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文档简介
1、12-1 概述,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,12-4 滑动轴承轴瓦结构,12-5不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,12-6液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,12-2 滑动轴承的主要结构形式,第十二章 滑动轴承,教学目标与教学重点,教学目标,教学重点,1、了解摩擦、磨损、润滑的基本知识; 2、熟悉滑动轴承的分类、特点及应用; 3、熟悉滑动轴承的主要失效形式及材料选择,轴瓦结构; 4、掌握不完全液体摩擦滑动轴承的条件性计算方法;,1、不完全液体摩擦滑动轴承的条件性计算;,5、熟悉流体动压方程的基本假设以及方程的推导过程; 6、掌握动压油膜形成原理及必要条件。,2、动压油膜形成原理及必
2、要条件。,滑动轴承概述1,根据轴承中摩擦的性质,可分为滑动轴承和滚动轴承。,12-1 概述,轴承是支承轴的零件。,滑动轴承与滚动轴承在结构上有何不同?,滑动轴承概述2,1、滑动轴承的特点及应用,()工作转速很高。,12-1 概述,汽轮发电机转速有3000rpm,一般用滑动轴承,为什么?,滑动轴承概述2,()要求对轴的支承位置特别精确,如精密磨床。,此为精密磨床,要达到精密加工的目的,对其主轴有何要求?,滑动轴承概述2,()承受巨大的冲击与振动载荷,如颚式破碎机轧钢机。,颚式破碎机 电机功率120(kw),滑动轴承概述2,三、滑动轴承的特点及应用,()特重型的载荷,如水轮发电机。,滑动轴承概述2
3、,三、滑动轴承的特点及应用,()根据装配要求必须制成剖分式的轴承,如曲轴轴承。,这是什么轴?,滑动轴承概述2,三、滑动轴承的特点及应用,(6)径向尺寸受限制时。,观察纺纱机纱锭之间排列有何特点?,滑动轴承概述2,三、滑动轴承的特点及应用,(7)在特殊条件下(水、腐蚀性介质)工作的轴承。,工程机械的特点是,在定期润滑的条件下在脏的环境下可靠运行,滑动轴承概述2,三、滑动轴承的特点及应用,(7)在特殊条件下(水、腐蚀性介质)工作的轴承,如军舰推进器的轴承。,潜水排污泵用于输送含有坚硬固体、纤维的液体,以及特别脏、粘和滑的液体。,2、滑动轴承的分类,b.根据润滑状态, 滑动轴承可分为:,12-1 概
4、述,a.根据承受载荷的方向分为:,推力轴承,径向轴承,动压滑动轴承,静压滑动轴承,液体润滑滑动轴承,不完全液体润滑滑动轴承,c.根据结构型式不同可分为:,整体式,剖分式,自动调心式,2、滑动轴承的分类,3、滑动轴承设计,1.轴承型式和结构的确定;,2.轴瓦结构和材料的选择;,4.润滑剂及润滑方法的选择;,5.轴承的工作能力计算。,12-1 概述,3.轴承的结构参数;,1、径向滑动轴承的结构,a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。,因磨损而造成的间隙无法调整;,只能从沿轴向装入或拆出。,12-2 滑动轴承的结构型式,装配有何不便,如何改进,径向滑
5、动轴承的典型结构2,b对开式径向滑动轴承,特点:结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。,对开式轴承(剖分轴套),12-2 滑动轴承的结构型式,1、径向滑动轴承的结构,c带锥形表面轴套的轴承 机床主轴轴承:通过调整轴套相对于轴的位置来调整轴承间隙,d自动调心轴承 细长的轴或多支点轴,轴受载后变形较大,轴颈长度较大时造成轴承偏磨,为此采用自动调整轴承。,12-2 滑动轴承的结构型式,2、推力滑动轴承 a固定式推力轴承,空心式:轴颈接触面上压力分布较均匀,润滑条件较实心式的改善。,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
6、荷,有时还可承受双向轴向载荷。 由于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%,潘存云教授研制,潘存云教授研制,潘存云教授研制,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快。其数量一般为612。,-倾角固定,顶部预留平台,,类型,固定式,可倾式,用来承受停车后的载荷。,-倾角随载荷、转速自行 调整,性能好。,巴氏合金,多油楔推力轴承,c.多油楔滑动动轴承 2030个扇形块,支承在圆柱上,扇形块为钢背,滑动表面复以轴瓦材料。,扇形块的倾斜角能随载荷、转速的改变自动调节。,123 滑动轴承的失效形式及常用材料,一.滑动轴承的失效形式,2.
