华理工机械设计教案13滑动轴承

课程名称：《机械设计》第22讲次授课题目第十三章滑动轴承13-1概述13-2径向滑动轴承的类型和结构13-3滑动轴承的材料13-4轴承润滑材料及润滑方法【目的要求】熟练掌握各种滑动轴承的类型、结构、特点；【重点】滑动轴承的类型、结构；【难点】滑动轴承的设计；内容第十三章滑动轴承13-1概述轴承是各种机械中常见的重要零件之一。其功用主要有两个：支承轴和轴上的零件，并保证轴的旋转精度。减小转轴与支承之间的摩擦和磨损。＊在高速、高精度、重载的场合以及结构上要求剖分的场合。经常采用滑动轴承。如轧钢机，大型发电机，汽轮机和曲轴上。根据承受载荷方向的不同，滑动轴承分为：滑动轴承的特点缺点：普通滑动轴承的启动摩擦阻力比滚动轴承大得多。13-2径向滑动轴承的类型和结构一、类型径向滑动轴承有两种常用的类型：1．整体式：见（图13-1）P278，是常见的一种整体式轴承。主要由：轴承座和轴套组成：特点：优点：结构简单，加工方便，成本低。缺点：①装拆不方便（主要指轴的装拆是以端部进行，对于粗重的轴则不方便；②磨损以后，间隙过大，不能调整。2．剖分式（如图13-2）P278主要由：轴承座，轴承盖，剖分的轴瓦，轴承盖螺栓组成轴承座与轴承之间用螺栓连接，座与盖通常也是用铸铁制造的。剖分面常作成阶梯形（做出“止”口），以便于定位，并防止工作时错动。另外，剖面最好与载荷方向垂直或基本垂直。为此，与轴直接接触的零件也做成剖分式的结构，称为轴瓦。正对着径向力Fr方向上用于支撑轴的半圆周，称为承载区；另一半称为非承载区。在非承载区的轴瓦上内表面上开设油沟。润滑油从油沟流入轴承，对轴承进行润滑。特点：便于轴的安装。磨损后，可以修复。缺点：结构复杂，加工麻烦，成本高。实际中，径向滑动轴承的结构形式很多。球面配合图14-7所示为自动调心轴承。轴瓦外表面与轴承之间是球面配合。轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时所产生的偏斜。主要用于比较宽的轴承（宽径比为B/d＞1.5的轴承）。球面配合另外，还有间隙可以调节的滑动轴承等特殊结构，这需要大家在以后的学习和工作中逐渐了解。二、轴瓦的结构为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在轴瓦的内表面上浇铸一层或两层摩擦系数小，抗胶合能力强的材料，称为轴承衬。这样的轴瓦通常称为：双金属轴瓦或三金属轴瓦。轴承衬的厚度很小，一般随轴承直径的增大而增大，通常为：零点几mm到6mm。在非承载区的轴瓦上开设的油沟，常见形式见（图13-12）。通常是以进油口（图中小口）为中心开出纵向，横向或倾斜的油沟。其作用是：使油进入轴承后能够均匀的分布在整个轴颈上。（油从轴承的两端流出去，即端泄）。＊注意：油沟不能开在承载区，否则，会降低油膜的承载能力。（如图13-14）所示。对于大型的滑动轴承，常采用（13-13）所示的“油室”结构。润滑油从两侧导入，它可使润滑油沿轴向均匀分布，并起着贮油和稳定供油的作用。13-3滑动轴承的材料轴瓦是滑动轴承中的重要零件。轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于滑动轴承，如果不能保证液体润滑状态，则会产生较大的摩擦和磨损。磨损是滑动轴承的主要失效形式，而摩擦会产生热量，使温度升高，导致润滑失效，进而引起胶合。所以，对滑动轴承材料的基本要求是：1）要求减摩性好。即μ要小，对油的吸附能力要强，利于润滑。2）要求耐摩性好。3）要求抗胶合能力强。（与轴材料的物理、化学性质相差越大，则抗胶合性能越强；同时，导热性要好。）4）具有一定的抗压强度（保证在载荷作用下不压溃）。5）具有良好的适中性。包括：顺应性：靠塑性变形补偿适应由于轴的变形或对中性不好引起的局部接触，或几何误差；嵌藏性：即可以嵌藏外来的硬颗粒。防止轴的划伤。（例如，和好的面表面上如有小石子，则用力一压，则就嵌入面中。）磨合性：利用轴承的早期磨损，减小表面的粗糙度，适应轴的形状误差。6）工艺性好：铸造性好，切削的工艺性好7）还要求：热膨胀小，耐腐蚀等二常用材料轴承的材料分为三大类：金属材料；粉末冶金；非金属材料1．常用的金属材料：（1）轴承合金：（白合金，巴氏合金）是以锡或铅作为基体即锡基轴承合金和铅基轴承合金，在基体上悬浮锑锡（Sb—Sn）及铜锡（Cu—Sn）的硬晶粒。硬晶粒起耐摩作用，软的基体则增加材料的塑性、嵌藏性和顺应性。（软基体上有硬支点）。在所有轴承材料中：特点：嵌藏性，顺应性最好，很容易饱和，具有几哦啊好的抗胶合能力。但是，机械强度低，疲劳强度低，价格较贵。因此，通常只用做轴承衬的材料而帖附在轴瓦基体表面上。而轴瓦的基体可以用：软钢，铸铁或青铜制造。＊注意；锡基合金的热膨胀系性比铅基合金好。所以更适合用于高速轴承。（2）铜合金特点：机械强度比轴承合金高，承载能力大，刚性好，耐磨性好，传热性好，可直接作成轴瓦。