机械设计 滑动轴承CH12.ppt

1、12-1 滑动轴承概述,12-2 滑动轴承的主要结构形式,12-4 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,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的条件性计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的计算,12-8 其它形式滑动轴承简介,第十二章 滑动轴承,12-3 轴瓦的结构,12-1 滑动轴承概述,轴承的功用支承轴,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：,径向轴承（向心轴承）：,径向止推轴承（向心推力轴承）：,推力轴承（止推轴承）：,承受径向力,承受轴向力,同时承

2、受径向力和轴向力。,12-1 滑动轴承概述,二、滑动轴承的分类,按受载方向不同，分为：,径向轴承（向心轴承）：,径向止推轴承（向心推力轴承）：,推力轴承（止推轴承）：,承受径向力,承受轴向力,同时承受径向力和轴向力。,按润滑状态不同，分为：,混合润滑滑动轴承。,液体润滑滑动轴承,动压润滑 静压润滑,滑动轴承概述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，

3、噪音低；,3结构简单，径向尺寸小。,12-2 滑动轴承的主要结构形式,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。,观看动画,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,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。,应用比较广泛。,观看动画,3调隙式径向滑动轴承,特点：便于调整间隙，但结构复杂。,4调心式径向滑动轴承（自位轴承）,特点：轴瓦能

4、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,观看动画,滑动轴承的结构4,二、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，可承受单向轴向载荷。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,止推滑动表面的基本尺寸

5、，见表121。,滑动轴承的结构,滑动轴承的轴瓦结构1,一、轴瓦的形式和结构,按构造分类,整体式（又称轴套）,剖分式（对开式）,按材料分类,单材料,多材料,不便于装拆，可修复性差。,安装和拆卸方便，可修复性好。,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）,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,轴承衬的厚度很薄，通常不超过 6 mm,12-3 轴瓦的结构,滑动轴承的轴瓦结构3,二、轴瓦的定位, 目的：防止轴瓦沿轴向和周向移动。,轴瓦一端或两端做凸缘；,定位唇（凸耳）,轴向定位方法有：

6、,（也可做轴向定位）,周向定位方法有：,紧定螺钉,销 钉,轴瓦的结构,滑动轴承的轴瓦结构4, 原则：,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）,双斜向油槽 （用于混合润滑轴承）,2）对液体动压润滑轴承，油槽应开在非承载区。,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,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,三、油孔及油槽,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有：,还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨

7、损等失效形式。,12-4 滑动轴承的失效形式及材料,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122）,滑动轴承的材料3,12-5 滑动轴承润滑剂

8、的选用,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。,润滑油牌号表,2. 润滑脂,根据轴颈直径 d 和轴的转速 n 查表124润滑油选择,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：

9、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。,润滑脂牌号表,可根据轴承的压强、圆周速度和工作温度选择润滑脂， 见表147。,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；,润滑剂和润滑方法,润滑剂和润滑方法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

10、承。,二、润滑方法,是指将润滑剂送入轴承的方法，主要有：,可根据系数 K 查表123选择润滑方法。,（ p = F / Bd轴承的压强（MPa）,润滑剂和润滑方法,12-6 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。 难以产生完全的承载油膜,设计准则 ：维持边界膜不破裂。,条件性计算内容：限制压强 p 、pv 值、滑动速度v不超过许用值,失效形式：,磨损 胶合,12-6 滑动轴承的条件性计算,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),

11、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123。,避免轴瓦过度磨损,限制轴承的 pv 值,式中：v 轴颈的圆周速度（m/s）,验算滑动速度 v (m/s),式中：v材料的许用滑动速度，见表122 。,注：轴承孔与轴颈的配合一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,p、v、 pv 的选择,pv 轴承材料的许用值（MPam/s），见表125,滑动轴承的条件性计算,避免轴瓦胶合,二、止推滑动轴承的计算,限制平均压强 p,式中：d2、d1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

12、动轴承的条件性计算,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,vm止推环平均直径dm=(d2+d1)/2 处的圆周速度。,滑动轴承的条件性计算,12-7 液体动力润滑径向轴承的计算,一、流体动力润滑的基本方程,对y积分：,根据边界条件：,当y=0时，u = v；当y=h时，u = 0,1、油层的速度方程：,呈线性分布， 由剪切流引起的,呈抛物线分布， 由压力流引起的,2、润滑油的流量：,当无侧泄时，单位宽度面积的流量为：,设在压力最大处，油膜的厚度为h0,由于各截面的流量相等，因此,(f)=(g),（1

