滑动轴承2003.ppt

1、滑 动 轴 承,本 章 重 点 1、一维雷诺方程、油楔承载机理及相关概念 2、形成流体动力润滑条件和过程 3、径向滑动轴承的设计计算和承载能力计算 4、滑动轴承结构和材料选用原则,滚动轴承 滚动摩擦 标准 互换性好 滑动轴承,轴承,液体摩擦 f小 动压润滑 静压润滑 不完全液体摩擦,边界摩擦 混合摩擦,1 概 述,一、摩擦状态,干摩擦无润滑剂、保护膜,边界摩擦 金属表面有吸附膜,流体摩擦润滑膜将两面完全可隔开,混合摩擦干摩擦、流体摩擦混合状态,一、滑动轴承特点 油膜承载 减振性、抗冲击性好； 回转精度高，极限转速高； 承载能力大；寿命长； 可剖分； 设计、润滑较繁琐,二、滑动轴承应用 n 高

2、支承精度高 重载（特重型轴承） 振动、冲击载荷 装配要求必须剖分式轴承 特殊条件下工作轴承 径向尺寸小,滑动轴承,三、滑动轴承结构,径向滑动轴承,整体式 对开式,整体式,对开式,对开滑动轴承,四、滑动轴承的失效形式 1、磨粒磨损 2、刮伤 3、胶合 重载时，高温，油膜破坏 4、疲劳剥落 轴承衬材料的剥落 5、腐蚀,五、轴承材料及轴瓦结构 轴承材料：轴瓦和轴承衬材料 1、对轴承材料的要求 1）减磨性、耐磨性、抗胶合 2）摩擦顺应性、嵌入性、磨合性 3）强度、抗腐蚀 4）导热性、工艺性、经济性,2、常用轴承材料 1）轴承合金（巴氏合金、白合金） 软基体 （锡基、铅基） 塑性增加 硬晶粒 （锑锡Sb

3、-Sn、铜锡Cu-Sn） 抗磨作用 特点： 嵌入性、摩擦顺应性最好，抗胶合性好 强度低，适宜制作轴承衬 2)铜合金 铜合金（青铜 黄铜合金） 较高的强度，较好的减磨性、耐磨性 锡青铜 减磨性、耐磨性最好，硬度高， 磨合性、嵌入性差，重载、中速。 铅青铜 抗粘附能力强， 高速、重载 铝青铜 强度、硬度较高，抗粘附能力差,3）铝基合金 耐腐蚀性好，疲劳强度较高摩擦性较好 4）灰铸铁及耐磨铸铁 具有减磨性、耐磨性，性脆、磨合性差， 轻载、低速 5）多孔质金属材料 不同金属粉末压制、烧结而成 吸油 （自润滑性）含油轴承 韧性小，平稳、无冲击 中低速 6）非金属材料 塑料、碳 石墨、橡胶、木材等,3、轴

4、瓦结构 1）轴瓦的形式和构造,整体轴套,卷制轴套,对开式轴瓦,2）轴瓦的定位,轴瓦轴向、周向定位,3）油孔及油槽,单轴向油槽,双轴向油槽,周向油槽（载荷方向变化大）,不完全液体摩擦,六、润滑 1、润滑脂 要求不高、无法常供油、低速重载 2、润滑油 1）油的粘度 油的流动阻力 牛顿粘性定律：在流体中任一点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比,动力粘度,绝对单位制（C.G.S）： 1dyn s/cm2 1P （泊） 1P = 0.1Pa s 1P = 100 cP （厘泊）,2） 动力粘度单位,国际制单位（SI）： 长、宽、高各1米的液体， 上下板相对滑动速度 1 m/s ， 需要的切向力为 1

5、 N 时，即 =1 Ns/m2 （1Pa s 帕 秒）,国际制单位（SI）： m2 /s 绝对单位制（C.G.S）： St（斯） 1 St =1 cm2/s =100 cSt =10-4 m2 /s 1 cSt =10-6 m2 /s = 1 mm2/s 油的牌号： 新国标GB443-64 规定： 40 时的 中心值 牌号,3） 运动粘度:,3、零件润滑方法（P51）,旋 套 式,油环润滑,油芯油杯,针阀油杯,旋盖式油脂杯,2 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,不完全液体润滑滑动轴承混合摩擦状态 （边界摩擦、液体摩擦） 失效形式： 磨损（磨粒磨损、粘着磨损） 疲劳破坏 计算准则： 边界膜不破坏

