升过高和加快局部磨损。这时可采用自动调心滑动轴承,自动调心轴承,2根据润滑膜的形成原理不同分为：,动压滑动轴承,静压滑动轴承,第12章滑动轴承,12-1概述,12-2滑动轴承的结构形式,12-3滑动轴承的失效形式及常用材料,12-5滑动轴承润滑剂的选用,12-4轴瓦结构,12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-8其它形式滑动轴承简介,12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,3.滑动轴承的失效形式及常用材料,（一）滑动轴承的失效形式,磨粒磨损,进入轴承间隙间的硬颗粒（如灰尘、砂粒等）嵌入轴承表面，它们对轴颈和轴承表面起研磨作用。导致几何形状改变、精度丧失，轴间隙加大，使轴承性能在预期寿命前急剧恶化。,非金属外部颗粒磨损结果(200:1),金属外部颗粒磨损结果(100:1),在安装时,如果轴瓦安装不正确,引起扭曲或局部接触,在工作时就很容易使轴瓦局部损坏。,安装不正确引起的损坏,咬粘（胶合）,当轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，在润滑油供应不足条件下，轴颈和轴的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而造成轴承损坏。,疲劳剥落,在载荷反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。,腐蚀,润滑剂在使用中不断氧化生成酸性物质对轴承材料有腐蚀性，特别是对铸造铜铅合金中的铅，易受腐蚀而形成点状的脱落。,受腐蚀而形成点状的脱落,由于工作条件不同，滑动轴承还可能出现气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。,气蚀,电侵蚀,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。,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；,轴瓦失效实例:,二、轴承材料,对材料性能要求,常用轴承材料,轴承合金,应用,重载、中高速场合。,金属材料,多孔质金属材料,非金属材料,材料要求：,轴瓦及轴承衬材料,1）摩擦系数小；,2）导热性好，热膨胀系数小；,3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；,4）有足够的机械强度和塑性。,一、轴承合金（白合金、巴氏合金）,1）锡锑轴承合金,优点：f小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。,2）青铜,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。,工作温度：t350才开始氧化，可在水中工作。,-摩擦系数低，使用温度范围广(-60300)，但遇水性能下降。,-摩擦系数低，只有石墨的一半。,适用场合：用于润滑油不能胜任工作的场合，如高温、低速重载、有环境清洁要求。,使用方式：,1.调和在润滑油中；,2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；,3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。,五、滑动轴承的润滑方式及其选择,是指将润滑剂送入轴承的方法，主要有：,连续润滑间歇润滑。,供油方式：,1）连续供油,2）间歇式供油,可根据系数K选择润滑方法。,（p=F/Bd轴承的压强（MPa）,K2，脂润滑或手工润滑；K216，滴油润滑；K1632，油环或飞溅润滑（需用水冷却）；K32，压力循环润滑。,12.4非液体摩擦滑动轴承的设计,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，由于轴承得不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界摩擦或混合摩擦润滑。,失效形式：胶合和磨损。,设计准则：保证边界膜不破裂。,校核内容：,验算摩擦发热pvpv；,验算滑动速度vv。,p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应校核滑动速度v。,fpv是摩擦力，限制pv即间接限制摩擦发热。,1验算平均压力pp，以保证强度要求；,二、向心(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)。,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,3.验算滑动速度V,v材料的许用滑动速度.防止过度磨损。,4选择配合,一般可选:H9/d9或H8/f7、H7/f6。,2.验算pv值,值大表明摩擦功大,温升大,边界膜易破坏,其限制条件为:,非液体摩擦向心滑动轴承的设计步骤：,1）根据工作和使用条件，确定轴承的结构形式；,2）选择轴瓦材料；,3）初步确定轴承的工作长度B，B/d=0.51.5；,4）校核轴承的工作能力，包括平均压强p、pv值、滑动速度v；,5）选择轴承的配合；旋转精度高的轴承，选较高精度、较紧配合，旋转精度低的轴承，选较低精度、较松配合。,6）选择润滑方式和润滑剂。,三、推力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)。,1限制平均压强p,2.