材料力學(xué)CH12

1、12-1 滑動(dòng)軸承概述12-2 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料12-3 滑動(dòng)軸承軸瓦結(jié)構(gòu)12-4 滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選擇12-5 不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算12-6 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算12-7 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介第十二章 滑動(dòng)軸承12-1 滑動(dòng)軸承概述軸承用于支撐旋轉(zhuǎn)零件。 根據(jù)軸承內(nèi)部摩擦性質(zhì)不同，軸承可分為： 滾動(dòng)摩擦軸承滑動(dòng)摩擦軸承一、軸承應(yīng)滿足如下基本要求：1能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度。2具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。本章介紹滑動(dòng)軸承二、滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)：滑動(dòng)軸承概述2滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)都已標(biāo)準(zhǔn)化，故得到

2、廣泛的應(yīng)用。但是在以下場(chǎng)合，則主要使用滑動(dòng)軸承：工作轉(zhuǎn)速很高。 汽輪發(fā)電機(jī)要求對(duì)軸的支承位置特別精確。精密磨床承受巨大的沖擊與振動(dòng)載荷。軋鋼機(jī)特重型的載荷。水輪發(fā)電機(jī)根據(jù)裝配要求必須制成剖分式的軸承。曲軸軸承在特殊條件下工作的軸承。軍艦推進(jìn)器的軸承徑向尺寸受限制時(shí)。多輥軋鋼機(jī)三、滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)內(nèi)容： 軸承的型式和結(jié)構(gòu)選擇；軸瓦的結(jié)構(gòu)和材料選擇；軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)；潤(rùn)滑劑及其供應(yīng)量的確定；軸承工作能力及熱平衡計(jì)算。四、滑動(dòng)軸承的類型：徑向軸承 推力軸承 根據(jù)承受載荷方向不同分:軸承上的反作用力與軸心線垂直。 軸承上的反作用力與軸心線方向一致。徑向軸承推力軸承 根據(jù)潤(rùn)滑膜的形成原理不同分： 動(dòng)壓滑動(dòng)

3、軸承 靜壓滑動(dòng)軸承流體動(dòng)力潤(rùn)滑。 流體靜壓潤(rùn)滑。動(dòng)壓滑動(dòng)軸承（多油楔）靜壓滑動(dòng)軸承 利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)副表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和幾何形狀，借助液體粘性，把潤(rùn)滑劑帶進(jìn)摩擦面之間，依靠自然建立起來(lái)的流體壓力膜，將運(yùn)動(dòng)副表面分開(kāi)的方法。 在滑動(dòng)軸承與軸頸表面之間輸入高壓潤(rùn)滑劑以承受外載荷，使運(yùn)動(dòng)副表面分離的潤(rùn)滑方法。 根據(jù)摩擦（潤(rùn)滑）狀態(tài)可分： 液體摩擦軸承（完全液體潤(rùn)滑軸承） 非液體摩擦軸承（不完全液體潤(rùn)滑軸承） 完全液體摩擦。 邊界摩擦、干摩擦。完全液體摩擦 邊界摩擦 干摩擦五、滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)形式: （1）、向心滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)形式： 整體式： 剖分式（對(duì)開(kāi)式）： 自動(dòng)調(diào)心式： 間隙可調(diào)式 ： （2）、推力滑動(dòng)

4、軸承的結(jié)構(gòu)形式 ：實(shí)心式 空心式 單環(huán)式 多環(huán)式 油楔形狀結(jié)構(gòu) 磨粒磨損、刮傷、咬粘(膠合)、疲勞剝落、腐蝕。一、滑動(dòng)軸承常見(jiàn)失效形式有：其它失效形式：氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動(dòng)磨損等。12-2滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料磨粒磨損刮傷刮傷咬粘(膠合)疲勞剝落腐蝕常見(jiàn)失效形式：汽車用滑動(dòng)軸承故障原因的平均比率磨粒磨損、刮傷、咬粘(膠合)、疲勞剝落、腐蝕。一、滑動(dòng)軸承常見(jiàn)失效形式有：其它失效形式：氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動(dòng)磨損等。故障原因不干凈潤(rùn)滑油不足安裝誤差對(duì)中不良超載比率38.311.115.98.16.0故障原因腐蝕制造精度低氣蝕其它比率5.65.52.86.712-2滑動(dòng)軸承的失效形