13、2-8）一维雷诺方程,2、润滑油的流量：,整理得：,动压润滑基本方程：,压力沿方向增大,压力沿方向减小,1）两表面必须能形成收敛的楔形间隙,2）两表面之间必须有一定的相对运动速度 使大口带入油，小口带出油,3）两表面之间必须连续充满具有一定粘 度的液体,形成流体动压润滑的条件：,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程,径向滑动轴承能满足形成流体动力润滑的条件,形成动力润滑的过程：,演示,起动阶段, 油膜产生的动压力与 外载荷F 相平衡,轴的转速越高，则 e 越小。,当n时，e0,反向时，如何画图？,摩擦阻力最小,三、径向润动轴承的主要几何关系,pmax,B,轴颈直径 d,轴承直径 D,直径间隙

14、 D d,半径间隙 R r, / 2,偏心率 e / ；,相对间隙 / r, / d,最小油膜厚度：,= r (1 ),偏心距 e,hmin= e = (1 ),三、径向润动轴承的主要几何关系,直径间隙 D d,半径间隙 R r,相对间隙 / r, / 2, / d,偏心率 e / ；,任意位置处油膜的厚度h：,pmax,A,、 0,压力最大处的油膜厚度h0：,1、 2,0,h,四、径向润动轴承工作能力计算简介,计算的目的：校核参数选择的合理正确性,初定轴承结构参数和润滑油参数，,通过计算，若参数选择的合理，绘制轴承的工作图；否则重选有关参数计算,计算的内容：,计算的过程：,轴承的承载能力 最

15、小油膜厚度 热平衡计算,rcos ,h=rcos,dx=rd,1、轴承的承载量计算和承载量系数,求任意位置 处的压力,求单位轴承宽度承载力,压力p 在外载荷方向上的分量：,应考虑端泄的影响,此时，压力沿宽度方向呈抛物线分布,式中：,又由式（12-21）得：,Cp承载量系数；无量纲；查表12-6,油的动力粘度；Ns / m2,B轴承宽度；m,F外载荷；N,v轴颈圆周速度；m/s,设计时，已知F、d、n()，选择 B、 ，求所需要的承载量系数,滑动轴承形成动压润滑的充分条件：,2、最小油膜厚度,重要轴承：Rz1=0.8 m ，Rz2= 1.6 m。 或 Rz1=0.2 m， Rz2= 0.4 m。

16、,一般轴承：Rz1=2.5 m，Rz2=6.3 m。 或 Rz1=1.6 m，Rz2=3.2 m。,Rz1，Rz2轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度,3、轴承的热平衡计算,热平衡条件：摩擦功耗产生热量=轴承的散热量,摩擦功（发热量）：,散热量：,轴承表面散发的热量：,润滑油带走的热量：,热平衡条件：,平均温度,如给定平均温度 ，则控制入油口温度：,返回例题,五、参数选择,已知：F、d、n()，选择 B/d、 。,1、 宽径比 B/d （0.3 1.5）,B/d 大（B大） ，轴承承载能力高；但B/d 过大时，轴承温升高。,B/d 小 ，运转平稳性好，端泄量大，轴承温升低,承载能力低,五、参数选择,

17、1、 宽径比 B/d （0.3 1.5）,高速重载轴承，温升高，B/d 取小值,低速重载轴承，为提高轴承刚性， B/d 取大值,高速轻载轴承，B/d 取小值；,要求刚性大， B/d取大值,B/d：汽轮机、鼓风机 0.31； 电动机、发电机、离心泵 0.61.5； 机床、拖拉机 0.81.2；轧钢机 0.60.9,不同 B/d 时轴向和周向油膜压力分布,小，轴承承载能力高；,过小，轴承温升高, h下降。,2、相对间隙,转速高时， 取大值； 载荷大时， 取小值。, ：汽轮机、电动机、齿轮减速器 0.0010.002； 轧钢机、铁路车辆 0.00020.0015； 机床、内燃机 0.00020.00

18、125； 鼓风机、离心泵 0.0010.003,B/d 小，加工精度高时，取小值；反之，取大值。,选取原则,3、 粘度,高，轴承承载能力高，但轴承温升大。,当高或B大时， 可以选低些。,初估油的动力粘度公式：,液体动力润滑径向滑动轴承的计算9,六、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 hmin h, 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 。,详细过程,液体动力润滑径向轴承的计算