7、刮 伤,3.咬粘(胶合),4.疲劳剥落,1.磨粒磨损,轴表面硬轮廓峰顶刮削轴承,温升+压力+油膜破裂焊接,润滑剂氧化酸性物质腐蚀,载荷反复作用疲劳裂纹扩展剥落,5.腐蚀,硬质颗粒磨料研磨轴和轴承表面,轴瓦磨粒磨损,轴瓦胶合,轴瓦点蚀,滑动轴承的失效形式及常用材料2,二、滑动轴承的材料, 减摩性:材料副具有较低的摩擦系数。, 耐磨性:材料的抗磨性能,通常以磨损率表示。, 抗咬粘性:材料的耐热性与抗粘附性。, 摩擦顺应性: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。, 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。,此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良
8、好的导热性、工艺性和经济性。, 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(或性质)。,滑动轴承的失效形式及常用材料2,二、滑动轴承的材料,1、轴承合金 (白合金、巴氏合金),摩擦系数小,抗胶合性好用于高速、重载,价格高、强度低用作轴承衬,2、 轴承青铜,强度高、耐磨性好、导热性好,即可用于轴瓦,又可以作轴承衬,3、含油轴承:,多孔、含油自润滑 韧性差,平稳无冲击、难于用油润滑处,4、 轴承塑料,摩擦系数小,自润滑性和嵌藏性好,耐热性、导热性差,吸水膨胀,易变形,常用作轴承衬,12-4 滑动轴承的轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,滑动轴承的轴瓦结构2,单材料、整
9、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,多材料、对开式薄壁轧制轴瓦,12-4 滑动轴承的轴瓦结构,一、轴瓦的形式和结构,潘存云教授研制,-将轴瓦一端或两端做凸缘。,凸缘定位,二、轴瓦的定位方法,轴向定位,凸耳(定位唇)定位,凸耳,凸缘,目的:防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相 对移动。,潘存云教授研制,紧定螺钉,周向定位,销钉,潘存云教授研制,潘存云教授研制,三、开孔原则:,形式:按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。,2)轴向油槽不能开通至轴承端部,应留有适当的油封面。,1)尽量开在非承载区,尽量不要降低承载区油膜的承载能力;,潘存云教授研制,
10、潘存云教授研制,宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数,液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.51,非液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.81.5,轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图,大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式,既有利于形成动压油膜,又起冷却作用。,三、轴瓦结构,思考:1.滑动轴承的轴瓦与轴座为什么通常使用两种材料? 2.在滑动轴承上为什么要开油沟?油沟应开在轴瓦的什么位置上,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1,12-5不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,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,故无法形成完全的承载油膜,工作
11、状态为边界润滑或混合摩擦润滑。, 失效形式:边界油膜破裂。, 设计准则:保证边界膜不破裂。,因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关,目前尚无精确的计算方法,但一般可作条件性计算。,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1, 校核内容:,验算摩擦发热pvpv,fpv是摩擦功耗,限制pv即间接限制摩擦发热。,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 。,验算平均压力 p p,以保证强度要求。,12-4不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,一、失效形式与设计准则,不完全液体润滑滑动