5、式及常用材料軸承材料是指在軸承結(jié)構(gòu)中直接參與摩擦部分的材料，如軸瓦和軸承襯的材料。軸承材料性能應(yīng)滿足以下要求： 減摩性：材料副具有較低的摩擦系數(shù)。 耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。 抗咬粘性：材料的耐熱性與抗粘附性。 摩擦順應(yīng)性：材料通過(guò)表層彈塑性變形來(lái)補(bǔ)償軸承滑動(dòng)表面初始配合不 良的能力。 嵌入性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動(dòng)表面發(fā)生刮傷或磨 粒磨損的性能。此外還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。 磨合性：軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運(yùn)行后，形成相互吻合的表面形狀 和粗糙度的能力（或性質(zhì)）。二、滑動(dòng)軸承的材料：（1）、軸承材料性能應(yīng)滿足的要求：（2）、

6、常用軸承材料有：金屬材料粉末冶金材料非金屬材料軸承合金（巴氏合金、白合金）由錫、鉛、銻、銅等組成。銅合金分為青銅和黃銅兩類。鑄鐵有普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵等。銅、鐵、石墨等粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成的多孔隙軸瓦材料。有塑料、硬木、橡膠和石磨等，其中塑料用的最多。滑動(dòng)軸承的材料,注意p、pv、v值常用金屬軸承材料表一 常用金屬軸承材料表二12-3滑動(dòng)軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)：按構(gòu)造分類整體式對(duì)開(kāi)式按加工分類鑄造軋制按尺寸分類厚壁薄壁按材料分類單材料多材料需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差。 可以直接從軸的中部安裝和拆卸，可修復(fù)。 節(jié)省材料，但剛度不足，故對(duì)軸承座孔的加工精度要求高 。 具有足夠強(qiáng)度和

7、剛度，可降低對(duì)軸承座孔的加工精度要求。 強(qiáng)度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強(qiáng)度不足，故采用多材料制作軸瓦。鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適用于厚壁軸瓦。只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率。按構(gòu)造分類整體式對(duì)開(kāi)式按加工分類鑄造軋制按尺寸分類厚壁薄壁按材料分類單材料多材料需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差。 可以直接從軸的中部安裝和拆卸，可修復(fù)。 節(jié)省材料，但剛度不足，故對(duì)軸承座孔的加工精度要求高 。 具有足夠的強(qiáng)度和剛度，可降低對(duì)軸承座孔的加工精度要求。 強(qiáng)度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強(qiáng)度不足，故采用多材料制作軸瓦。鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適

8、用于厚壁軸瓦。只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率。 12-3滑動(dòng)軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)示意圖滑動(dòng)軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)2單材料、整體式厚壁鑄造軸瓦多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦多材料、對(duì)開(kāi)式厚壁鑄造軸瓦多材料、對(duì)開(kāi)式薄壁軋制軸瓦二、軸瓦的定位： 目的：防止軸瓦相對(duì)于軸承座產(chǎn)生軸向和周向的相對(duì)移動(dòng)。 方法：周向定位：凸緣軸瓦一端或兩端做凸緣定位唇定位唇（凸耳）緊定螺釘緊定螺釘（也可做軸向定位）軸 瓦圓柱銷軸承座銷釘（也可做軸向定位） 軸向定位：三、軸瓦的油孔及油槽: 目的：把潤(rùn)滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副表面。 原則：盡量開(kāi)在非承載區(qū)，盡量不要降低或少降低承載區(qū)油膜的承載能力；軸向油

9、槽不能開(kāi)通至軸承端部，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠头饷妗?形式：按油槽走向分沿軸向、繞周向、斜向、螺旋線等。 按油槽數(shù)量分單油槽、多油槽等。單軸向油槽開(kāi)在非承載區(qū)（在最大油膜厚度處）F雙軸向油槽開(kāi)在非承載區(qū)（在軸承剖分面上）雙斜向油槽（用于不完全液體潤(rùn)滑軸承） 12-4 滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選擇一、潤(rùn)滑脂及其選擇: 特點(diǎn)：無(wú)流動(dòng)性，可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜。 適用場(chǎng)合 ：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軸承中。 選擇原則：所用潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約2030，以免工作時(shí)潤(rùn)滑脂過(guò)多地流失。在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應(yīng)選擇防水性能強(qiáng)的鈣基或鋁基潤(rùn)滑脂。在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣

