机械设计基础-第13章滑动轴承

TheoryofMachinesandMechanisms机械设计基础第13章

滑动轴承第13章滑动轴承本章主要教学内容

摩擦状态

滑动轴承的结构形式

轴瓦的结构及材料

润滑剂和润滑装置非液体摩擦滑动轴承的计算本章教学目的了解滑动轴承的类型熟悉滑动轴承的特性及应用了解动压油膜的形成原理（进阶要求）13-1摩擦状态主要特点：工作平稳，无噪声；液体润滑时摩擦损失小应用情况：工作转速特高的轴承；要求对轴的支承位置特别精确的轴承；特重型轴承；大冲击和振动载荷的轴承；剖分式轴承；径向尺寸小的轴承；特殊工况下滑动轴承中的摩擦按润滑油存在方式分：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦(非液体摩擦)1.干摩擦固体表面直接接触，因而不允许出现干摩擦！2.边界摩擦根据摩擦面间存在润滑剂的情况，滑动轴承中摩擦分为：→功耗↑磨损↑温度↑→烧毁轴瓦运动副表面有一层厚度<1μm的薄油膜，不足以将两金属表面分开，其表面微观高峰部分仍将相互搓削。比干摩擦的磨损轻，f≈0.01~0.1有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。3.液体摩擦摩擦和磨损极轻，f≈0.001~0.01设计：潘存云vvvvv4.混合摩擦两摩擦面间的摩擦状态介于边界摩擦和液体摩擦之间。fηn/po在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。边界摩擦混合摩擦液体摩擦摩擦特性曲线称无量纲参数ηn/p为轴承特性数。

η-动力粘度，p-压强，n-每秒转数非全液体摩擦：干摩擦边界摩擦混合摩擦13-2滑动轴承的结构向心滑动轴承推力滑动轴承滑动轴承组成：轴承体、轴瓦及轴承衬、润滑与密封装置滑动轴承分类：向心滑动轴承——整体式、剖分式、自动调心式推力滑动轴承薄壁轴瓦轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。进油孔油沟F厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套整体式向心滑动轴承结构：轴承座、轴套（整体）轴承座设有安装润滑油杯的螺纹孔轴套上开有油孔，内表面开有油槽特点：结构简单，成本低但装拆不便，无法调整应用：低速、轻载或间歇性工作的机器整体式向心滑动轴承轴承座轴套油孔螺纹孔剖分式向心滑动轴承结构：轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦、螺柱。特点：剖分面作成阶梯状，且垂直载荷方向正剖、斜剖，装拆方便，常在轴瓦表面粘附轴承衬磨损后可调整间隙，结构复杂。应用：常用剖分式轴瓦油孔联接螺栓轴承盖剖分轴瓦轴承座榫口自动调心式向心滑动轴承应用：用于支承挠度较大或多支点的长轴结构：轴瓦瓦背制成凸球面其支承面制成凹球面特点：轴瓦能摆动，适应轴的变形推力滑动轴承分类：空心式、单环式、多环式轴上的轴向力应采用推力轴承来承受止推面：轴端面、轴中段做凸肩或装上推力圆盘作用：用来承受轴向载荷结构特点：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块。其数量一般为6~12。---倾角固定，顶部预留平台，类型固定式可倾式---倾角随载荷、转速自行调整，性能好。

FF巴氏合金绕此边线自行倾斜设计：潘存云F13-3滑动轴承的材料滑动轴承的失效形式：磨粒磨损及胶合点蚀及金属剥落材料要求：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。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。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。轴承衬一、轴承合金（白合金、巴氏合金）1）锡锑轴承合金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：t<120℃

由于巴式合金熔点低优点：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3）具有特殊性能的轴承材料含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。塑料轴承：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。13-4润滑剂和润滑装置一、润滑剂作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类液体润滑剂----润滑油半固体润滑剂----润滑脂固体润滑剂1.润滑油粘度----重要参数

