第12章-滑动轴承.ppt

1、,第十二章 滑动轴承,12-1 概述,12-2 滑动轴承的主要结构形式,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 轴瓦结构,12-5 滑动轴承润滑剂的选择,12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,了解滑动轴承的类型、特点及应用；,了解滑动轴承的失效、常用轴瓦材料、结构；,掌握液体动力润滑的基本概念、基本方程、油楔承载机理、轴承设计计算。,了解滑动轴承润滑剂的选用及润滑装置；,掌握不完全液体润滑滑动轴承的设计计算；,通过本章学习：,第十二章 滑动轴承,分 类,滚动轴承, 轴承的功用：,滑动轴承,标准件，优点多，应用广,用于高速、高精度、重

2、载、结构上要 求剖分等场合。,12-1 概述, 轴承的分类,按摩擦性质分,按受载方向分,按润滑状态分,径向止推轴承,径向轴承,止推轴承,不完全液体润滑滑动轴承,完全液体润滑滑动轴承,1）支承轴和轴上的零件，并保证轴的旋转精度。 2）减小转轴与支承之间的摩擦和磨损。,第十二章 滑动轴承,组成：轴承座、整体轴套、油孔。,12-2 滑动轴承的结构型式,1) 结构简单，成本低廉。,应用： 低速、轻载或间歇性工作的机器中。,2) 因磨损而造成的间隙无法调整。,3) 只能从沿轴向装入或拆卸轴。,（一） 整体式径向滑动轴承,特点：,第十二章 滑动轴承,（二） 剖分式向心滑动轴承,特点：,应用： 低速、轻载或

3、间歇性工作的机器。,组成：轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦、油孔、螺栓等。,1）结构复杂，装拆轴方便；,2）轴承盖与座靠阶梯定位；,3）可调整因磨损而造成的间隙。,第十二章 滑动轴承,空心式-实心式轴颈端面中心处压力很高，对润滑极为不利。 空心克服了该缺点；,单环式-利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便。 广泛用于低速、轻载的场合。,多环式-不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。 各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。,（三）止推滑动轴承,第十二章 滑动轴承,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,（一）滑动轴承常见失效形式,1.磨粒磨损：进入轴承间隙的硬颗粒

4、，随轴一起转动，对轴承 表面起研磨作用。,2.刮伤：进入轴承间隙的硬颗粒，或轴径表面粗糙的微观轮廓 尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。,3.胶合：当瞬时温升过高、载荷过大而油膜破裂，或供油不足 时，轴承表面材料发生粘附和迁移。,4.疲劳剥落：在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑动方向 垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。,5.腐蚀：润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承 材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。,第十二章 滑动轴承,（二）轴承材料, 对轴承材料性能的要求：,1、减摩性-材料副具有较低的摩擦系数。,2、耐磨性-材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。,3、抗胶合-材料的耐热性与抗粘

5、附性。,4、顺应性-材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承 滑动表面初始配合不良的能力。,5、嵌入性-材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承 滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。,6、磨合性-轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成 相互吻合的表面形状和粗糙度的能力。,轴瓦与轴承衬统称轴承材料。,没有一种轴承材料能满足上述全部性能。,此外：足够的强度、抗腐蚀能力；良好的导热性、工艺性、经济性。,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。,第十二章 滑动轴承,材料,1）金属材料,3）非金属材料,轴承合金,铜合金,铝基轴承合金,铸铁,2）多孔质材料,工程塑料,碳石墨,橡胶, 常用轴承

6、材料,锡、铅、锑、铜等金属的合金，锡或铅为基体。 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。 优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。 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。,种类：锡青铜、铅青铜、铝青铜 优点： 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。 应用： 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。 锡青铜中速重载 铅青铜中速中载 铝青铜低速重载,特点： 有相当好的耐腐蚀性； 较高的疲劳强度； 摩擦性能也较好。 在部分

7、领域取代了较贵的轴承合金与青铜。, 种类： 普通灰铸铁、耐磨灰铸铁（加有镍、钛等合金）、球墨铸铁 特点： 材料中的片状或球状石墨在其它金属表面上覆盖后，其石墨层具有减摩耐磨作用。 应用： 用于不重要、低速、轻载轴承中, 不同金属粉末经压制、烧结而成 特点： 具有多孔组织，可存储润滑油。 应用： 用于加油不方便的场合。, 优点： 摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液润滑。 缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形、蠕变。 为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。 应用： 载荷不大、间隙要求不严格的轴承中。,是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境（如高温）