10、基潤(rùn)滑脂。 潤(rùn)滑脂牌號(hào)表當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小一些的品種；反之，選擇 針入度大一些的品種?；瑒?dòng)軸承潤(rùn)滑脂的選擇滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑劑的選擇2二、潤(rùn)滑油及其選擇: 特點(diǎn)： 有良好的流動(dòng)性，可形成動(dòng)壓、靜壓或邊膜界潤(rùn)滑膜。 適用場(chǎng)合：不完全液體滑動(dòng)軸承和完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承。 選擇原則：主要考慮潤(rùn)滑油的粘度。轉(zhuǎn)速高、壓力小時(shí)，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時(shí)，粘度應(yīng)高一些；低溫時(shí)，粘度可低一些。三、固體潤(rùn)滑劑及其選擇: 特點(diǎn)：可在滑動(dòng)表面形成固體膜。 適用場(chǎng)合：特殊要求的場(chǎng)合，如環(huán)境清潔要求處、真空中或高溫中。 常用類型：二硫化鉬，碳石墨，聚四氟乙烯等。潤(rùn)滑油牌號(hào)表12-4 滑動(dòng)

11、軸承潤(rùn)滑劑的選擇滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑油的選擇12-5 不完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: 工作狀態(tài)：因采用潤(rùn)滑脂、油繩或滴油潤(rùn)滑，故無(wú)法形成完全的承載 油膜，工作狀態(tài)為邊界潤(rùn)滑或混合摩擦潤(rùn)滑。 失效形式：邊界油膜破裂。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證邊界膜不破裂。因邊界膜強(qiáng)度與溫度、軸承材料、軸 頸 和軸承表面粗糙度、潤(rùn)滑油供給等有關(guān)，目前尚無(wú)精確 的計(jì)算方法，但一般可作條件性計(jì)算。 校核內(nèi)容：驗(yàn)算摩擦發(fā)熱pvpv，fpv是摩擦力，限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。驗(yàn)算滑動(dòng)速度vv ，p，pv的驗(yàn)算都是平均值?？紤]到軸瓦不同心，受載時(shí)軸線彎曲及載荷變化等的因素，局部的p或pv可能不足，故應(yīng)校核滑動(dòng)速度

12、v 。 驗(yàn)算平均壓力 p p ，以保證強(qiáng)度要求。二、徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算:已知條件：外加徑向載荷F (N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm)及軸頸直徑d (mm) 驗(yàn)算及設(shè)計(jì) ：驗(yàn)算軸承的平均壓力p (MPa):pdBFpB軸承寬度，mm（根據(jù)寬徑比B/d確定）p軸瓦材料的許用壓力，MPa。驗(yàn)算摩擦熱:19100100060pvBFndnBdFpvv軸頸圓周速度，m/s； pv軸承材料的pv許用值，MPam/s驗(yàn)算滑動(dòng)速度v (m/s):vv v材料的許用滑動(dòng)速度選擇配合:p、v、 pv 從材料表中查取一般可選H9/d9H9/d9或H8/f7H8/f7、H7/f6H7/f612-6 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑

13、動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一、流體動(dòng)力潤(rùn)滑基本方程的建立:對(duì)流體平衡方程（NavierStokes方程）作如下假設(shè)，以便得到簡(jiǎn)化形式的流體動(dòng)力平衡方程。這些假設(shè)條件是 ： 流體為牛頓流體，即 。 )(yu 流體的流動(dòng)是層流，即層與層之間沒(méi)有物質(zhì)和能量的交換； 忽略壓力對(duì)流體粘度的影響，實(shí)際上粘度隨壓力的增高而增加； 略去慣性力及重力的影響，故所研究的單元體為靜平衡狀態(tài)或勻速直線 運(yùn)動(dòng)，且只有表面力作用于單元體上； 流體不可壓縮，故流體中沒(méi)有“洞”可以“吸收”流體； 流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù)。 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算2在以上假設(shè)下，從兩平板所構(gòu)成的楔形空間中，取某一層液體的一部分作