12、轴承的设计计算2,二、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), 验算及设计 :,验算轴承的平均压力p (MPa),B轴承宽度,mm(根据宽径比B/d确定)p轴瓦材料的许用压力,MPa。,12-4不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2,验算摩擦热,v轴颈圆周速度,m/s; pv轴承材料的pv许用值,MPam/s,二、径向滑动轴承的设计计算,12-4不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,验算滑动速度v (m/s),v材料的许用滑动速度,4.选择轴承配合 轴承间隙主要由轴的转速和载荷确定,V, 相同的V下,
13、F , 。,例: 精度 配合符号 举 例 2 H7f7 齿轮减速箱,蜗杆减速箱 2 H7E7 内燃机凸轮轴,机车曲轴,12-6液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,一、流体动压润滑基本方程, 雷诺方程,指两个作相对运动物体的摩擦表面,借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开,由流体膜产生的压力来平衡外载荷。,流体动力润滑:,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1,假设条件 :,2 流体为牛顿流体,即 。,1. 流体的流动是层流,即层与层之间没有物质和 能量的交换;,在流体中,任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比。,x,o,y,u,u=0,u=v,12-5液体动力润滑径向滑动轴承
14、的设计计算,一、液体动压润滑基本方程,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1,3.略去流体惯性力及重力的影响;,4.流体不可压缩,故流体中没有“洞”可以“吸收” 流质;,5.流体中的压力在各流体层之间保持为常数。,假设条件 :,6.忽略压力对流体粘度的影响(实际上粘度随压 力的增高而增加),12-5液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,一、液体动压润滑基本方程,7. 无限宽(即沿Z向无流动), 流体平衡方程 牛顿流体摩擦定律 流体流动连续性方程,雷诺方程,一、液体动压润滑 基本方程,推导思路 :,推导过程 :,一、液体动压润滑基本方程,沿x方向的平衡条件:Fx=0,对y两次积分并根据边界条件经推导
15、有:,线性分布,由剪切流引起,抛物线分布,由压力流引起,润滑油流量:,代入并积分得:,最大压力处的油膜厚度为h0:,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2,一维雷诺方程:,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2,2. 两表面必须有足够的相对滑动速度,其运动方向 必须使润滑油由大口流向小口。,3. 两板润滑油必须有一定的粘度,供油要充分。,流体动力润滑的必要条件:,1. 相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙。,一维雷诺方程:,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态,初始状态,稳定工作状态,12-6液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算,潘存云教授研制, 轴承的
16、孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等;直径间 隙是公差形成的。, 轴颈上作用的液体压力与F相平衡,在与F垂直的方 向,合力为零。,轴颈最终的平衡位置可用a和偏心距e来表示。, 轴承工作能力取决于hlim,它与、和F等有关, 应保证 hlimh。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,径向滑动轴承动压油膜的形成过程:,静止,爬升,将轴起抬 转速继续升高,稳定运转达到工作转速,e -偏心距,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数,最小油膜厚度:hmin= e r(1-),偏心率, e / , 为直径间隙, D d,为半径间隙, R r / 2,r 和
17、 d 分别为轴颈的半径和直径。,R 和 D 分别为轴承的半径和直径。,e 为偏心距,相对间隙, / r / d,1、几何关系,F=油膜的总承载能力 =油膜压力乘面积,基本思路: 建立极坐标积分某点的压力 积分单位宽度上油膜的承载 能力积分油膜的总承载能力,油膜承载能力计算思路,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,积分一维雷诺方程,并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布,,Cp 承载量系数,与轴承包角,宽径比B/d和偏心率有关。,分析思路:1)根据已知条件计算求得 Cp。 2)根据Cp由承载量系数表查取偏心率。 3) 计算最小油膜厚度hmin= r(1-)。,三