6、1、平均压力 p p 高 油易被挤出,B 轴承宽度,v 轴径的圆周速度 （ 滑动速度） 3、验算滑动速度 v 防止局部pv 值超过pv,2、验算轴承的pv 值 限制发热量,适用场合：低速、重载、间歇工作、要求低的轴承,3 流体动力润滑径向滑动轴承设计计算,一、流体动力润滑的基本方程 1、假设条件： 1）流体为牛顿流体； 2）流体的流动是层流； 3）忽略压力对流体粘度的影响； 4）惯性力、重力不计； 5）流体不可压缩； 6）在油膜厚度方向上，压力不变。,2、方程推导,推导思路： 1）X = 0,2）牛顿定律对y 求导，代入,得,3） 对y积分两次,式,4）代入边界条件 y=0, v=V y=h,

7、 v=0,剪切流 动板的 V引起 线性分布 压力流 由 p 沿x 方向变化引起抛物线分布,流速方程,剪切流,压力流,6）各界面流量相等 一维雷诺方程 p=pmax h=h0 时流量,5）流量方程,一维雷诺方程,3、油楔承载机理,hh0,2）两板平行 h=h0,h=h0,hh0,A0 能承载,P=0,1）两板倾斜，V 由大到小,A=0 不能承载,3）改变速度方向,hh0,h=h0,hh0,A 0 不能承载,4、形成流体动力润滑的必要条件 1）两运动表面间具有楔形间隙； 2）两表面应有相对速度，速度的方向是将油 由大口带向小口； 3）润滑油应有一定的粘度，且要充分,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑

8、的过程,n=0,n0 Ff与 n反相,n0 形成油膜,三、几何关系和承载量系数,1、几何关系,直径间隙,动压形成压力分布,动压润滑过程,相对间隙,半径间隙,偏心率,e 偏心距,最小油膜厚度,极坐标系中 OO1A,求任意一点油膜厚度,任意一点油膜厚度,压力最大处油膜厚度,2、承载量系数,推导思路,1）将直角坐标系的雷诺方程转换极坐标系,2）求任意位置的油膜压力 式从1 到积分,dx=rd V=r,3）p 在 F 方向上的分量 py, ,3）求单位宽度上的油膜承载能力 式从油膜起始角1到终止角2积分,4）考虑轴承端泄，引入 C进行修正。,5）轴承总的承载能力 沿轴承宽度积分,引入 Cp, 油在工作

9、温度下的动力粘度 N.s/m2 V 轴径圆周速度 m/s B 轴承宽度 m 相对间隙 F 外载荷 N Cp 承载量系数 无量纲,1、 Cp 承载量系数是轴径位置函数 2、 Cp 与包角、相对偏心率、宽径比B/d有关 一定，,要 点,3、 Cp 表12-7 适用条件： 非承载区供油；流体动压力在180内产生 4、相对间隙小， F 大,五、最小油膜厚度 hmin,1、hmin,2、保证液体摩擦条件 两摩擦面不直接接触,Rz1 、Rz2 两表面的粗糙度 S 安全系数 S2,热平衡计算目的： 温度高，粘度下降，承载能力降低。 热平衡状态的条件： 单位时间内（摩擦）发热量 = 同时间内散热量 发热量 H

10、 散热量,六、轴承的热平衡计算,油带走的热量 H1 轴承散发的热量 H2,Q 耗油量 c 比热容 t0 出口温度 ti 入口温度,s 表面传热系数,温升, 润滑油流量系数 无量纲 图12-16,f 摩擦系数 平均温度 tm,入口温度,要 点,1、上述计算方法适于一般用途的轴承计算， 仅考虑速度供油量，忽略油泵供油，精确性差 2、给定tm,计算ti 3、 ti35-40，热平衡易于建立，承载能力富裕； tm可降低，Rz 可加大 4、ti35-40，热平衡不易建立； 降低Rz ，加大间隙,七、参数选择,1、宽径比 B/d,B/d 取值： （0.3 - 1.5）,t 高 取小值 低速重载 取大值 （提高支承刚性） 高速轻载 ，刚度要求不高时 取小值,2、相对间隙 ,经验公式,3、粘度 ,初选 tm =50 -75,4、设计步骤,初选,设计,热平衡计算 t i =35 -40 ,八、其他滑动轴承简介,三油楔滑动轴承,四油楔滑动轴承,可倾瓦滑动轴承,沿周向展开,液体静压滑动轴承,例题 已知：动压轴承 包角