14、為單元體，通過(guò)建立平衡方程和給定邊界條件，可得一維雷諾方程：流體動(dòng)力潤(rùn)滑的必要條件是： )(603hhhvxp 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩表面間構(gòu)成楔形空間。 楔形空間中充滿具有粘性的液體。 兩板相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，應(yīng)使液體在粘性力的作用下由楔形空間的大端 流向楔形空間的小端 。Fvxyabcoho 此式在流體力學(xué)中有推導(dǎo)，此處不再重復(fù)12-6 液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算二、徑向滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑時(shí)的狀態(tài): 軸承的孔徑D和軸頸的直徑d名義尺寸相等；直徑間隙是公差形成的。 軸頸上作用的液體壓力與F相平衡，在與F垂直的方向，合力為零。 軸頸最終的平衡位置可用a和偏心距e來(lái)表示。 軸承工作能力取決于hl

15、im，它與、和F等有關(guān)，應(yīng)保證 hlim h 。FFFhminoo1oo1o1oaedD初始狀態(tài)穩(wěn)定工作狀態(tài) 三、徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系和承載量系數(shù):最小油膜厚度：hmin= e r(1-) 偏心率， e / 為直徑間隙， D d為半徑間隙， R r / 2r 和 d 分別為軸頸的半徑和直徑。R 和 D 分別為軸承的半徑和直徑。e 為偏心距相對(duì)間隙， / r / d 其中：積分一維雷諾方程 )(603hhhvxp并考慮到壓力沿軸承寬度方向分布不均勻，Cp 承載量系數(shù)，與軸承包角，寬徑比B/d和偏心率有關(guān)。 F外載荷，N； 油在平均溫度下的粘度，Ns/m2。 B 軸承寬度，m； v 圓周速度，m

16、/s。 PCdBF2或vBFdBFCP222可得：設(shè)計(jì)思路： 1、根據(jù)已知條件計(jì)算求得 Cp。 2、根據(jù)Cp由承載量系數(shù)表查取偏心率。 3、計(jì)算最小油膜厚度4、校核最小油膜厚度條件hminh有限寬度軸承的載量系數(shù)Cp四、最小油膜厚度 hmin:動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)應(yīng)保證：hminh其中： h=S(Rz1+Rz2)S 安全系數(shù)，考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等，常取S2。對(duì)于一般軸承可取為3.2m和6.3m，1.6 m和3.2m。對(duì)于重要軸承可取為0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。Rz1、Rz2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度。 五、滑動(dòng)軸承的熱平衡計(jì)算 滑動(dòng)軸承工作時(shí)，摩擦摩擦

17、功轉(zhuǎn)化為熱量，潤(rùn)滑溫度升高，超過(guò)一定值時(shí)會(huì)影響承載能力，因此必要時(shí)需要進(jìn)行執(zhí)平衡計(jì)算。 由于學(xué)時(shí)限制，這部分內(nèi)容要求自學(xué)，對(duì)照教材中的例題，要能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。六、液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)過(guò)程:已知條件：外加徑向載荷F(N)，軸頸轉(zhuǎn)速n(r/min)及軸頸直徑d(mm)。設(shè)計(jì)及驗(yàn)算： 保證在平均油溫tm下 hmin h 驗(yàn)算溫升 選擇軸承材料，驗(yàn)算 p、v、pv。 選擇軸承參數(shù)，如軸承寬度(B)、相對(duì)間隙()和潤(rùn)滑油() 。 計(jì)算承載量系數(shù)(Cp)并查表確定偏心率()。 計(jì)算最小油膜厚度hmin和許用油膜厚度h。 計(jì)算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)( f )。 計(jì)算軸承溫升(t )和潤(rùn)滑油入口平均溫度( ti )。 根據(jù)寬徑比( B/d)和偏心率()查取潤(rùn)滑油流量系數(shù) 。)(vBdq 極限工作能力校核: 根據(jù)直徑間隙()，選擇配合及軸承和軸頸的尺寸公差。 根據(jù)最大間隙(max)和最小間隙(min) ，校核軸承的最小油膜 厚度和潤(rùn)滑油入口油溫。 繪制軸承零件圖: 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介112-7 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介一、無(wú)潤(rùn)滑軸承和自潤(rùn)滑軸承: 無(wú)潤(rùn)滑軸承：工作時(shí)外界不提供潤(rùn)滑劑的軸承。 自潤(rùn)滑軸承：當(dāng)無(wú)潤(rùn)滑軸承材料本身就是固體潤(rùn)滑材料時(shí)，或軸瓦中 含