也可以作为轴瓦的基体。在其内表面上流铸一层轴承合金。但是，嵌藏性和饱和性比轴承合金差。（3）铸铁：用于不重要的、低速、轻载的场合。2．粉末合金—含油轴承它是具有多孔组织，小孔中可以贮存润滑油。当工作中温度升高时，油受热膨胀，从小细孔中流出，对轴承进行润滑（温度下降后进入小孔）。常用于加油不方便的场合。（加一次油可以使用较长的时间）。3．非金属材料常用的有：轴承塑料。可以用油，也可以用水润滑。特点：但导热性差，耐热性差。此外还有：木材，橡胶等。13-4轴承润滑材料及润滑方法润滑的目：一、润滑材料滑动轴承常用的润滑材料是：润滑油和润滑脂。特殊场合，也可以用固体或气体做润滑剂。1．润滑油：主要是矿物油。其主要性能指标是：粘度、粘度指数、油性、闪点、凝点等。其中：粘度是最重要的指标，也是选择轴承用润滑油的主要依据。润滑油粘度的选择可根据经验或实验方法确定。同一机器，在相同的条件下工作，功耗小，温升低的润滑油，其粘度大小较合适。根据轴承的压强和轴颈圆周速度确定油的型号。2．润滑脂：是用矿物油与稠化剂（钙、钠、铝等金属皂）混合而成的。其主要性能指标是：稠度（针入度）和滴点。工业上应用最广的是：钙基润滑脂（钙脂）。此外还有：特点：稠度大，不易流失，承载能力大。但性质不如润滑油稳定，摩擦功耗大。所以，不宜在高速和温度变化大的场合应用。通常用于：如轴颈圆周速度v〈1~2m/s的场合。二、润滑方法是指向轴承供给润滑油或润滑脂的方法。对润滑油：对脂润滑：只能间歇供给。最常用的就是：黄油杯（见图14-16）。也常用黄油枪供给。滑动轴承的润滑方式可根据如下系数选择：（13-1）P316式中：[本讲作业]思考题13-1、13-2、13-3、13-5

课程名称：《机械设计》第23讲次授课题目第十二章滑动轴承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【目的要求】熟练掌握各种滑动轴承的滑动轴承的设计方法；【重点】滑动轴承的设计；【难点】滑动轴承的设计；内容第十三章滑动轴承13-5滑动轴承的条件性计算滑动轴承条件计算的准则（或内容）为：对混合润滑轴承，只需进行这种条件性计算，以确定轴承尺寸。（维持边界膜不破坏）。对于液体动力润滑轴承。由于在启动和停车时，也处于混合摩擦状态，所以设计时，也需进行这种条件性计算，以保证工作中，轴承的最低润滑水平维持在边界润滑状态。通常，只用类作为初步计算，确定轴承的结构尺寸。此外，还要进行液体动力润滑的计算。径向轴承BdBdF（Mpa）式中:F—轴承的径向载荷：ND、B—轴颈直径和有效宽度：mm[P]—许用压强：Mpa（注：低速轴或间歇转动的轴，其轴承只须进行压强校核。）2．滑动速度：（m/s）式中：n—轴颈的转速：r/min＊当p很小时，而v很大时，也会产生较大的磨损，所以也需对v加以限制。3．PV值：（Mpam/s）注：轴承材料的许用[p]、[v]、[pv]值。对于混合润滑轴承的设计通常是：先由轴的设计确定轴颈直径d→确定（选择）宽径比B/d→确定B→条件性计算→选择配合＊注：通常取B/d=0.8-1.5选配合时：较精密的可选：H8/f7一般的可选：H8/e7H9/e8粗糙的可选：H9/d8二、推力轴承止推面的形式有：实心端面、空心轴颈和环状轴颈实心端面推力轴颈：由于边缘速度大，磨损快，中心部分则磨损小。边缘磨损后，则会使中心部分凸出，压强增大很多。这是它的缺点。所以实际中，常采用空心轴颈和环状轴颈，以便克服实心轴端的缺点。FdFd0d222（Mpa）（Mpam/s）式中：[p]、[pv]值见表（13-3）：对多环轴承，各环受力不均匀。[p]、[pv]值应降低50％。13-6液体动力润滑径向轴承的计算液体动力润滑的计算：就是要验算是否能够实现液体润滑。径向滑动轴承是具有间隙的轴颈和孔的配合。孔就是滑动轴承的圆柱孔。如下图：开始启动时，轴受到的摩擦力使轴出现上爬现象。随轴的转动，把油不断带入收敛的间隙，逐渐形成压力。随着转速的升高，轴颈不断的把油带入间隙，使间隙内油的压力越来越高，最后靠油的压力把轴颈托起来。但是在油压的作用下，轴很快被推向左侧。当轴转速稳定时，形成了稳定的压力油膜，轴位于偏左的位置，油膜的压力分布如图所示。垂直方向的合力与外载F平衡，水平方向的分力，左、右自行抵消。形成油膜以后，轴心与轴承上孔的中心O不重合。则称为偏心距，用e表示。在其他条件相同时，转速越高，则e越小。注意；分析轴颈逆时针转动时，轴心位置和动膜压力分布曲线的形状。稳定运转状态稳定运转状态Foo1hmineθpmaxpmaxBRr二、液体动力润滑径向轴承的计算1．几何关系（见P321）直径间隙：半径间隙：相对间隙：偏心率：最小油膜的厚度（即最小间隙）： 偏位角：θ（由e和θ确定轴颈在轴承孔中的平衡位置。）轴瓦包角：α即轴瓦完整表面所占的中心角。在此：F—实际上是油膜所承受的外载荷。它的大小表示了动压油膜的承载能力的大小。（所能承受的外载荷F，则承载能力增大