8、中。,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。,第十二章 滑动轴承,（一）轴瓦的形式和结构,轴瓦的类型,12-4 轴瓦结构,轴瓦,轴承中的重要零件。,为节约贵重金属，或结构上的需要，在其内表面浇注或轧制一层轴承合金，称轴承衬。,：装拆较难，可修复性差。,：装拆较易、可修复。,：省材，但刚度不足，对轴承座孔加工要求高 。,：强度刚度高，可降低对轴承座孔的加工要求。,：强度足够的材料可直接作成轴瓦,：轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作。,：铸造工艺性好，单件、大批生产均可（轴瓦内 表面有凹沟、螺纹等增加结合力）,：用双金属板连续轧制，质量稳定，

9、成本低。 刚性小，受载后能与座孔形状吻合。,第十二章 滑动轴承,凸缘,（二）轴瓦的定位,轴向定位,凸耳(定位唇),目的：防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相对移动。,紧定螺钉,周向定位,销钉,第十二章 滑动轴承,（三）油孔和油槽,油孔：供应润滑油。,油槽：输送分布润滑油。,注意： 油孔油槽不能开在油膜承载区。 油沟长度0.8B（轴瓦宽度）。,轴向油槽,：单向运转的轴，开在最大油膜厚度处,：双向运转的轴，开在水平剖分面处,周向油槽,：载荷变动范围超过180时采用。,不完全液体润滑径向轴承的油槽形式：,第十二章 滑动轴承,12-5、滑动轴承润滑剂的选择,作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、

10、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,（一）润滑脂及其选择,特点：可在滑动表面形成一层薄膜；无流动性，无冷却效果 。,应用 ：要求不高、难以经常供油、低速重载、摆动运动轴承中。,）当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；,选择原则：,）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。,）在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。,第十二章 滑动轴承,第十二章 滑动轴承,但p 10 Mpa时可忽略。,润滑油的特性：,1）温度： t ,2）压力：p ,选用原则：,1) 载

11、荷大、转速低的轴承，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；, , ,（二）润滑油及其选择,3) 高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,不完全液体润滑滑动轴承的润滑油 表12-4,选用：,液体动压润滑滑动轴承的润滑油 表4-1,第十二章 滑动轴承,第十二章 滑动轴承, 聚氟乙烯树脂,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。, 石墨, 二流化钼,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(-60300 )，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）

12、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。,（三）固体润滑剂及其选择,特点：可在滑动表面形成固体膜。,第十二章 滑动轴承,12-6 、不完全液体润滑滑动轴承的设计计算, 滑动轴承的工作状态：, 失效形式：边界油膜破裂。, 设计准则：保证边界膜不破裂。, 简化的条件性计算内容：,验算pvpv （摩擦发热指标）,验算vv （加速磨损指标）,验算 p p （过度磨损指标）,当采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴承得不到足够的润滑剂，无法形成完全的承载油膜，工作状态为混合摩擦润滑。,干 摩 擦 边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦,目的：防止p过高，油被挤出，产生 “过度磨损”。,目的

13、：限制pv是为了限制轴承温升、防止胶合。,目的：防止v过高而加速磨损。,第十二章 滑动轴承,（一）径向滑动轴承的设计计算,已知：外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)、轴颈直径d (mm),. 验算轴承的平均压力p,. 验算压力速度积,轴承材料的许用值见表12-2。,3. 验算速度,选择配合,一般可选: H9/d9、H8/f7、H7/f6,第十二章 滑动轴承,第十二章 滑动轴承,（一）流体动力润滑的基本方程,12-7、 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,描述流体膜压力分布的微分方程,：该微分方程基于流体动力学基本方程，并作如下假设推出。, 流体的流动是层流;, 忽略压力对流体粘度的影