验算pvm值,式中：vm止推环平均直径(）处的圆周速度。,非液体摩擦推力滑动轴承的设计步骤：,1）根据工作和使用条件，确定轴承的结构形式；,2）选择轴瓦材料；,3）确定推力轴承的基本尺寸；,4）校核轴承的工作能力，包括平均压强p、pvm值；,第12章滑动轴承,12-1概述,12-2滑动轴承的结构形式,12-3滑动轴承的失效形式及常用材料,12-5滑动轴承润滑剂的选用,12-4轴瓦结构,12-6不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-8其它形式滑动轴承简介,12-7液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,液体摩擦动压向心滑动轴承的设计,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,流体动压轴承:利用轴颈旋转时的泵油作用把油带入摩擦面间，建立起压力油膜而把轴颈与轴瓦隔开的一种液体摩擦轴承。,液体静压轴承工作原理：依靠液压系统供给压力油，压力油在轴承腔内强制形成压力油膜，以隔开摩擦表面。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,动压油膜-因运动而产生的压力油膜。,两平形板之间不能形成压力油膜！,12-7液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,一、动力润滑的形成原理和条件,两平形板之间不能形成压力油膜！,动压油膜-因运动而产生的压力油膜。,图9-18,形成动压油膜的必要条件：,1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；,2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.两工件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。,二、液体动压润滑的基本方程-雷诺方程,2.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；=const,1.模型建立：相互倾斜AB板，B静止、A板速度为v,(3)与两板A、B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。,在油膜中取出一微单元体它承受油压p和内摩擦切应力。根据平衡条件，,得：,3.液体动力润滑的基本方程雷诺方程,整理后，得:,由牛顿粘性定律知：,压力沿方向与速度沿y方向变化关系,变形并积分,流速方程：,剪切流速度V引起线性分布压力流由F引起抛物线分布,连续流动方程：任何截面沿x方向单位宽度流量qx相等,一维雷诺方程（RE）一维流体动压基本方程,3、润滑油流量,一维雷诺方程,它描述了两平板间油膜压力p的变化与润滑油的动力粘度、相对滑动速度v及油膜厚度h之间的关系。,4、油楔承载机理,p积分油膜承载能力平衡外载,可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大于入口、出口处油压正压力承载。,两摩擦表面间必须有楔形间隙;两摩擦表面间必须有相对速度，且相对速度方向使润滑油从大截面进从小截面出;润滑油有一定的粘度，且供油充分。,形成流体动压润滑必要条件：,进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负压）,不能承载，相反使两表面相吸。,Swfswf,三、液体摩擦动压向心滑动轴承的工作过程,流体动力润滑的工作过程：起动、不稳定运转、稳定运转三个阶段起始时n=0，轴颈与轴承孔在最下方位置接触1、起动时，由于速度低，轴颈与孔壁金属直接接触，在摩擦力作用下，轴颈沿孔内壁向右上方爬开。2、不稳定运转阶段，随转速上升，进入油楔腔内油逐渐增多，形成压力油膜，把轴颈浮起推向左下方。（由图b图c）3、稳定运转阶段（图d）：油压与外载F平衡时，轴颈部稳定在某一位置上运转。转速越高，轴颈中心稳定位置愈靠近轴孔中心。（但当两心重合时，油楔消失，失去承载能力）轴心的位置是外载荷、转速、润滑油粘度的函数。,轴承动压油膜形成过程,三、液体摩擦动压向心滑动轴承的工作过程,a、n=0时，轴颈处于最低位置，轴与瓦间形成楔形间隙；,b、n0时，轴径旋转将油带入间隙当n很小时：带入油量少，轴颈沿孔壁向上爬行；当n增大时：带油量增加，楔形油膜产生动压力把轴径托起,c、n=nw时：轴颈稳定在一个偏心位置上，油膜压力与外载荷平衡。,d、轴心的位置是外载荷、转速、润滑油粘度的函数。,三、向心动压滑动轴承设计计算,1、失效形式与设计准则失效形式：承载油膜破裂。设计准则：保证液体润滑，hminh同时，因t油膜破裂：限制t,2径向滑动轴承的几何关系和承载量系数,直径间隙,半径间隙,相对间隙,偏心距,偏心率,最小油膜厚度,=1,时hmin=0，轴径与轴瓦接触;=0时，hmin=，轴径中心与轴瓦中心重合，无收敛油膜存在。是反映轴承承载能力的重要指标。,180-,ecos(180-),任意位置的油膜厚度h,压力最大处的油膜厚度,压力最大处的极角,由雷诺方程,假设p只与x方向有关，则,转化成极坐标的形式,并将h、h0代入，可得,从油膜起始角到到任意位置积分,180(a),任意位置的压力,压力p在垂直方向的分量为,将py在整个油膜范围内（）进行积分，可以得到单位宽度轴承承受的载荷,考虑轴承两端的泄漏，py可以修正为,有限长度轴承，油膜总承载能力为,轴承宽度,=Cp为承载量系数，用数值积分进行计算,原式变为,5.