18、、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数,2、承载量系数,四、最小油膜厚度 hmin,动力润滑轴承的设计应保证:hminh,其中: h=S(Rz1+Rz2),S 安全系数,考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等, 常取S2。,对于一般轴承可取为3.2m和6.3m,1.6 m和3.2m。,对于重要轴承可取为0.8m和1.6m,或0.2m和0.4m。,Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。,五 轴承的热平衡计算,轴承产生的热量Q = 油流动带走热量Q1 + 轴承散发热量Q2,目的:控制油温,避免粘度降低,1 热平衡条件:,(1)粘度间隙改变,使轴承的承载能力下降,(2)会使金属软化发生抱
19、轴事故,轴承温升,2 温升,c 比热容 见附录 密度 s传热系数 f摩擦系数,耗油量系数,潘存云教授研制,温升公式:,其中 -润滑油流量系数;,摩擦系数:,系数与宽径比有关,若B/d1,则 =(B/d)1.5 若B/d 1,则 =1,由于轴承内部各处温度不一样,计算时采用平均温度:,为了保证轴承能正常,其平均温度: tm 7080,润滑油平均温度tm,为保证承载要求tm75,先给定tm,再按上式求出t,再求t1=3545,a) 若t1(3545),表明轴承承载能力有冗余,可采取如下措施: 1.增大表面粗糙度,以降低成本;2.减小间隙,提高旋转精度;3.加宽轴承,充分利用轴承的承载能力。,b)
20、若t1(3545) ,不易达到热平衡状态降低粗糙度重新计算,c) t080易过热失效,改变相对间隙和油的粘度重新计算,六、轴承参数的选择,取值范围:B/d=0.31.5,影响效果:B/d小,有利于提高稳定性,增大端排泄量 以降低温度;,B/d大,增大轴承的承载能力。,0.61.5-电动机、发电机、离心机、 齿轮变速器;,1、宽径比B/d,应用 : B/d=,0.31.0-汽轮机、鼓风机;,0.81.2-机车、拖拉机;,0.60.9-轧钢机。,高速重载取小值 低速重载取大值,2、相对间隙,影响因素:载荷和速度,轴径尺寸,宽度/直径,调心 能力,加工精度。,选取原则: 1)速度高,取大值; 载荷小
21、,取小值;,2)直径大,宽径比小,调心性能好,加工精度高, 取小值;反之,取大值。,应用 : =,0.0010.0002-汽轮机、电动机、发 电机、齿轮变速器;,0.00020.0015-轧钢机铁路机车辆;,0.00020.00125-机床、内燃机。,0.00020.00125-鼓风机、离心机。,一般轴承,按如下经验公式计算:,3、润滑油粘度,对承载能力,功耗、温升都有影响;, 根据平均温度:tm = (ti + to )/2 决定润滑油粘度;, 设计时假设,tm=5075 ,计算所得应在: ti= 3540 ;, 初始计算时,可取:,七、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
22、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,a) 选择轴承材料,验算 p、v、pv。,b) 选择轴承参数,如轴承宽度(B)、相对间隙() 和润滑油() 。,c) 计算承载量系数(Cp)并查表确定偏心率()。,d) 计算最小油膜厚度(hmin)和许用油膜厚度(h)。, 极限工作能力校核,a) 根据直径间隙(),选择配合。,b) 根据最大间隙(max)和最小间隙(min) ,校核轴 承的最小油膜厚度和润滑油入口油温。, 绘制轴承零件图, 验算温升,a) 计算轴承与轴颈的摩擦系数( f )。,c) 计算轴承温升(t )和润滑油入
23、口平均温度( ti )。,b) 根据宽径比( B/d)和偏心率()查取润滑油流量系数。, 绘制轴承零件图,思考:1)图中若降低n,其他条件不变,则油膜压力和油膜厚度将发生什么变化? 2)图中若减少F,其他条件不变,则油膜压力和油膜厚度将发生什么变化?,F,n,1. n,hmin ,x加大,CP增大, 即油膜压力增加,油膜厚度 2.油膜压力,油膜厚度增大。,图中所示为两个尺寸相同的液体摩擦滑动轴承,其工作条件和结构参数(相对间隙、动力粘度、速度、轴颈直径、轴承宽度完全相同)。试问1)哪个轴承的相对偏心率x较大些?2)哪个轴承承受径向载荷F较大?3)哪个轴承的耗油量Q较大些?4)哪个轴承发热量较大?,hmin =r (1-x),答:1、图a的相对偏心大 2.FaFb,图a的承受的径向载荷大。 3.x大,则CQ大,图a 耗油量大。 4.x大,Q大,则图a的发热量小于图b,思考;1.液体动压润滑轴承为什么要选择耐磨性好的材料来制造轴瓦,并验算P,PV值? 2.设计轴
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