14、响;, 略去惯性力及重力的影响；, 流体是不可压缩的；, 流体中的压力在各流体层之间保持为常数。, 流体满足牛顿定律；,第十二章 滑动轴承,取微单元进行受力分析:,p随x变化与u/y随y变化的关系。,牛顿定律,下面研究p随x变化、u/y随y变化规律。,第十二章 滑动轴承,下面研究p/x的具体表达式,第十二章 滑动轴承,无侧泄，单位时间流经任意截面单位宽内的流量：,等于特定截面的流量(u呈直线分布,h=h0, =0）：,一维雷诺方程,(二)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。,进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负

15、压）,不能承载，相反使两表面相吸。,A,B,C,D,E,v1,v2,1、润滑油有一定粘度。,2、有一定相对滑动速度v。承载能力v；,3、相对滑动面之间必须形成收敛形间隙， 即：油从大口流进，小口流出。 （入口、出口处p油楔内p）,4、有足够充分的供油量。,第十二章 滑动轴承,(三)径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程：,滑动轴承具备形成流体动力润滑的必要条件。,两表面间自然形成 一收敛的楔形空间,第十二章 滑动轴承,(四)径向滑动轴承的主要几何关系：,偏 心 率： e / ,直径间隙： D d,半径间隙： R r / 2,相对间隙： / r / d,孔和轴的直径、半径为：,轴稳定运转时偏位角和偏

16、心距为：,定义：,第十二章 滑动轴承,最小油膜厚度hmin： hmin= -e =(1-)= r(1-),在三角形 中OO1A： R2 e2+ （r+h)2 2e(r+h)cos , R r / r e / ,任意位置油膜厚度h：,采用极坐标：O为极点， O O1为极轴,略去二次微量，并取根号为正号，得：,压力最大处油膜厚度h0：,第十二章 滑动轴承,(五)径向滑动轴承的工作能力计算：,1.承载能力计算,假设：轴承为无限宽润滑油在轴向无 流动，可用一维雷诺方程。,第十二章 滑动轴承,积分得任意位置处的压力：,积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力：,压力在外载荷方向的分量：,理论上，油 膜总承载力

17、F: F=pyB,第十二章 滑动轴承,实际上，考虑两端泄漏，应对py修正。,由于端泄，压力沿轴向呈抛物线分布.,距中线z处，修正后油膜压力表达式：,C取决于宽径比和偏心率的系数;,对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为,式中Cp为承载量系数，计算很困难，可查表12-6确定。,或,Cp（B/d, ）,第十二章 滑动轴承,2.最小油膜厚度,为确保液体摩擦状态：hminh,h=S(Rz1+Rz2),Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。,hmin= r(1-)：,hmin 承载能力,但hmin不能无限缩小：,受粗糙度、轴刚性、轴颈形状误差制约,S 安全系数，常取S2。,一般轴承： Rz

18、1=3.2m、Rz2=6.3m； 或 1.6 m、 3.2m。,重要轴承： Rz1=0.8m、Rz2=1.6m； 或 0.2 m、 0.4m。,第十二章 滑动轴承,3.轴承的热平衡计算,摩擦功耗将转换为热量，使润滑油温度升高，轴承承载能力降低,摩 擦 热： Q=fFv,式中: q 润滑油流量 m3/s； 滑油密度 kg/m3； c 润滑油的比热容 J/(kg. )； ti 油入口温度 ； to 油出口温度 ； s 表面传热系数 W/(m2. )。,滑油带走的热： Q1 = qc(to-ti) 轴承散发的热： Q2 =sdB (to-ti),热平衡条件是单位时间内：产生的热量=散失的热量,Q=Q1+Q2,第十二章 滑动轴承,由于轴承内部各处温度不同，计算时采用平均温度:,为保证轴承承载能力，建议 tm 7080,摩擦系数,与宽径比有关： 若B/d 1， =(B/d)1.5 若B/d 1， =1,设计时，先定出平均温度tm，然后求出温差t，再求出ti：,第十二章 滑动轴承,措施： 增大表面粗糙度，以降低成本； 减小间隙，提高旋转精度； 加宽轴承，充分利用轴承的承载能力。,若ti 40,：表明进口的油温可以较高,意味着热平衡易于建立，轴承承载能力富裕；,若ti 35,：表明进口的油温不能较高,意味着热平衡不易于建立，轴承承载能力不足；,措施： 加散热片，以增大散热面积； 增加冷却装置：