最小油膜厚度hmin,在其他条件不变的情况下，hmin越小，轴承的承载能力F就越大。然而最小油膜厚度不能无限减小因为它受到轴颈和轴瓦表面粗糙度的影响。,最小油膜厚度主要由轴颈与轴瓦的表面粗糙度决定，通常取,h许用油膜厚度,Rz1、Rz2分别为轴径和轴孔表面微观不平度度十点高度。,安全系数，通常取,动压润滑轴承的设计应保证：hminh=S(Rz1+Rz2),6.轴承的热平衡计算,轴承中产生的热量是由于摩擦损失转化而来的,单位时间轴承中产生的热量为,作用在轴承上的总载荷,轴径的线速度,泄漏的润滑油带走的热量,由于热传导和辐射散发出去的热量,润滑油的密度(kg/m3),C润滑油的比热容(J/（kg）),t0油的出口温度（）,ti油的入口温度（）,s轴承的表面传热系数(m),d轴承直径mm,B轴承宽度mm,热平衡时,即,p轴承的平均压强,润滑油流量系数；,f摩擦系数,由粘滞阻力确定的摩擦系数,随轴承宽径比而变化的系数,润滑油温度从入口到出口不断变化,常取润滑油的平均温度进行计算,为了保证轴承的承载能力，建议tm75,事先设定,若ti3540，表示轴承热平衡易于建立，轴承的承载能力尚未用尽。应降低给定的平均温度，并允许适当加大轴瓦及轴径的表面粗糙度，再进行计算。,若ti3540,结束,十、其他形式滑动轴承简介,无油润滑轴承,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,气体静压轴承,常用润滑油的粘温曲线,润滑油牌号及运动粘度范围对照表,润滑油流量系数,加工方法、表面粗糙度及表面微观不平度十点高度,有限宽轴承的承载量系数,常用金属轴承的材料性能,选择轴承配合的参考资料,径向滑动轴承的轴承和轴径配合常取的间隙配合,止推滑动轴承的p、pv值,润滑油新旧牌号对照表,轮廓算术偏差Ra,结束,练习题,（清华）有一非液体摩擦向心滑动轴承，l/d=1.5，轴承材料的P=5MPa,pv=10MPa*m/s,v=3m/s,轴颈直径d=100mm.当轴以转速n=500r/min回转时，轴承所承受的最大载荷为多少？这种轴承的主要失效形式是什么？,1、验算滑动轴承最小油膜厚度hmin的目的是。A、确定轴承是否能获得液体摩擦B、控制轴承的发热量C、计算轴承内部的摩擦阻力D、控制轴承的压强p2、巴氏合金用来制造。A、单层金属轴瓦B、双层或多层金属轴瓦C、含油轴承轴瓦D、非金属轴瓦3、在滑动轴承材料中，通常只用作双金属轴瓦的表层材料。A、铸铁B、巴氏合金C、铸造锡磷青铜D、铸造黄铜4、液体摩擦动压径向滑动轴承的偏心距e随而减小。A、轴颈转速n的增大或载荷F的增大B、轴颈转速n的增大或载荷F的减小C、轴颈转速n的减小或载荷F的减小D、轴颈转速n的减小或载荷F的增大5、非液体摩擦滑动轴承，验算pv35-40，热平衡易于建立，承载能力富裕，tm可降低，Rz可加大。如：ti35-40，热平衡不易建立，降低Rz，加大间隙。,五、参数选择,1、宽径比B/d,（0.8-1.2）:低速重载,提高支承刚性高速轻载,轴承评价：保证hminh条件下,使F影响F的因素：,2、相对间隙,六、设计步骤,3、粘度,七、其他滑动轴承简介,液体静压滑动轴承,例题：,解：,1.选择轴承宽径比：机床轴承，取1,2.计算轴承宽度：Bd1x0.20.2m,3.轴颈圆周速度：,4.计算平均压力：,设计一机床用动压径向滑动轴承，采用对开式结构，水平剖分面单侧供油，工作平稳。已知载荷F=100000N，轴颈直径d=200mm，转速n=500r/min。,一、按混合摩擦条件选材、定结构尺寸：,7.计算运动粘度，取密度900kgm3：,8.定平均油温：初选tm=50,9.选润滑油牌号：由表41选全损耗系统用油L-AN68,10.tm=50,由图49查得L-AN68:50=40cSt。,二、保证hminh（F,Cphmin）：,6.初估润滑油粘度由式(12-32)：,14.承载量系数：,16.最小油膜厚度：,17.定轴、孔表面粗糙度：轴为0.8（磨），孔为1.6（精车），查表76：RZ1=0.0032mm，RZ2=0.0063mm,19.计算摩擦系数：P290，取=1，得：,三、热平衡计算：,21.计算温升：取900kg/m3，c=1800J/(kg.K)，s=80W/(m2)由式(1228)得：,25.max、min时的承载能力、最小油膜厚度及温升分别按max及min进行校核，如果在允许值范围内，则绘制轴承工作图，否则需要重新选择参数，再作设计及校核计算。,24.求最大、最小间隙:max0.046(0.269)0.315mmmin0(0.240)0.24mm=0.25mm在max与min之间，故所选配合合适。,粘-温曲线,图9-18,分析,两摩擦表面间必须有楔形间隙;两摩擦表面间必须有相对速度，且相对速度方向使润滑油从大截面进从小截面出;润滑油有一定的粘度，且供油充分。,形成流体动压润滑必要条件：,二、空气轴承,空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7润滑油的1/4000，摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。,空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。分静压和动压两种。,气膜厚度-20m,制造精度,严格过滤,优点：1)不随温度变化，可用于高温或低温；,2)没有油污染的危险；,3)回转精度高，运行噪音低。,缺点：承载能力不大，密封困难。,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,16.1滑动轴承的类