液体层与层之间摩擦切应力：τ=-ηdudy-----牛顿液体流动定律η----液体的动力粘度，简称粘度量纲：力·时间/长度2单位：N·s/m2(Pa·s)ν

=ηρ

实验结果：oxyydyduAB2.润滑脂选用原则：1)载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；2)载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；----润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。优点：密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度和温度不敏感，适用范围广。缺点：摩擦损耗较大、机械效率低，不适宜高速场合。目前使用最多的是钙基脂，有耐水性，常用于60℃以下的各种机械设备的轴承。3.固体润滑剂聚四氟乙烯树脂用于润滑油不能胜任工作的场合：高温、低速重载。石墨二硫化钼（MoS2）---性能稳定、t>350℃才开始氧化，可在水中工作。-----摩擦系数低，使用温度范围广(-60~300℃)，但遇水性能下降。-----摩擦系数低，只有石墨的一半。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。二、润滑装置1.油杯针阀式油杯针阀式油杯手柄调节螺母弹簧针阀滤油网加油孔观察孔工作原理当手柄放平时，借助弹簧力使针阀堵住底部油孔。

当手柄立直时，针阀被提起开始滴油。调节螺母可调节供油的大小。油芯式油杯油芯工作原理利用毛线或棉纱的毛细管作用将油滴入轴承。压注式油杯工作原理定期旋转杯盖，使油杯腔体体积减小，将油杯中的润滑脂挤入轴承。润滑油脂用油杯旋盖式油杯

脂用2、油环润滑工作原理当轴颈转动时，靠摩擦力带动油环旋转，将油引入轴承。油泵滑动轴承油箱3、压力循环润滑特点供油充足，有冷却轴承作用。在重载、振动或变载荷工作条件下具有良好的润滑效果。13-5非液体摩擦滑动轴承的计算工作条件：边界膜不破坏、粗糙表面内有流体润滑存在失效形式：磨损——导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚至使轴承不能正常工作胶合——高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使轴承上较软的金属粘焊在轴颈表面而出现胶合设计准则：维持边界膜不遭破坏主要进行压强p、压强与速度乘积pv的验算一、向心轴承的计算二、推力轴承的计算三、设计步骤一、向心轴承的计算2压强和速度乘积pv的验算限制温升防止油膜破裂，防止胶合破坏1压强p验算限制压力防止油膜破裂，防止轴瓦过度磨损bdF二、推力轴承的计算2压强和速度乘积pv的验算限制温升防止油膜破裂，防止胶合破坏1压强p验算限制压力防止油膜破裂，防止轴瓦过度磨损d0Fn三、设计步骤选择轴瓦材料确定轴承结构形式确定轴承宽度b和直径d验算p、pv选择轴承的配合选择润滑剂与润滑装置§13-6动压润滑的基本原理1、建模研究对象：被润滑油隔开作相对运动的两刚体，一个以v运动，一个静止。一、动压润滑的形成原理和条件FFFFv潘存云教授研制F

v

vvh1aah2ccvvh0bbF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。液体动压润滑——利用摩擦副表面的相对运动而自动将润滑油带进摩擦面间，建立压力油膜把摩擦面完全隔开并平衡外载荷。获得液体动压润滑的必要条件是：1）相对运动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；2）两运动表面要有足够大的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；3）润滑油必须有一定的粘度，且供应要充分。工作转速越高，e值越小，即轴颈中心越接近轴承孔中心。向心滑动轴承形成动压油膜的过程：yxzoVττ＋dτpP＋dpdxdydz二、液体动压润滑的基本方程假设：1）流体为牛顿液体；忽略压力对流体粘度的影响；2）略去流体膜的惯性力及重力的影响；3）认为流体不可压缩；4）两平板在z方向无限长，流体沿z方向不流动；5）流体膜中的压力沿膜厚方向是不变的；6）流体作层流运动。雷诺方程：6ηvdpdx=h0-hh3其中：p——油膜压力η——润滑油粘度V——速度h——间隙厚度（油膜厚度）h0——油膜压力为极限值时的间隙厚度分析雷诺方程：（1）当相对运动的两表面形成收敛油楔时。即能保证移动件带着油从大口走向小口。xyov故当h<h0时，>0,则p沿x方向上升。>0,则速度u沿y向为凹形。h0h<h0p>0>0u当h>h0时，<0,则p沿x方向下降。<0,则速度u沿y向为凸形。当h=h0时，=0,则p为最大值。=0,则速度u为直线分布。h>h0<0<0pmax动压油膜（2）当相对运动的两表面平行时。xyov因处处h=h0故p=常数即p入口=p出口=常数因此，不能产生动压油膜。h=常数（3）当相对运动的两表面形成扩散油楔时。即移动件带着油从小口走向大口。xyov当h>h